專利名稱：用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微污染原水的預(yù)處理裝置，屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
微污染原水是指飲用水水源主要受有機(jī)物污染，部分項目超過《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-20(^)中III類水體的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。這類水中所含的污染物種類較多、性質(zhì)較復(fù)雜，但濃度比較低。國內(nèi)外的實(shí)驗研究和實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果都表明，常規(guī)凈水工藝對微污染原水中有機(jī)物尤其是溶解性有機(jī)物的去除效果較差，對不少水廠來說，要滿足出廠水CODsfa小于3mg/L的要求難度較大。另外，我國不少微污染水源水中的氨氮濃度常?？蛇_(dá):3mg/L以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》(GB5749-2006)中規(guī)定的飲用水中氨氮的含量不超過0. 5mg/L的要求，這也是常規(guī)處理工藝不能有效解決的一個難題。針對微污染水源水的這些問題，目前各水廠較常采用的處理技術(shù)包括增設(shè)預(yù)處理、強(qiáng)化常規(guī)工藝和延續(xù)深度處理三大部分。預(yù)處理通常是指在常規(guī)凈水工藝前，采用適當(dāng)?shù)奈锢?、化學(xué)和生化處理方法，對水中的污染物進(jìn)行初級去除，減輕常規(guī)處理的負(fù)擔(dān)，改善和提高飲用水水質(zhì)。生化處理是一種成本較低廉，運(yùn)行成熟的水處理技術(shù)，尤其是在對氨氮的去除方面有較理想的效果，光催化氧化法則對水中難降解有機(jī)物的去除有很好的效果，且具有能耗低、操作簡單、反應(yīng)條件溫和等特點(diǎn)。將兩種工藝相結(jié)合應(yīng)用于微污染原水的預(yù)處理，發(fā)揮兩者的協(xié)同作用，通過光催化過程產(chǎn)生的羥基自由基、超氧自由基等強(qiáng)氧化活性物種，不僅可有效解決微污染原水的氨氮超標(biāo)問題，而且可實(shí)現(xiàn)常溫常壓催化氧化高效去除水中天然有機(jī)物(NOM)和人工合成有機(jī)物(SOC)，使有機(jī)物獲得無機(jī)礦化，或提高有機(jī)物的可生化性，減少后續(xù)處理的負(fù)荷和消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，保證飲用水的安全。已有研究者使用光催化-生物串聯(lián)組合處理工藝來去除水中不同類型的污染物， 如H-酸，硝化纖維素，殺蟲劑，EDTA和苯酚等。光催化氧化可以作為降解過程的第一步，將大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)，破壞有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)，提高污染物質(zhì)的可生化性。也有一些研究者使用生物氧化-光催化集成技術(shù)來降解苯酚，硝基苯酚等污染物質(zhì)。生物氧化作為降解反應(yīng)的第一步，然后是光催化反應(yīng)。當(dāng)污染物質(zhì)經(jīng)過生物氧化降解后，在光催化反應(yīng)器中進(jìn)行進(jìn)一步的氧化降解，直至礦化。但上述光催化-生物氧化串聯(lián)組合工藝存在工藝流程長，占地面積較大，催化效率較低等缺點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置，結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，工藝流程短，對污染物降解效果好，易于操作的微污染原水處理裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置，具有裝置主體，連通裝置主體的進(jìn)水管路和出水管路，所述的裝置主體由橫向的穿孔隔板分隔成下方的生物膜生化反應(yīng)區(qū)和上方的光催化反應(yīng)區(qū)，生物膜生化反應(yīng)區(qū)內(nèi)填充生物填料，光催化反應(yīng)區(qū)內(nèi)填充光催化懸浮填料，生物膜生化反應(yīng)區(qū)的底部設(shè)置進(jìn)水管路，進(jìn)水管路通過水泵連通原水，光催化反應(yīng)區(qū)的頂部設(shè)置出水管路。為提高凈化效果，所述的裝置主體內(nèi)具有串聯(lián)的一級反應(yīng)區(qū)和二級反應(yīng)區(qū)，所述的一級反應(yīng)區(qū)和二級反應(yīng)區(qū)均由橫向的穿孔隔板分隔成下方的生物膜生化反應(yīng)區(qū)和上方的光催化反應(yīng)區(qū)，一級反應(yīng)區(qū)的底部設(shè)置進(jìn)水管路，一級反應(yīng)區(qū)的頂部出水口與二級反應(yīng)區(qū)的底部進(jìn)水口連通，進(jìn)水管路通過水泵連通原水，二級反應(yīng)區(qū)的頂部設(shè)置出水管路。具有兩級凈化，生化-光催化、再生化-光催化，有效提高裝置對原水的中污染物的總降解效率， 減少后續(xù)處理的負(fù)荷和消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，保證飲用水的安全。為更好的實(shí)現(xiàn)水流的切換，所述的一級反應(yīng)區(qū)和二級反應(yīng)區(qū)之間具有進(jìn)行水流流向切換的豎向的過水廊道。原水從一級反應(yīng)區(qū)的底部的進(jìn)水管路進(jìn)入依次通過生物膜生化反應(yīng)區(qū)和光催化反應(yīng)區(qū)，經(jīng)過過水廊道后進(jìn)入二級反應(yīng)區(qū)再依次通過生物膜生化反應(yīng)區(qū)和光催化反應(yīng)區(qū)，最終從二級反應(yīng)區(qū)的頂部的出水管路排出，過水廊道實(shí)現(xiàn)了一級反應(yīng)區(qū)和二級反應(yīng)區(qū)水流的切換。作為優(yōu)選，所述的生物填料為聚丙烯，所述的光催化懸浮填料為斜旋式多孔復(fù)合填料，主要由聚丙烯和納米級TiA組成的?？梢酝ㄟ^調(diào)整填料的填充比例以適應(yīng)原水水質(zhì)的變化。生物填料和光催化懸浮填料的密度為900-1000kg/m3，在一定量曝氣作用下在水中呈流化狀態(tài)。為提供充足的氧氣，所述的裝置主體內(nèi)具有向生物膜生化反應(yīng)區(qū)和光催化反應(yīng)區(qū)內(nèi)通氣的曝氣管，所述的曝氣管通過風(fēng)管連接外部的鼓風(fēng)機(jī)，所述的曝氣管為穿孔曝氣管或膜片式微孔曝氣管。曝氣管在提高充足氧氣的同時使填料呈流化狀態(tài)，提高了氣、液、固三相傳質(zhì)效率，使生物填料的生化反應(yīng)效率和光催化懸浮填料的光催化效率都得到提高。為提高光催化反應(yīng)區(qū)的效率，所述的裝置主體頂部設(shè)有向光催化反應(yīng)區(qū)輻射波長為2Mnm紫外線的紫外燈管。在紫外燈管或太陽光照射下，光催化懸浮填料上負(fù)載的TiO2 受到激發(fā)，其滿帶和導(dǎo)帶上分別產(chǎn)生空穴和自由電子，由光產(chǎn)生的空穴有很強(qiáng)的得電子能力，可奪取TiO2顆粒表面的有機(jī)物或水中的電子，最終生成氧化能力極強(qiáng)的·0Η自由基，使原水中難降解的有機(jī)物被氧化分解。為便于裝置的清洗維護(hù)，所述的裝置主體底部具有用于放空原水的放空管和安裝在放空管上控制啟閉的開關(guān)閥。本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型的用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置將生物膜生化反應(yīng)和光催化反應(yīng)集成于同一反應(yīng)裝置中，通過中間穿孔隔板進(jìn)行橫向分隔，通過中間豎向過水廊道實(shí)現(xiàn)水流流向的切換；通過生化-光催化，再生化-光催化兩級處理后，可提高反應(yīng)裝置對有機(jī)物的總降解效率；同時縮短了處理工藝流程，節(jié)省了占地面積。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置的第一
4個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置的第二個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.裝置主體，11. 一級反應(yīng)區(qū)，12. 二級反應(yīng)區(qū)，13.進(jìn)水管路，14.出水管路，2.穿孔隔板，3.生物膜生化反應(yīng)區(qū)，31.生物填料，4.光催化反應(yīng)區(qū)，41.光催化懸浮填料，5.過水廊道，6.曝氣管，7.紫外燈管。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖， 僅以示意方式說明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu)成。
圖1是本實(shí)用新型的用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置的第一個實(shí)施例，具有裝置主體1，連通裝置主體1的進(jìn)水管路13和出水管路14，裝置主體1由橫向的穿孔隔板2分隔成下方的生物膜生化反應(yīng)區(qū)3和上方的光催化反應(yīng)區(qū)4，生物膜生化反應(yīng)區(qū)3內(nèi)填充生物填料31，光催化反應(yīng)區(qū)4內(nèi)填充光催化懸浮填料41，生物膜生化反應(yīng)區(qū)3的底部設(shè)置進(jìn)水管路13，進(jìn)水管路13通過水泵連通原水，光催化反應(yīng)區(qū)4的頂部設(shè)置出水管路14。生物填料31為聚丙烯，生物填料41由聚丙烯在雙螺桿擠出機(jī)上擠出成型；光催化懸浮填料41為主要由聚丙烯和納米級TW2組成的斜旋式多孔復(fù)合填料，光催化懸浮填料 41由聚丙烯和納米級TiO2在雙螺桿擠出機(jī)上共混擠出成型。生物填料31和光催化懸浮填料41的密度為900-1000kg/m3，在曝氣作用下呈流化狀態(tài)。裝置主體1內(nèi)具有向生物膜生化反應(yīng)區(qū)3和光催化反應(yīng)區(qū)4內(nèi)通氣的曝氣管6，曝氣管6通過風(fēng)管連接外部的鼓風(fēng)機(jī)，曝氣管6為穿孔曝氣管或膜片式微孔曝氣管。裝置主體1頂部設(shè)有向光催化反應(yīng)區(qū)4輻射波長為254nm紫外線的紫外燈管7，紫外燈管7功率在36 90W范圍可調(diào)。裝置主體1底部具有用于放空原水的放空管和安裝在放空管上控制啟閉的開關(guān)閥。第一個實(shí)施例為一級凈化處理裝置。圖2是本實(shí)用新型的用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置的第二個實(shí)施例，具有裝置主體1，連通裝置主體1的進(jìn)水管路13和出水管路14，裝置主體1內(nèi)具有一級反應(yīng)區(qū)11和二級反應(yīng)區(qū)12，一級反應(yīng)區(qū)11和二級反應(yīng)區(qū)12均由橫向的穿孔隔板 2分隔成下方的生物膜生化反應(yīng)區(qū)3和上方的光催化反應(yīng)區(qū)4。一級反應(yīng)區(qū)11和二級反應(yīng)區(qū)12之間具有進(jìn)行水流流向切換的豎向的過水廊道5，一級反應(yīng)區(qū)11的底部設(shè)置進(jìn)水管路 13，進(jìn)水管路13通過水泵連通原水，二級反應(yīng)區(qū)12的頂部設(shè)置出水管路14，一級反應(yīng)區(qū)11 頂部出水口通過過水廊道5與二級反應(yīng)區(qū)12的底部進(jìn)水口連通。圖中箭頭指向表明水流方向。生物填料31為聚丙烯，生物填料41由聚丙烯在雙螺桿擠出機(jī)上擠出成型；光催化懸浮填料41為主要由聚丙烯和納米級TW2組成的斜旋式多孔復(fù)合填料，光催化懸浮填料 41由聚丙烯和納米級TiO2在雙螺桿擠出機(jī)上共混擠出成型。生物填料31和光催化懸浮填料41的密度為900-1000kg/m3，在曝氣作用下呈流化狀態(tài)。裝置主體1內(nèi)具有向生物膜生化反應(yīng)區(qū)3和光催化反應(yīng)區(qū)4內(nèi)通氣的穿孔曝氣管 6，穿孔曝氣管6通過風(fēng)管連接外部的鼓風(fēng)機(jī)。裝置主體1頂部設(shè)有向光催化反應(yīng)區(qū)4輻射波長為254nm紫外線的紫外燈管7，紫外燈管7的功率在36 90W范圍可調(diào)。裝置主體1底部具有用于放空原水的放空管和安裝在放空管上控制啟閉的開關(guān)閥。第二個實(shí)施例為兩級凈化處理裝置，是最優(yōu)實(shí)施例。采用兩級生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置預(yù)處理微污染原水，當(dāng)原水流量為0. 09m3/h,進(jìn)水CODfc平均濃度為8. 50mg/L, NH3-N平均濃度為3. 83mg/L，水力停留時間為lh，紫外燈功率為54W，光催化懸浮填料和生物填料的填充比為40%時，對C0Dfc、NH3-N的平均去除率分別為27. 5^^Π74.3%。
權(quán)利要求1.一種用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置，具有裝置主體(1)，連通裝置主體(1)的進(jìn)水管路(π)和出水管路(14)，其特征在于所述的裝置主體(1)由橫向的穿孔隔板( 分隔成下方的生物膜生化反應(yīng)區(qū)C3)和上方的光催化反應(yīng)區(qū)G)，生物膜生化反應(yīng)區(qū)(3)內(nèi)填充生物填料(31)，光催化反應(yīng)區(qū)內(nèi)填充光催化懸浮填料(41)，生物膜生化反應(yīng)區(qū)(3)的底部設(shè)置進(jìn)水管路(13)，進(jìn)水管路(1 通過水泵連通原水，光催化反應(yīng)區(qū)的頂部設(shè)置出水管路(14)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置，其特征在于所述的裝置主體⑴內(nèi)具有串聯(lián)的一級反應(yīng)區(qū)(11)和二級反應(yīng)區(qū)(12)，所述的一級反應(yīng)區(qū)(11)和二級反應(yīng)區(qū)(12)均由橫向的穿孔隔板(2)分隔成下方的生物膜生化反應(yīng)區(qū)⑶和上方的光催化反應(yīng)區(qū)G)，一級反應(yīng)區(qū)(11)的底部設(shè)置進(jìn)水管路(13)，一級反應(yīng)區(qū)(11)的頂部出水口與二級反應(yīng)區(qū)(1 的底部進(jìn)水口連通，進(jìn)水管路(1 通過水泵連通原水，二級反應(yīng)區(qū)(12)的頂部設(shè)置出水管路(14)。
3.如權(quán)利要求2所述的用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置，其特征在于所述的一級反應(yīng)區(qū)(11)和二級反應(yīng)區(qū)(12)之間具有進(jìn)行水流流向切換的豎向的過水廊道(5)。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置，其特征在于所述的生物填料(31)為聚丙烯，所述的光催化懸浮填料Gl)為斜旋式多孔復(fù)合填料。
5.如權(quán)利要求1或2所述的用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置， 其特征在于所述的裝置主體(1)內(nèi)具有向生物膜生化反應(yīng)區(qū)(3)和光催化反應(yīng)區(qū)內(nèi)通氣的曝氣管(6)，所述的曝氣管(6)通過風(fēng)管連接外部的鼓風(fēng)機(jī)，所述的曝氣管(6)為穿孔曝氣管或膜片式微孔曝氣管。
6.如權(quán)利要求1或2所述的用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置， 其特征在于所述的裝置主體(1)頂部設(shè)有向光催化反應(yīng)區(qū)(4)輻射波長為2Mnm紫外線的紫外燈管(7)。
7.如權(quán)利要求1或2所述的用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置， 其特征在于所述的裝置主體(1)底部具有用于放空原水的放空管和安裝在放空管上控制啟閉的開關(guān)閥。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于微污染原水預(yù)處理的生物膜-光催化集成反應(yīng)裝置，具有裝置主體，連通裝置主體的進(jìn)水管路和出水管路，裝置主體由橫向的穿孔隔板分隔成下方的生物膜生化反應(yīng)區(qū)和上方的光催化反應(yīng)區(qū)，生物膜生化反應(yīng)區(qū)內(nèi)填充生物填料，光催化反應(yīng)區(qū)內(nèi)填充光催化懸浮填料，生物膜生化反應(yīng)區(qū)的底部設(shè)置進(jìn)水管路，進(jìn)水管路通過水泵連通原水，光催化反應(yīng)區(qū)的頂部設(shè)置出水管路。本實(shí)用新型將生物膜生化反應(yīng)和光催化反應(yīng)集成于同一反應(yīng)裝置中，通過中間穿孔隔板進(jìn)行橫向分隔，通過中間豎向過水廊道實(shí)現(xiàn)水流流向的切換；通過生化-光催化，再生化-光催化兩級處理后，可提高反應(yīng)裝置對有機(jī)物的總降解效率；同時縮短了處理工藝流程，節(jié)省了占地面積。
文檔編號C02F1/32GK202226749SQ201120320698
公開日2012年5月23日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者李伯平, 李振寧, 郭迎慶, 雷春生 申請人:常州大學(xué), 江蘇振宇環(huán)?？萍加邢薰?br>