專利名稱：去除水中天然有機(jī)物的連續(xù)浸沒式光催化膜處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微污染水體及飲用水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種連續(xù)浸沒式光催化膜水處理裝置的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
腐殖質(zhì)是水體天然中有機(jī)物(NOM)的代表性物質(zhì)，是地球上分布最廣的天然復(fù)雜化合物。腐殖質(zhì)一般分為三個(gè)部分即腐殖酸、富里酸、吉馬多美朗酸。由于天然有機(jī)物在水中普遍、廣泛的存在，對(duì)水質(zhì)及水處理過程有重要的影響，特別是在加氯消毒時(shí)，天然有機(jī)物是消毒副產(chǎn)物(DBPs)的主要前驅(qū)物，因此，控制氯化消毒副產(chǎn)物已成為世界各國給水處理界所關(guān)注的重要問題。傳統(tǒng)的用絮凝、過濾等去除大分子量的天然有機(jī)物(去除率一般在10-50％以上)，也有人研究用陰離子交換、吸附、超濾、反滲透膜等方法來去除，但這些方法并沒有從根本上將有機(jī)物去除，而是污染物相態(tài)的轉(zhuǎn)移。
光催化降解是一項(xiàng)新興的頗有發(fā)展前途的水處理技術(shù)，特別是納米級(jí)催化劑的開發(fā)使得光催化反應(yīng)系統(tǒng)具有更高的效率。國內(nèi)外大量的光催化實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，納米級(jí)TiO2能與300余種有機(jī)化合物進(jìn)行光催化反應(yīng)，脫色、去毒，礦化為無毒無機(jī)小分子物質(zhì)，從而消除對(duì)環(huán)境的污染，而不需要使用化學(xué)藥劑，避免產(chǎn)生污泥和污泥處理的問題。目前影響光催化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用主要存在兩個(gè)問題一是催化劑與水體的分離，二是光催化反應(yīng)效率的提高。研究已經(jīng)證明懸浮型的光催化反應(yīng)系統(tǒng)要比負(fù)載型光催化系統(tǒng)效率高。
以往申請(qǐng)的專利中多采用膜過濾分離技術(shù)和光催化氧化技術(shù)有效結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了催化劑從水體中有效分離和在反應(yīng)器中循環(huán)使用的問題，使水處理過程連續(xù)運(yùn)行，但是也存在以下弊端由于采用的光催化劑是粉末態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)紫外燈燈壁表面出現(xiàn)附著物，光的投射效率大大減小和催化劑在水中容易聚集而失去活性、難以循環(huán)回用的問題；另外粉末態(tài)催化劑容易在膜表面沉積導(dǎo)致膜孔道堵塞，膜污染嚴(yán)重，膜通量下降很快，造成膜清洗周期變短，限制了光催化膜反應(yīng)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。另外如果水體中含有鐵時(shí)，會(huì)在光催化反應(yīng)時(shí)粘附在石英套管外壁嚴(yán)重影響了光的透過性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種去除水中天然有機(jī)物的連續(xù)浸沒式光催化膜處理裝置，該裝置去除水中天然有機(jī)物效率高，使用壽命長(zhǎng)。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，一種去除水中天然有機(jī)物連續(xù)浸沒式光催化膜處理裝置，其特征在于，該裝置包括水的去濁和除鐵離子的纖維束過濾裝器3、集光催化與浸沒式微孔過濾一體化的反應(yīng)器4、供微孔過濾器反沖和光催化劑懸浮流動(dòng)的空壓機(jī)5及微孔過濾器出口的抽吸泵10構(gòu)成。所述的反應(yīng)器包括在一個(gè)密閉的筒體4-1內(nèi)，環(huán)形布置至少三根低壓紫外燈光源4-3及孔徑為0.1-0.22μm微濾膜過濾器4-5，在它們之間設(shè)置一塊圓弧狀擋光板4-4，在微孔膜濾器的下面設(shè)置一塊曝氣板4-6，該曝氣板與空壓機(jī)5相連，它們的連接管線上設(shè)置電磁控制閥6、7，微孔濾膜器的出口管線分別與抽吸泵10和空氣壓縮機(jī)5相連，反應(yīng)器內(nèi)的光催化劑為粒徑55-120μm的顆粒狀納米TiO2上述的纖維束過濾器為高效壓力式纖維束過濾器。
上述的每根紫外燈的功率為9-11w。
上述的曝氣板為微孔鈦板，其孔徑大小為＜30μm。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明由于在反應(yīng)器中使用顆粒狀納米級(jí)TiO2催化劑，并與浸沒式連續(xù)微濾相結(jié)合，使得該反應(yīng)器具有較高的光催化反應(yīng)效率和催化劑分離回收重復(fù)使用的目的。顆粒狀納米級(jí)TiO2能夠在水體攪動(dòng)時(shí)懸浮又可在重力作用下自由沉降。膜分離單元設(shè)置的微孔鈦板產(chǎn)生的氣泡可使反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)，從而保證的光催化反應(yīng)的效率，同時(shí)水流作用可延緩微濾膜的污染，減輕顆粒狀光催化劑在膜表面的停留機(jī)率，顆粒狀催化劑對(duì)紫外燈管外壁也起到了清除表面附著物的目的。浸沒式連續(xù)微孔過濾在一定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)氣反沖，從而維持了膜的高通量運(yùn)行，防止了膜的堵塞，延長(zhǎng)了膜的使用壽命。高效纖維束過濾器作為反應(yīng)器的預(yù)處理，可明顯降低水體的懸浮物，膠體物質(zhì)，從而降低了水體的濁度，也可以大大減少水中的總鐵含量，從而保障光催化反應(yīng)時(shí)Fe不會(huì)附著在石英套管外壁，保證了光的透過率，增強(qiáng)了光催化反應(yīng)效率。本發(fā)明裝置用于水中天然有機(jī)物的處理，充分利用納米顆粒狀光催化劑對(duì)難降解有機(jī)物的分解能力和膜對(duì)污染物以及催化劑的截留過濾性能。對(duì)比其它單獨(dú)高級(jí)氧化工藝和膜分離工藝，該技術(shù)具有處理效率高，處理成本低的特點(diǎn)，是一種完全新型的組合工藝。該裝置不僅可減小出水的CODMn、TOC，還可使出水的病原菌、細(xì)菌等大大降低。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施。
本發(fā)明所提供的淹沒式光催化膜處理裝置主要包括進(jìn)水箱1、水泵2、纖維束預(yù)處理系統(tǒng)3、進(jìn)水管組成的進(jìn)水系統(tǒng)，光催化與浸沒式微孔過濾一體化反應(yīng)器4和由抽吸泵10、出水箱12、出水管路組成的出水系統(tǒng)，還包括空氣壓縮泵5構(gòu)成的氣反沖系統(tǒng)及空氣供給系統(tǒng)。本發(fā)明還包括在反應(yīng)器中設(shè)置了液位控制器，用以控制進(jìn)水泵的開停。另外在空氣供給裝置及管路上設(shè)置由時(shí)間控制器控制的電磁閥，使CMFs在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)氣反沖。
纖維束預(yù)處理系統(tǒng)3用于大幅度減少進(jìn)水的濁度，并且對(duì)于水中的總鐵也可以去除60％以上，從而保證了后續(xù)的光催化反應(yīng)的效率，并維持膜反應(yīng)系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行。光催化與浸沒式微孔過濾一體化的反應(yīng)器4內(nèi)部設(shè)有內(nèi)循環(huán)擋光板4-4，低壓紫外光源4-3、石英套管4-2，浸沒式微濾膜組件4-5，圓弧狀擋光板4-4將反應(yīng)器分成光催化單元和膜分離單元，上下有流動(dòng)槽，在膜分離單元設(shè)計(jì)一個(gè)微孔鈦板曝氣板4-6，既可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器水和催化劑內(nèi)循環(huán)，又可在水流作用下沖刷膜表面減緩膜表面污染，同時(shí)還可有效防止顆粒狀光催化劑的下沉。該微孔鈦板由時(shí)間控制器8控制的電磁閥6和氣體流量計(jì)9相連接，從而與空氣壓縮機(jī)5相連。時(shí)間控制器8通過控制電子閥6和7的通斷來實(shí)現(xiàn)在反應(yīng)器中曝氣和進(jìn)行微濾膜的氣反沖。
在反應(yīng)器4中采用一種顆粒狀納米級(jí)TiO2光催化劑，這種顆粒狀光催化劑不僅在水溶液中能夠較均勻的混合而且比其它同類產(chǎn)品具有較高的活性，在光照條件下，不會(huì)產(chǎn)生一些中間產(chǎn)物而附著在石英套管表面；顆粒狀TiO2催化劑還可以在水流的作用下接觸石英套管外壁起到了清除表面附著物的目的，保持光的良好的透過性能，另外顆粒狀催化劑能夠被微濾膜有效分離和回收。
本發(fā)明的特征還在于反應(yīng)器中引入浸沒式連續(xù)微孔過濾(CMFs)器，并給該設(shè)備使用強(qiáng)力空氣反沖自動(dòng)清洗系統(tǒng)，利用空氣對(duì)中空纖維微濾膜進(jìn)行由內(nèi)向外的強(qiáng)力反沖，使部分顆粒狀光催化劑與膜表面分離，有效提高了水處理能力，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)了膜的使用壽命。
低壓紫外燈光源4-3的形狀為棒狀，放置在石英套管4-2中間，光源的開啟由控制器4-7控制，由于選擇的低壓光源紫外燈，所以產(chǎn)生的熱量很小，從而有效防止殘留Fe粘附在石英套管表面，保護(hù)了紫外燈的透過率，因此能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的處理廢水。
浸沒式連續(xù)微濾組件4-5通過出水管路與抽吸泵10，通過時(shí)間計(jì)電器11來控制抽吸泵10的開停，通過抽吸作用，將混合液經(jīng)微濾膜過濾，顆粒狀TiO2被膜有效截留在反應(yīng)器中，出水則由抽吸泵10抽吸至出水箱12中。
進(jìn)水時(shí)由液位計(jì)4-8控制進(jìn)水水泵2，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的液面低于某一水平時(shí)，進(jìn)水泵開啟，進(jìn)水由進(jìn)水箱1經(jīng)過纖維束預(yù)處理器3進(jìn)入反應(yīng)器4，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)液面高于一定水平時(shí)，進(jìn)水泵停止，使反應(yīng)器內(nèi)的處理水量相對(duì)保持穩(wěn)定。
反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，空氣壓縮機(jī)5和抽吸泵10開啟，時(shí)間控制器8控制電磁閥6開通和關(guān)閉電磁閥7，當(dāng)定時(shí)間反沖時(shí)，抽吸泵10關(guān)閉，時(shí)間控制器8控制電磁閥6關(guān)閉和開通電磁閥7進(jìn)行氣反沖。
實(shí)施例實(shí)施例1利用生化試劑富里酸配制待處理水，富里酸的含量為20mg/L，TOC為6.7mg/L，在下述條件下進(jìn)行處理處理時(shí)間30min；光催化劑投加量1.5g/L；處理后的TOC為1.6mg/L。
實(shí)施例2利用商品腐植酸配制待處理水，腐植酸的含量為20mg/L，TOC為7.5mg/L，在下述條件下進(jìn)行處理處理時(shí)間40min；光催化劑投加量1.5g/L；處理后的TOC為2.1mg/L。
實(shí)施例3取某微污染地表水，其水質(zhì)指標(biāo)為濁度10-15，TOC為6.2mg/L，在下述條件下進(jìn)行處理處理時(shí)間60min；催化劑投加量1.5g/L；處理后水質(zhì)如表1所示表1 實(shí)施例3處理后水質(zhì)

權(quán)利要求
1.一種去除水中天然有機(jī)物連續(xù)浸沒式光催化膜處理裝置，其特征在于，該裝置包括水的去濁和除鐵離子的纖維束過濾裝器(3)、集光催化與浸沒式微孔過濾一體化的反應(yīng)器(4)、供微孔過濾器反沖和光催化劑懸浮流動(dòng)的空壓機(jī)(5)及微孔過濾器出口的抽吸泵(10)構(gòu)成，所述的反應(yīng)器包括在一個(gè)密閉的筒體(4-1)內(nèi)，環(huán)形布置至少三根低壓紫外燈光源(4-3)及孔徑為0.1-0.22μm微濾膜過濾器(4-5)，在它們之間設(shè)置一塊圓弧狀擋光板(4-4)，在微孔膜濾器的下面設(shè)置一塊曝氣板(4-6)，該曝氣板與空壓機(jī)(5)相連，它們的連接管線上設(shè)置電磁控制閥(6)、(7)，微孔濾膜器的出口管線分別與抽吸泵(10)和空氣壓縮機(jī)(5)相連，反應(yīng)器內(nèi)的光催化劑為粒徑55-120μm的顆粒狀納米TiO2。
2.按權(quán)利要求1所述的去除水中天然有機(jī)物連續(xù)浸沒式光催化膜處理裝置，其特征在于，纖維束過濾器為高效壓力式纖維束過濾器。
3.按權(quán)利要求1所述的去除水中天然有機(jī)物連續(xù)浸沒式光催化膜處理裝置，其特征在于，每根紫外燈的功率為9-11w。
4.按權(quán)利要求1所述的去除水中天然有機(jī)物連續(xù)浸沒式光催化膜處理裝置，其特征在于，曝氣板為微孔鈦板，其孔徑大小為＜30μm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種去除水中天然有機(jī)物的連續(xù)浸沒式光催化膜處理裝置，屬于微污染水體及飲用水處理技術(shù)。該裝置包括纖維束過濾裝器、集光催化與浸沒式微孔過濾一體化的反應(yīng)器、空壓機(jī)及抽吸泵構(gòu)成，所述的反應(yīng)器包括在一個(gè)密閉的筒體內(nèi)，布置至少三根紫外燈及微濾膜過濾器，在它們之間設(shè)置擋光板，在微孔膜濾器的下面設(shè)置一塊曝氣板，該曝氣板與空壓機(jī)相連，它們的連接管線上設(shè)置電磁控制閥，微孔濾膜器的出口管線分別與抽吸泵和空氣壓縮機(jī)相連，反應(yīng)器內(nèi)的光催化劑的顆粒狀納米TiO
文檔編號(hào)C02F1/32GK1686846SQ20051001629
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月14日
發(fā)明者季民, 傅劍鋒, 金洛楠, 安鼎年 申請(qǐng)人:天津大學(xué)