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高效污水深度处理技术的开发对提高现有污水处理厂出水水质,满足日趋严格的水质标准要求,解决水污染问题具有重要意义。膜分离技术能够有效去除二级出水中的悬浮颗粒物和致病菌等物质,现已被广泛应用于污水深度处理过程中,而目前该技术存在的关键科学问题是如何高效去除小分子有机污染物和减缓膜污染。本研究通过制备具有催化臭氧氧化功能的陶瓷分离膜,实现膜分离技术与催化臭氧氧化技术的耦合,利用催化臭氧产生的活性氧物种降解有机污染物,提高出水水质,减缓膜污染。主要研究内容和结果如下:(1)制备介孔β型高效Mn02臭氧催化剂。为提高催化剂的比表面积,以SBA-15分子筛为模板,硝酸锰溶液为前驱体,制得具有有序孔道的介孔β型MnO2粉末。该催化剂的比表面积为142m2/g,是未使用SBA-15模板制得的二氧化锰(对照催化剂)的10倍。电子顺磁共振波谱分析结果表明羟基自由基为该催化剂催化臭氧氧化反应过程中产生的主要活性氧物种,羟基自由基产率是对照催化剂的2倍;催化臭氧氧化降解草酸的表观反应动力学常数达到0.018min-1,是对照催化剂的3倍。上述结果表明该方法所制二氧化锰具有相对较高的臭氧催化活性。(2)研究基于MnO2催化剂制备催化臭氧氧化功能陶瓷膜的方法及其对二级出水深度处理的性能。采用溶胶凝胶法将臭氧催化剂二氧化锰均匀地负载到陶瓷膜表面,制备的陶瓷膜膜孔径为50nm,孔隙率为33%,纯水通量为270L/m2·h·bar。以某污水处理厂二级出水(COD为100～112mg/L)为处理对象,考察了该功能陶瓷膜的处理能力:当臭氧投加量为1 mg/L时,出水COD低于50mg/L,出水通量稳定在120L/m2·h·bar;与未负载催化剂的陶瓷膜相比,COD去除率提高了 29%,膜通量提高了 11%。上述结果表明催化臭氧氧化作用能够有效提高陶瓷膜对污水COD的处理效果,增强陶瓷膜的抗污染能力。(3)设计并组装了以负载二氧化锰臭氧催化剂陶瓷膜为核心的催化臭氧氧化技术与陶瓷膜分离技术相耦合的中试设备,并研究了其对颜料生产废水和市政污水深度处理的性能。颜料生产废水二级出水(COD为80～120 mg/L、色度为80～100稀释倍数、UV254为1.4～1.8 cm-1、大肠杆菌为>2.4×106MPN/L、SS为15～25 mg/L)经功能陶瓷膜处理后,出水COD低于50 mg/L,色度低于30稀释倍数、UV254约为0.8 cm-1、大肠杆菌和SS无检出;彗星试验证实中试出水不再具有明显的遗传毒性。市政污水二级出水(COD为25～45 mg/L、色度为32稀释倍数、大肠杆菌为>2.4×106MPN/L、SS为5～211 mg/L)经功能陶瓷膜处理后,出水COD低于20mg/L,色度为8稀释倍数、大肠杆菌和SS均无检出。上述结果表明该膜分离耦合催化臭氧氧化技术能够有效地提高现有污水处理厂出水水质。综上所述,膜分离技术与催化臭氧氧化技术的耦合可以有效提高膜分离过程的污染物去除效率和延缓膜污染,为催化臭氧氧化功能陶瓷膜在污水深度处理中的推广应用提供了参考,并为设计和开发新型多功能分离膜提供了新的研究思路。