[发明专利]一种动态催化的水处理陶瓷膜及其应用

说明书

本发明涉及多孔陶瓷材料及膜分离技术领域，具体是一种动态催化陶瓷膜及其在水处理中的应用。本发明是指一种动态催化的水处理陶瓷膜，主要由陶瓷膜和在陶瓷膜表面形成的动态催化功能层构成；其中的动态催化功能层是指在二氧化钛颗粒表面包覆一层金属醇盐的簿膜；以及该膜在水处理行业中的应用。本发明的优点是不破坏陶瓷膜层过滤功能和不影响陶瓷膜过滤阻力和渗透通量，同时提高臭氧的利用效率，催化活化臭氧产生羟基自由基，不但无选择性氧化水中难降解的有机污染，并有效缓解膜污染物的形成，使得膜法水处理技术高效、安全和稳定。

技术领域

本发明专利涉及水处理技术领域，特别涉及臭氧催化和陶瓷膜过滤技术领域，具体为一种动态催化陶瓷膜水处理的方法。

背景技术

水污染问题已经成为影响我国可持续发展的重大环境问题。随着工业化和人口城市化进程的加快，我国水资源短缺和水源污染问题日趋严重。其主要污染源为工业废水和生活污水，但是近年来饮用水的污染也成为人们关注的焦点。目前饮用水源微污染已成为我国面临的普遍问题，且在今后很长一段时间内都会继续存在。饮用水污染除了肉眼可见的铁锈和泥沙外，还有导致人体腹泻等病原微生物“两虫”(贾弟鞭毛虫和隐性孢子虫)和新兴污染物内分泌干扰物(EDCs)、药品和个人护理品(PPCPs)等也开始在水体和自来水厂中检出，由此带来的风险更值得重视。

目前，工业废水、生活污水和自来水厂的处理设施建设不断完善，但是传统的生化处理工艺处理后的尾水，仍含有许多难降解有机污染物、细菌及重金属等对人体有毒有害的物质，并且达不到排放、回用和饮用的标准。膜分离技术可拦截水中的固体悬浮物、胶体、蛋白质、细菌、病毒、微生物以及一些有机污染物。与传统的水分离技术相比，具有能耗低、无相变、无二次污染、设备简单、操作便捷、不需要额外添加药剂、设备占地面积小、自动化程度高和分离速度快等优点。膜污染是膜法水处理技术中不可避免的问题，也是影响膜技术广泛应用的重要问题。膜污染会导致膜渗透通量衰减、跨膜压差增大、膜清洗和更换频率增高、膜使用寿命缩短、运行和维护成本增加等。强化预处理、曝气、错流过滤和水气反冲洗等技术可以一定程度上减缓膜污染，但同时也增加膜分离的运行成本。

膜元件按照材质可分为有机膜和陶瓷膜。与有机膜相比，陶瓷膜具有更好的机械性能和化学稳定性，既能在较高的膜渗透通量下稳定运行，又能承受高的反冲洗强度以取得更好的反冲洗效果，其次陶瓷膜还有一个最重要的特征就是能耐受臭氧氧化。专利(CN107673504 A)报道过臭氧氧化与陶瓷膜分离技术联用既可以保持稳定的高渗透通量，减缓膜污染进程，又可以氧化降解水中的难降解的污染物，尤其是对EDCs和PPCPs的去除效果十分突出，充分保障产水的生物安全性。

然而，在单纯的臭氧氧化和陶瓷膜过滤集成的技术中，臭氧在大通量的陶瓷膜过滤过程中的传质速率有限，溶解在水中的臭氧浓度低，与污染物的接触不充分，氧化降解效果不是很明显。专利(CN 106630391A)报道将二氧化锰掺杂在陶瓷颗粒中通过高温烧结技术制备具有臭氧催化功能的陶瓷膜，的确明显提高了臭氧的利用效率。但是该掺杂改性法制备的陶瓷膜存在二氧化锰催化剂被包埋现象，导致催化臭氧的效率不是很充分；其次二氧化锰的掺杂导致陶瓷颗粒堆积形成的膜层缺陷增多，膜孔径分布宽，过滤精度差；最主要的是膜污染严重时，采用化学清洗，二氧化锰颗粒被酸腐蚀，可能会导致膜层过滤功能失效。专利(CN 104803512 A)报道一种通过浸涂法在陶瓷膜表面制备一层钛锰或钛铈的催化功能层，催化溶解在水中的臭氧，实现陶瓷膜的催化自清洁功能。但是存在的问题是该催化功能存在堵塞陶瓷膜孔径的风险，导致膜渗透阻力增加，膜渗透通量变小，跨膜压差增大和过滤效率降低；还有就是该催化功能层可能存在反冲洗脱落的风险，导致膜催化功能层稳定性变差。

发明内容