用于污水处理厂尾水中总氮处理的非线性光催化膜及其应用转让专利
申请号 : CN201710882321.2
文献号 : CN108283941B
文献日 : 2020-06-12
发明人 : 丁明梅 , 李洋 , 许航 , 陈卫 , 沈桢 , 王康 , 林晨烁 , 王月婷
申请人 : 河海大学
摘要 :
权利要求 :
1.用于污水处理厂尾水中总氮处理的非线性光催化膜,其特征在于,由支撑层和涂覆层组成,所述支撑层为聚醚砜膜,所述非线性光催化膜的制备方法为:取16 18g的聚醚砜~颗粒和24g的聚乙烯吡咯烷酮粉末溶于75 80ml的N-甲基吡咯烷酮,并在50℃下水浴振荡3~ ~
6h,冷却后将铸膜液倒入光滑玻璃板,利用刮膜机刮出180-200μm厚的液膜,静置1分钟后,经水凝浴得聚醚砜膜;将聚醚砜膜浸泡在2.5 4wt%的丙烯酸溶液30min,取出聚醚砜膜并在~表面滴加1ml 5wt%的K2S2O8,之后将聚醚砜膜置于254nm的固化灯下照射15min并用纯水清洗得接枝改性PES膜,最后,将200mg的LiNbO3颗粒分散于1000ml的0.05 0.1wt%PAM溶液得到涂覆液,取接枝改性PES膜,真空下过滤100ml涂覆液,无水乙醇洗涤后,50℃干燥,即可。
2.根据权利要求1所述的用于污水处理厂尾水中总氮处理的非线性光催化膜,其特征在于,所述接枝改性PES膜的大小为直径8cm的圆片。
3.基于权利要求1所述的非线性光催化膜在催化脱氮上的应用。
4.根据权利要求3所述的非线性光催化膜在催化脱氮上的应用,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,将非线性光催化膜放置在光催化装置内,利用紫外灯或氙灯作为光源照射非线性光催化膜表面30min;步骤2,尾水经氮气吹脱处理除氧处理,至水质达到达城镇污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002中IB即CODcr≥40mg•L-1,以N计的硝态氮≥10mg•L-1时,加入85甲酸的投加量为10-40mg•L-1;步骤3,装置通入1L尾水后,开启紫外灯或氙灯,同时利用氮气加压并使非线性光催化膜的跨膜压差恒定为0.2MPa;步骤4,当尾水完全过滤至储液罐后,将其回流至光催化装置内,打开紫外灯或氙灯并通入氮气加压,使非线性光催化膜的跨膜压差维持在0.2MPa;步骤5,尾水完全过滤至储液罐后,重复步骤4操作,待光催化装置内尾水排空后,光催化反应结束。
5.根据权利要求4所述的非线性光催化膜在催化脱氮上的应用,其特征在于,所述紫外灯或氙灯的光线波长为365nm。
说明书 :
用于污水处理厂尾水中总氮处理的非线性光催化膜及其应用
技术领域
背景技术
方水污染排放标准。鉴于此,城镇污水厂尾水中氮的深度处理将成为未来城镇污水厂提标
改造的重要方向。
总氮指标难以稳定达到“《城镇污水处理厂污染物排放标准》(征求意见稿)”中的“特殊排放限值”要求,且主要为硝态氮,比例占到80%甚至90%以上(含量基本介于10-20mg/L);水中COD含量一般介于50-80mg/L之间,且主要为难以被生物利用部分(BOD5一般在10mg/L以
下);SS和总磷指标分别为15-25mg/L和0.7-1.2mg/L。进一步增加微生物深度处理并投加碳源虽然可在一定程度上改善上述指标的去除效果,但很难保证TN和COD的同步稳定达标,且运行成本相对偏高。
的还原态CO2 自由基结合。从几种传统的光催化材料TiO2、CdS 和 ZnS,CO2 自由基可能会阻碍光催化脱氮的进行,其原因有几点:第一,CO2•−自由基的存在条件比较复杂,因为参与光反应的空穴捕获剂数量难以预测。第二,这类光催化剂会产生的•OH自由基,可能是被还原的硝态氮再次氧化。第三,由于电子与空穴的复合,光催化氧化可能会与光催化还原同时进行,从而降低光催化脱氮的效率。
LiTaO3、ATiO(3 A = Mg、Mn、Fe、Zn)以及ZnZrO3。近期研究表明,非线性光学材料在水处理方面具有独特的光催化脱氮性能。Guoshuai Liu等利用LiNbO3粉末光催化去除水中的硝态
氮,并取得了很好的效果。在他们的研究中,LiNbO3可在两个小时内,pH呈中性的条件下,去除98.4%的硝酸盐同时其对氮气的光催化选择性高达95.8%。
发明内容
化处理时与污水处理厂二级处理工艺对接,运行简单,占地面积较小,同时污水处理效率
高,出水水质稳定。
2 4g的聚乙烯吡咯烷酮粉末溶于75 80ml的N-甲基吡咯烷酮,并在50℃下水浴振荡3 6h,冷~ ~ ~
却后将铸膜液倒入光滑玻璃板,利用刮膜机刮出180-200μm厚的液膜,静置1分钟后,经水凝浴得聚醚砜膜;将聚醚砜膜浸泡在2.5 4 wt%的丙烯酸溶液30min,取出聚醚砜膜并在表面
~
滴加1ml 5wt%的K2S2O8,之后将聚醚砜膜置于254nm的固化灯下照射15min并用纯水清洗得
接枝改性PES膜,最后,将200mg的LiNbO3颗粒分散于1000ml的0.05~0.1wt% PAM溶液得到涂覆液,取接枝改性PES膜,真空下过滤100ml涂覆液,无水乙醇洗涤后,50℃干燥,即可。
为0.2MPa;步骤4,当尾水完全过滤至储液罐后,将其回流至光催化装置内,打开紫外灯或氙灯并通入氮气加压,使非线性光催化膜的跨膜压差维持在0.2MPa;步骤5,尾水完全过滤至储液罐后,重复步骤4操作,待光催化装置内尾水排空后,光催化反应结束。
另一方面,尾水中还原性的有机碳也可在LiNbO3的内部极化过程中获得更多空穴,从而还
原水中的硝态氮,达到同步除氮除有机物的处理效果。
氮和膜分离为一体的运行体系,为今后污水厂尾水的深度净化,以及光催化超滤膜的升级
提供可靠的技术支撑。
附图说明
具体实施方式
4g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K-30)粉末溶于78ml的N-甲基吡咯烷酮(NMP),并在50℃下水浴振荡6h,冷却后将铸膜液倒入光滑玻璃板,利用刮膜机刮出约200μm厚的液膜,静置1分钟后水凝浴得PES支撑层;将PES膜浸泡在3 wt%的丙烯酸溶液30min,取出PES膜并在表面滴加
1ml 5wt%的K2S2O8,之后将PES膜置于254nm的固化灯下照射15min并用纯水清洗得接枝改性PES膜,最后,将200mg的LiNbO3颗粒分散于1000ml的0.1wt% PAM溶液得到涂覆液,取接枝改性PES膜(剪裁成直径为8cm的圆片膜),真空下过滤100ml涂覆液,无水乙醇洗涤后,50℃干燥,即可。
排放标准(GB 18918-2002)中IB时,其中CODcr ≥40mg L-1,硝态氮(以N计)≥10mg L-1,85甲酸的投加量为40mg L-1;步骤3,装置通入1L尾水后,开启365nm氙灯,同时利用氮气加压并使非线性光催化膜的跨膜压差(TMP)恒定为0.2MPa;步骤4,当尾水完全过滤至储液罐后,将其回流至光催化装置内,打开氙灯并通入氮气加压,使非线性光催化膜的TMP维持在
0.2MPa;步骤5,尾水完全过滤至储液罐后,重复步骤4操作,光催化装置内尾水排空后,光催化反应结束。
自由基(CO2•−),NO3-得电子后被还原成NO2-,最终NO2-被CO2•−还原成N2,进而达到深度脱氮的目的。
85甲酸投加量为40mg L-1时,1L尾水在光催化脱氮管中以0.2MPa的跨膜压差循环运行3次
后,其硝态氮去除率可维持在80%以上,且其对氮气的光催化选择性高达98%,同时有机碳的去除率可稳定至28 34%。
~
20ml。打开125W氙灯光源(λ=365nm)照射,光源与膜表面的距离为20cm,并通入氮气,以
0.2MPa的跨膜压差驱动水样过膜,其水通量为270±18Lm-2h-1。水样过滤结束后,取储水罐内的水样,分别用水质分析仪测定COD与NO3--N的浓度。然后将水样回流至石英光催化装置中,循环上述操作5次,并评价光催化膜的光催化效率。尾水水样光照循环过膜1至5次过程中COD的去除率分别为15±2%、24±3%、31±3%、36±1%、38±1%;对NO3--N的去除率分别为47
±4%、69±2%、81±2%、85±1%、88±0.5%;对氮气的光催化选择性分别为87±2%、95±1.5%、
98±1%、98.5±0.5%、98.7±0.5%,说明制备的非线性光催化膜具有优异的光催化性能。
内,水质条件为CODCr为47.6mgL ,硝态氮(以N计)为12.48mgL ,pH为6.8,分别加入85甲酸
10、20、40、60、80ml。打开125W氙灯光源(λ=365nm)照射,光源与膜表面的距离为20cm,并通入氮气,以0.2MPa的跨膜压差驱动水样过膜,其水通量为270±18Lm-2h-1。水样过滤结束后,取储水罐内的水样,分别用水质分析仪测定COD与NO3--N的浓度。然后将水样回流至石英光催化装置中,循环上述操作3次,并评价光催化膜的光催化效率。尾水水样光照循环过膜3次后,85甲酸投加量10、20、40、60、80mlL-1所对应的COD的去除率分别为11±2%、18±2%、31±
3%、30±3%、24±2%;对NO3--N的去除率分别为29±2%、38±3%、81±2%、84±1%、86±0.7%;对氮气的光催化选择性分别为90±3%、96±1.7%、98±1%、98.5±0.8%、99±0.5%,说明在一定
的循环操作下,投加量范围在10 60mlL-1的85甲酸可有效降低尾水中的COD和NO3--N,其中~
甲酸的最优投加量为40mlL-1。