申请日2016.03.03
公开(公告)日2017.09.12
IPC分类号C02F1/32; C02F1/72
摘要
公开了使用不锈钢纳米管阵列的水处理设备和方法。根据该水处理设备和方法，使用pH和温度稳定的具有提高的比表面积的不锈钢纳米管阵列作为光催化剂。与使用现有光催化剂不同，使用不锈钢纳米管阵列消除限制外部环境因素的需求。不锈钢纳米管阵列与UV光和过氧化氢组合使用。该组合在高效地降解污染物方面非常有效。该水处理设备和方法不需要另外的设备，有助于降低初始装备成本。不锈钢纳米管阵列在氧化期间基本上能够免受损失和损坏。因此，连续的水纯化是可行的并能大大降低生产、管理和水处理的成本。此外，不锈钢纳米管阵列与常规光催化剂相比腐蚀性和毒性低得多，并防止二次污染的可能性。因此，该设备和方法实现环境友好的水处理。
权利要求书
1.一种水处理设备，其包括具有预定容量的中空反应器、用于将原水进给到所述反应器中的进料泵、用于将经处理的水从所述反应器转移到外部的转移泵、安装在所述反应器中以与原水至少部分接触的至少一个不锈钢纳米管阵列、用于将紫外(UV)光照射到所述不锈钢纳米管阵列上的UV照射装置、和用于将过氧化氢供给到所述反应器的过氧化氢供给装置。
2.根据权利要求1所述的水处理设备，其中，所述不锈钢纳米管阵列附接至所述反应器的内侧，或者与所述反应器的内侧隔开预定的距离。
3.根据权利要求1所述的水处理设备，其中，所述UV照射装置为可旋转地安装并轴向布置在所述反应器的中心部位的圆柱体形式，并且包括轴向布置在所述圆柱体中的至少一个UV灯、附接在所述圆柱体的上端和下端的叶片、和连接至中空旋转轴以提供旋转力的变速电动机，所述中空旋转轴一体地附接至所述圆柱体的上端。
4.根据权利要求1所述的水处理设备，其中，所述不锈钢纳米管阵列是通过使不锈钢薄膜进行阳极氧化来制备的。
5.根据权利要求1所述的水处理设备，其中，所述不锈钢纳米管具有10nm至500nm的外径和1nm至100nm的平均长度。
6.一种水处理方法，其包括：I)通过进料泵将原水进给到反应器中，II)在所述反应器中用UV光、过氧化氢和不锈钢纳米管阵列处理所述原水，和III)将经处理的水强制转移到所述反应器外部。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在步骤II)中，用200nm至400nm波长的UV光照射所述不锈钢纳米管阵列。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述不锈钢纳米管具有10nm至500nm的外径和1nm至100nm的平均长度。
说明书
使用不锈钢纳米管阵列的水处理方法
技术领域
本发明涉及使用不锈钢纳米管阵列的高效水处理方法。更具体地，本发明涉及用于使用通过对不锈钢表面进行阳极氧化形成纳米管而制备的不锈钢纳米管阵列从水系统有效地去除污染物的水处理方法。
背景技术
随着近来快速的工业发展，环境污染已经变成一个严重的问题。已经制定了各种方案来提供环境污染问题的解决方案。具体地，增加的生活垃圾和工业废水是将大量持久性污染物释放到水系统中的原因。这种持久性污染物引起水资源的严重污染，使得难以提供清洁水。在这些情况下，对于能够有效地防止水资源污染的水处理设备存在着增长的需求。
目前为止开发的水处理方法中的一些涉及微生物的使用。这类生物学水处理方法由于它们的环境友好性而不引起二次污染并且不破坏生态系统。尽管有这些优势，生物学水处理方法在降解水系统中存在的污染物方面具有有限的作用，并需要大量的处理、维护和管理成本来满足越来越严格的出水水质要求。
使用氯化学品的水处理方法能够实现漂白和杀菌的目的。然而，氯化学品容易与水中的有机化合物反应而产生致癌物，如氯胺，这可能引起二次污染。在含氯水被释放到河流中的情况下，在经处理的水中残留的氯成分可能引起许多问题。例如，残余氯成分对于栖息在河流区域的各种类的微生物是致命的，从而破坏生态系统。
为了克服上述水处理方法的局限性，已经提出使用强氧化性紫外(UV)光、过氧化氢、臭氧和光催化剂且不引起二次污染的各种先进氧化方法。
先进氧化方法是指更先进的水处理技术，其中使用臭氧/过氧化氢、过氧化氢/UV光等来产生强氧化性羟基自由基(OH·)作为氧化并降解污染水中的有机污染物的媒介。开发了先进氧化方法来降解持久性污染物(例如，合成洗涤剂和农用化学品)或者在短时间内处理掉高浓度的污染物，所述持久性污染物不容易被一般处理方法降解。
单独使用臭氧来进行水处理在抑制THM产生、改善口感、防止聚集或沉淀、和提高生物活性方面是有效的。另外，能够预期臭氧的强氧化能力。然而，臭氧与大多数有机化合物的缓慢反应导致处理设备的臭氧供给装置的容量增加。臭氧不与一些有机物化合物反应，这些有机化合物因此仍然未被去除。也就是说，臭氧非常选择性地与有机化合物反应。该选择性使得臭氧的单独使用不适合于水处理。
在原水中有溴存在下臭氧可能产生致癌物，并且具有高度腐蚀性和毒性。另外，臭氧气体在水中具有有限的溶解度。由于这些原因，利用臭氧的水处理受限并且引起许多问题。
在使用臭氧和过氧化氢的水处理方法中，通过将UV光照射到作为氧化剂的过氧化氢上以简单并有效的方式产生强氧化性羟基自由基。然而，需要过量的过氧化氢来获得足以降解原水中存在的有机污染物的量的羟基自由基，这造成了经济负担。
Fenton法基于使用铁(II)离子(Fe2+)作为催化剂结合过氧化氢(H2O2)。催化剂增加过氧化氢的氧化能力。Fenton法在3至5的pH范围中是有效的，因此需要另外的设备或步骤以用于pH调节，例如，用于原水的pH调节的设备或步骤、用于将pH重新调节至更高水平以在氧化完成后去除铁离子的设备或步骤、和用于去除由铁离子产生的沉淀物的步骤。这种另外的设备或步骤使处理过程复杂，这在处理成本和时间方面造成巨大的经济负担。
[现有技术文件]
[专利文件]
(专利文件1)韩国专利公布第10-2012-0048420号
(专利文件2)韩国专利公布第1997-0065435号
发明内容
考虑到现有技术的问题完成了本发明，并且本发明的一个目的是提供一种水处理设备，其对于外部环境因素稳定，并使用具有以指数增加的比表面积的不锈钢纳米管阵列以有效地处理水系统中存在的各种类型的污染物。
本发明的另一目的是提供一种水处理方法，其在不需要控制原水和反应器的条件(例如，pH和温度条件)的情况下不产生副产物，例如沉淀物，同时实现高的降解效率。
本发明的一个方面提供一种水处理设备，其包括具有预定容量的中空反应器、用于将原水进给到反应器中的进料泵、用于将经处理的水从反应器转移到外部的转移泵、安装在反应器中以与原水至少部分接触的至少一个不锈钢纳米管阵列、用于将紫外(UV)光照射到不锈钢纳米管阵列上的UV照射装置、和用于将过氧化氢供给到反应器的过氧化氢供给装置。
不锈钢纳米管阵列附接至反应器的内侧，或者与反应器的内侧隔开预定的距离。
UV照射装置是可旋转地安装并轴向地布置在反应器的中心部位的圆柱体形式。
UV照射装置包括轴向布置在圆柱体中的至少一个UV灯、附接在圆柱体的上端和下端的叶片、和连接至中空旋转轴以提供旋转力的变速电动机，所述中空旋转轴一体地附接至圆柱体的上端。
不锈钢纳米管阵列是通过对不锈钢薄膜进行阳极氧化来制备的。
不锈钢纳米管具有10nm至500nm的外径和1nm至100nm的平均长度。
本发明的另一方面提供一种水处理方法，其包括I)通过进料泵将原水进给到反应器中，II)在反应器中用UV光、过氧化氢和不锈钢纳米管阵列处理原水，和III)将经处理的水转强制移到反应器外部。
在步骤II)中，用200nm至400nm波长的UV光照射不锈钢纳米管阵列。
不锈钢纳米管具有10nm至500nm的外径和1nm至100nm的平均长度。
根据本发明的水处理设备和方法，使用pH和温度稳定的具有提高的比表面积的不锈钢纳米管阵列作为光催化剂。与使用现有光催化剂不同，使用不锈钢纳米管阵列消除限制外部环境因素的需求。不锈钢纳米管阵列与UV光和过氧化氢组合使用。该组合在高效地降解污染物方面非常有效。
另外，本发明的水处理设备和方法不需要另外的设备，例如用于沉淀物分离的设备、用于光催化剂供给的设备、和用于光催化剂回收的设备，这有助于降低初始装备成本。不锈钢纳米管阵列在氧化期间基本上能够免受损失和损坏。因此，连续的水纯化是可行的并且能够大大降低生产、管理和水处理的成本。
此外，不锈钢纳米管阵列与常规光催化剂相比腐蚀性和毒性低得多，并且防止二次污染的可能性。因此，本发明的设备和方法实现环境友好地进行水处理。
