[发明专利]臭氧电催化膜联合深度处理医疗污水的工艺和系统

说明书

本发明涉及一种臭氧电催化膜联合深度处理医疗污水的工艺和系统，包括纯氧气源、臭氧发生器、反应组件、直流电源；其中，纯氧气源为臭氧发生器提供纯氧以生成臭氧和纯氧的混合气体；臭氧和纯氧的混合气体输入至反应组件；反应组件包括反应池，反应池内设置有电催化膜阴极和管式煤基炭膜阳极，电催化膜阴极和管式煤基炭膜阳极连接至直流电源；臭氧和氧气的混合气体通过电催化膜阴极通入反应池与输入反应池的医疗污水进行反应。该电催化膜阴极上的电催化膜为碳纳米管表面和孔道内负载纳米Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;‑MnOsubgt;2/subgt;纳米颗粒的复合电催化膜。本发明实现电催化膜与臭氧协同氧化的效果，显著提高了氧化效率、降低了成本和能耗，对传染病的预防和控制具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种水处理技术，尤其涉及一种医疗污水的水处理技术，具体涉及一种臭氧电催化膜联合深度处理医疗污水的工艺和系统。

背景技术

医疗污水含有大量的细菌、病毒以及寄生虫卵等病原微生物，若不经有效消毒处理，会对环境及人体健康造成严重威胁，对现有医院特别是野战医院、方舱医院等临时医疗机构污水处理的工艺技术、装备和管理水平都面临严峻考验。目前处理医疗污水时多利用臭氧的强氧化性，来破坏微生物膜的结构，实现快速杀菌作用；但存在三个方面不足：①臭氧只能降解一部分污染物，对于缺乏臭氧活性基团的污染物去除效果不佳；②臭氧受水质干扰较大，同时臭氧氧化水体会提高废水毒性；③臭氧制备过程伴随的氧气无法利用，造成能源浪费，因此提高臭氧的使用率是目前臭氧在水处理领域的研究前沿和热点。

催化臭氧氧化是一种新兴的、高效的污水处理方法，它将臭氧的强氧化性和催化剂的催化特性结合起来。臭氧在催化剂的作用下产生大量的羟基自由基 (·OH)，能够在常温常压下将难降解的有机物彻底矿化为H₂O与CO₂，显著提高了臭氧直接氧化有机物的能力，是一种针对单独臭氧氧化效率低而发展起来的新型技术。近年来，将电化学技术与臭氧氧化技术相结合的电-臭氧催化工艺也受到一定关注。研究表明臭氧可在电化学作用下实现臭氧分子的高效催化，具有催化效果好、无需药剂投加等特点。由于医疗污水中不仅有病原微生物同时包含有机污染物、固体悬浮颗粒等污染物，对其进行消毒处理时，需要投放大量的消毒剂才能起到效果，单一使用臭氧或电催化膜技术均难以起到很好的处理效果。

臭氧催化氧化是一种新型的高级氧化技术，催化臭氧氧化的催化剂有过渡金属氧化物、支撑载体有陶瓷膜、活性炭等，是目前水处理领域的研究热点。碳纳米管电催化膜技术也是一种新型的水处理技术，它结合了膜分离和电催化氧化的优势，碳纳米管膜自身有一定的催化臭氧氧化的能力，此外将臭氧催化剂负载于碳纳米管膜上既利用了碳纳米管膜阴极强化催化臭氧氧化的功能，又利用了电催化膜阳极自身的物理筛分、吸附过滤以及电催化氧化的功能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明通过改性修饰在碳纳米管上负载既能催化臭氧氧化又能原位催化生成H₂O₂的催化剂Fe₃O₄-MnO₂，制备出具有高催化活性、高稳定性的F_e3O₄-MnO₂/CNT电催化膜，并提供臭氧/电催化膜深度处理医疗污水技术工艺方法和系统。

本发明提供了一种臭氧电催化膜联合深度处理医疗污水的方法，包括：步骤S100，制备复合电催化膜；所述复合电催化膜为碳纳米管表面和孔道内负载纳米Fe₃O₄-MnO₂纳米颗粒的复合电催化膜；步骤S200，制备反应组件，包括反应池，采用步骤S100中制备的复合电催化膜作为反应池的电催化膜阴极，采用管式煤基炭膜作为反应池的阳极；所述电催化膜阴极和阳极分别接至直流电源；步骤S300，将臭氧通过步骤S200中得到的电催化膜阴极输入反应组件的反应池，该电催化膜阴极作为臭氧的扩散电极；步骤S400，将医疗污水抽至反应池进行反应。