專利名稱：一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器及其工作方法，屬于廢水處理與回用的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水資源短缺是21世紀(jì)人類面臨的最嚴(yán)峻的資源問題之一，中水回用是水資源再生的重要手段之一，與海水淡化、跨流域調(diào)水相比，中水成本最低，并且污水再生利用有助于改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)水生態(tài)的良性循環(huán)。我國水資源嚴(yán)重短缺并且分布不均、水污染問題嚴(yán)重，因此，大力推進(jìn)污水與廢水的再生利用技術(shù)是必由之路。目前污水廢水處理多采用生物法，其中，厭氧生物技術(shù)因其具有產(chǎn)能的特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。厭氧膜生物反應(yīng)器是厭氧生物技術(shù)與膜分離技術(shù)的結(jié)合，厭氧絮狀污泥或顆粒污泥可以有效地去除污水廢水中可生化降解的有機(jī)污染物，膜分離作用可實現(xiàn)高效的固液分離，并且進(jìn)一步提高出水水質(zhì)。但是，厭氧膜生物反應(yīng)器對難生化降解和不可生化降解的有機(jī)污染物(如偶氮化合物、多氯聯(lián)苯等)作用很小。因此，單純的厭氧膜生物法在難降解廢水的處理與回用領(lǐng)域有一定的局限性?，F(xiàn)有采用內(nèi)循環(huán)厭氧膜生物技術(shù)處理污水廢水的技術(shù)中國專利CN102502957公開了一種單反應(yīng)區(qū)的內(nèi)循環(huán)厭氧膜生物反應(yīng)器，該裝置是對現(xiàn)有單反應(yīng)區(qū)的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的改進(jìn)，是由反應(yīng)器主體、進(jìn)水管、出水管、降流管、升流管、出泥管和沼氣管組成，反應(yīng)區(qū)主體內(nèi)設(shè)隔板，將反應(yīng)區(qū)主體分為上下兩部分，下部為反應(yīng)區(qū)；上部由所設(shè)的第二隔板分為降流區(qū)和膜組件區(qū)。該裝置的突出特征在于在現(xiàn)有單反應(yīng)區(qū)的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的基礎(chǔ)上引入了膜分離技術(shù)，實現(xiàn)固液分離。該裝置的優(yōu)點(diǎn)在于由于膜組件的設(shè)置，膜組件區(qū)的容積小于原來的沉淀區(qū)，使得反應(yīng)器的總?cè)莘e減?。挥赡そM件實現(xiàn)固液分離代替了原有的三相分離沉淀分離，有效克服了現(xiàn)有單反應(yīng)區(qū)的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器跑泥的問題，在該反應(yīng)器中可以獲得更高的污泥濃度，提高污水廢水處理效率。但是該專利提供的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計、制造和操作技術(shù)要求高；內(nèi)循環(huán)是由升流管和降流管結(jié)合實現(xiàn)的，由于管徑較細(xì)，容易發(fā)生阻塞，阻礙循環(huán)；而且該專利也并未就難降解和不可降解的廢水做進(jìn)一步處理?，F(xiàn)有的采用光催化法處理污水廢水的技術(shù)中國專利CN201762164U公開了一種懸浮活性炭光催化臭氧水處理裝置屬于分離裝置，是由光催化反應(yīng)筒、紫外光源和分離器組成。光催化反應(yīng)筒下端蓋上設(shè)有進(jìn)水口和進(jìn)氣口，在下封蓋的內(nèi)側(cè)設(shè)有氣體整流罩，其管口上設(shè)分布器，氣體整流罩上部同心安裝導(dǎo)流筒，導(dǎo)流筒外部為光催化反應(yīng)筒，與分離器相聯(lián)接。石英管從分離器頂部穿過，直接深入導(dǎo)流筒內(nèi)，并通過紫斥光燈管固定板固定。紫外光燈管安轉(zhuǎn)于石英管內(nèi)，導(dǎo)線伸出外部。本發(fā)明懸浮活性炭光催化臭氧水處理裝置，通過氣提作用使顆粒活性炭處于懸浮運(yùn)動狀態(tài)，在一個裝置內(nèi)實現(xiàn)固體催化劑和紫外光協(xié)同催化臭氧生成羥基自由基(· 0H)，反應(yīng)器效率高；升降流區(qū)密度差形成的液體循環(huán)，增強(qiáng)了臭氧化氣體和液體間的傳質(zhì)作用，同時降流區(qū)的液體向下流運(yùn)動形成臭氧化氣體的夾帶效應(yīng)，
4增加了臭氧化氣體在反應(yīng)器內(nèi)停留時間，極大地提高了臭氧的利用率。該專利利用催化臭氧氧化原理對所述的污水廢水進(jìn)行處理，其處理原料成本較高，且有一定毒性；固體催化劑和紫外光協(xié)同催化臭氧氧化容易實現(xiàn)芳烴類、偶氮類等難生化降解的有機(jī)物的無機(jī)化，但是對于飽和鏈烴類等易生化降解的有機(jī)物礦化效果不明顯，不能實現(xiàn)對污水廢水中易生化降解和難生化降解有機(jī)污染物的同時處理。·

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器。本發(fā)明將改進(jìn)的內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器與二氧化鈦光催化技術(shù)相結(jié)合，既克服了現(xiàn)有內(nèi)循環(huán)厭氧膜生物反應(yīng)器易阻塞的問題，也簡化了反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，并且同時實現(xiàn)了易生化降解和難生化降解有機(jī)污染物的處理，二氧化鈦光催化的引入也降低了催化氧化的成本，減小了反應(yīng)毒性。本發(fā)明還提供一種利用上述反應(yīng)器處理廢水的方法。技術(shù)術(shù)語解釋超濾膜是一種孔徑規(guī)格一致，額定孔徑范圍為O. 001-0. 02微米的微孔過濾膜。在膜的一側(cè)施以適當(dāng)壓力，就能篩出小于孔徑的溶質(zhì)分子，以分離分子量大于500道爾頓、粒徑大于2-20納米的顆粒。二氧化鈦光催化的機(jī)理=TiO2屬于一種η型半導(dǎo)體材料，它的禁帶寬度為3. 2ev(銳鈦礦)，當(dāng)它受到波長小于或等于387. 5nm的光(紫外光)照射時，價帶的電子就會獲得光子的能量而越前至導(dǎo)帶，形成光生電子(e_);而價帶中則相應(yīng)地形成光生空穴(h+)。如果把分散在溶液中的每一顆TiO2粒子近似看成是小型短路的光電化學(xué)電池，則光電效應(yīng)產(chǎn)生的光生電子和空穴在電場的作用下分別遷移到TiO2表面不同的位置。TiO2表面的光生電子e_易被水中溶解氧等氧化性物質(zhì)所捕獲，而空穴h+則可氧化吸附于TiO2表面的有機(jī)物或先把吸附在TiO2表面的0H_和H2O分子氧化成· OH自由基，· OH自由基的氧化能力是水體中存在的氧化劑中最強(qiáng)的，能氧化水中絕大部分的有機(jī)物及無機(jī)污染物，將其礦化為無機(jī)小分子、CO2和H2O等無害物質(zhì)。二氧化鈦光催化的基本化學(xué)反應(yīng)過程如下TiO2+h V — TiO2+h +Θ(I)h.+e-— heat or h v(2)h++0『一·0Η(3)h++H20 — · OH+H+(4)· OH+有機(jī)物一…一C02+H20 (5)TiO2光催化降解有機(jī)物,實質(zhì)上是一種自由基反應(yīng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)筒、氣提筒、三相分離器和膜組件，在所述的反應(yīng)筒的底部設(shè)置有進(jìn)水管與進(jìn)氣管(沼氣循環(huán)管)，在反應(yīng)筒內(nèi)放置載有二氧化鈦的輕質(zhì)顆粒；在反應(yīng)筒的內(nèi)部軸向自下而上設(shè)置有沼氣曝氣盤、氣提筒和三相分離器，在所述氣提筒內(nèi)設(shè)置有紫外光光源；在所述氣提筒的上方罩設(shè)有三相分離器，所述三相分離器包括自上而下設(shè)置的導(dǎo)流筒和傘狀導(dǎo)流罩，在傘狀導(dǎo)流罩的外邊緣設(shè)置有向內(nèi)翻折的導(dǎo)流沿，所述導(dǎo)流筒的上端通過所述反應(yīng)筒的頂蓋與外部出氣管相連通，并通過氣泵與所述的沼氣曝氣盤相連通；在所述反應(yīng)筒內(nèi)、且與所述導(dǎo)流筒水平對應(yīng)的位置上設(shè)置有膜組件，所述膜組件通過反應(yīng)筒側(cè)壁與外部的出水管相連。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述反應(yīng)筒內(nèi)放置的載有二氧化鈦的輕質(zhì)顆?？傮w積為反應(yīng)筒體積的1/5-1/4。所選填裝二氧化鈦輕質(zhì)顆粒的目的在于保證二氧化鈦催化劑的用量在3-5g/L之間，確保光催化效果達(dá)到最優(yōu)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的膜組件采用的是中空纖維超濾膜，超濾膜的額定孔徑為O. 01微米。本發(fā)明采用超濾膜組件，置于反應(yīng)桶上部的清水區(qū)，而不與厭氧污泥直接接觸,大大降低了膜污染。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述紫外光光源設(shè)置在氣提筒的下部1/3處，選擇紫外光源功率為300-500W。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述反應(yīng)筒包括由上而下設(shè)置的筒狀分離區(qū)和筒狀升降區(qū)，所述筒狀分離區(qū)的內(nèi)徑大于所述筒狀升降區(qū)的內(nèi)徑，所述筒狀分離區(qū)和筒狀升降區(qū)之間設(shè)置有傾斜沉降沿。所述的筒狀升降區(qū)的內(nèi)徑小于筒狀分離區(qū)的內(nèi)徑的目的在于，所述水流沿較小內(nèi)徑的氣提筒上升至筒狀分離區(qū)，其內(nèi)徑增大使得水流流速緩降，即所述廢水水流中的沉淀物沿筒狀升降區(qū)沉降至反應(yīng)筒的底部，加速沉降效果。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的傾斜沉降沿的水平位置低于所述導(dǎo)流沿的水平位置。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒為負(fù)載有二氧化鈦的活性炭顆粒，所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒的堆積密度為O. 3-0. 5kg/L、比表面為1500-2000m2/g，粒徑范圍2-4mm，吸水率為300-450% ;所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒按重量百分比包括以下原料活性炭顆粒80-90份；二氧化鈦4-8份。所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒的制備方法，包括步驟如下(I)使用磁力恒溫攪拌器在25°C下將分析純的鈦酸丁酯、分析純的冰乙酸依次加入無水乙醇中，攪拌15 20min，得到均勻透明的淡黃色溶液；所述鈦酸丁酯、冰乙酸和無水乙醇的體積份數(shù)分別為鈦酸丁酯4.5-6 份；冰乙酸0.8-1. 2 份;無水乙醇12-18份；優(yōu)選的，所述鈦酸丁酯、冰乙酸和無水乙醇的按照體積比分別為鈦酸丁酯5份；冰乙酸1份；無水乙醇15份；(2)繼續(xù)攪拌，加入占步驟(I)中得到的淡黃色溶液體積百分比1-2%的濃硝酸，所述濃硝酸的濃度為65-68wt% ;加入占步驟(I)中得到的淡黃色溶液體積百分比25-27%的乙醇溶液，所述乙醇溶液的濃度為90-95wt%，繼續(xù)攪拌1-1. 5h，得到二氧化鈦溶膠；(3)將活性炭顆粒浸入步驟(2)制備的二氧化鈦溶膠中，充分浸潰，然后提拉出來后在烘箱中于105°C下烘干2-3h，即為鍍膜一次；再重復(fù)步驟(3) 2次，即為鍍膜三次；(4)將鍍膜三次的活性炭顆粒置于石英管式爐中，通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，在500-600°C條件下恒溫煅燒4-5h，使二氧化鈦牢固附著于活性炭顆粒之上，即得二氧化鈦輕質(zhì)顆粒。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在對廢水進(jìn)行處理前，將所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒進(jìn)行生物膜 培養(yǎng)，包括步驟如下(I)將上述制備的二氧化鈦的輕質(zhì)顆粒與厭氧污泥以體積比1:3-1:4混合加入反應(yīng)筒，關(guān)閉紫外光源，以待處理廢水為培養(yǎng)基質(zhì)；(2)在待處理廢水中下馴化I個月，實現(xiàn)二氧化鈦輕質(zhì)顆粒表面和內(nèi)部空隙掛膜。然后將紫外燈打開，其他條件不變，繼續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器，在紫外燈的作用下，廢水中難降解的有機(jī)物得以降解，同時顆粒表面的微生物逐漸失活，僅由內(nèi)部微生物膜實現(xiàn)可生化降解有機(jī)物的降解。掛膜后，載有二氧化鈦的活性炭顆粒，微生物(干重)占2%-10%。本發(fā)明還提供一種利用上述反應(yīng)器處理污水的方法，包括步驟如下(I)待廢水經(jīng)由反應(yīng)筒底端的進(jìn)水管進(jìn)入反應(yīng)筒，循環(huán)甲烷氣體由反應(yīng)筒底端的進(jìn)氣管進(jìn)入氣提筒，在進(jìn)水流速與氣體提升力的作用下，廢水與反應(yīng)筒內(nèi)的二氧化鈦輕質(zhì)顆粒混合成混合廢水；(2)所述步驟(I)中的混合廢水進(jìn)入氣提筒，在紫外光光源照射下、二氧化鈦催化作用下，混合廢水中的難生物降解有機(jī)物降解為可生化降解化合物；(3)混合廢水沿氣提筒上流至所述的三相分離器的傘狀導(dǎo)流罩，被所述傘狀導(dǎo)流罩回?fù)踔翚馓嵬餐獠?，在重力作用下所述混合廢水沿反應(yīng)筒和氣提筒之間環(huán)形降流區(qū)下流，并在反應(yīng)筒底部在內(nèi)外筒壓力差作用下回流重復(fù)至氣提筒內(nèi)，不斷的回流過程實現(xiàn)了廢水和二氧化鈦輕質(zhì)顆粒的充分接觸反應(yīng)；廢水中可生化降解有機(jī)物產(chǎn)生沼氣；在二氧化鈦輕質(zhì)顆粒的催化作用下，紫外光光源照射產(chǎn)生羥基自由基對廢水中的不可生物降解的物質(zhì)進(jìn)行氧化降解處理；本發(fā)明利用二氧化鈦光催化作用將污水中的重金屬及氧化物等降解為無毒物質(zhì)、將廢水中的難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易生化降解的簡單有機(jī)化合物；(4)所述的沼氣、廢水和二氧化鈦輕質(zhì)顆粒在反應(yīng)筒的上部相互分離沼氣沿三相分離器的導(dǎo)流筒逸出反應(yīng)筒，沿出氣管排出后收集，部分循環(huán)；廢水中的沉淀物和二氧化鈦輕質(zhì)顆粒沉降回至反應(yīng)筒下部；在反應(yīng)筒的上部廢水經(jīng)沉降后產(chǎn)出的上清液經(jīng)由膜組件、在恒流泵的抽吸作用下經(jīng)出水管排出。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器的容積負(fù)荷為6-20g(COD)/L · do本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明將所述的二氧化鈦光催化技術(shù)與生物膜技術(shù)結(jié)合，將廢水中的難降解有機(jī)物先經(jīng)二氧化鈦光催化作用轉(zhuǎn)化為易生化降解的簡單有機(jī)化合物，再經(jīng)厭氧生物作用，轉(zhuǎn)化為沼氣，不但能夠?qū)U水中的可生物降解物質(zhì)順利處理，還能通過不斷的回流催化將廢水中不可生物降解的物質(zhì)有效去除。利用本發(fā)明所述的反應(yīng)器對廢水進(jìn)行處理其中可生物降解的物質(zhì)的去除率為90%以上，所述不可生物降解的物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率為90-95%，去除率為90%以上，經(jīng)處理后的廢水可直接作為中水回用。本發(fā)明耦合了多種污水處理技術(shù)，實現(xiàn)了難降解廢水的高效處理，達(dá)到了廢水回用的目的，是一種高效、實用的污水廢水處理與回用工藝。


圖I為本發(fā)明所述反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.反應(yīng)筒；1-1.筒狀分離區(qū)；1-2.筒狀升降區(qū)；1-3.傾斜沉降；2.三相分離器；2-1.導(dǎo)流筒'2-2.傘狀導(dǎo)流罩；2-3.導(dǎo)流沿；3.氣提筒；4.進(jìn)水管；5.膜組件；6.出 水管；7.恒流泵；8.出氣管；9.沼氣氣泡，10. 二氧化鈦輕質(zhì)顆粒；11.紫外光光源；12.沼氣曝氣盤；13.氣體流量計；14.氣泵。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖I和實施例進(jìn)一步說明，但不限于此。以下實施例中所用到的二氧化鈦輕質(zhì)顆粒為負(fù)載有二氧化鈦的活性炭顆粒，所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒的堆積密度為O. 3-0. 5kg/L、比表面為1500-2000m2/g，粒徑范圍2_4mm，吸水率為300-450% ;所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒按重量百分比包括以下原料活性炭顆粒80-90份；二氧化鈦4-8份。所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒的制備方法，包括步驟如下(I)使用磁力恒溫攪拌器在25°C下將分析純的鈦酸丁酯、分析純的冰乙酸依次加入無水乙醇中，攪拌15 20min，得到均勻透明的淡黃色溶液；所述鈦酸丁酯、冰乙酸和無水乙醇的體積份數(shù)分別為鈦酸丁酯5份；冰乙酸1份；無水乙醇15份；(2)繼續(xù)攪拌，加入占步驟(I)中得到的淡黃色溶液體積百分比1-2%的硝酸溶液，所述硝酸溶液的濃度為65-68wt% ;加入占步驟(I)中得到的淡黃色溶液體積百分比25-27%的乙醇溶液，所述乙醇溶液的濃度為90-95wt%，繼續(xù)攪拌1-1. 5h，得到二氧化鈦溶膠；(3)將活性炭顆粒浸入步驟(2)制備的二氧化鈦溶膠中，充分浸潰，然后提拉出來后在烘箱中于105°C下烘干2-3h，即為鍍膜一次；再重復(fù)步驟(3) 2次，即為鍍膜三次；(4)將鍍膜三次的活性炭顆粒置于石英管式爐中，通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，在500-600°C條件下恒溫煅燒4-5h，使二氧化鈦牢固附著于活性炭顆粒之上，即得二氧化鈦輕質(zhì)顆粒。在對廢水進(jìn)行處理前，將所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒進(jìn)行生物膜培養(yǎng)，包括步驟如下(I)將上述制備的二氧化鈦的輕質(zhì)顆粒與厭氧污泥以體積比1:3-1:4混合加入反應(yīng)筒，關(guān)閉紫外光源，以待處理廢水為培養(yǎng)基質(zhì)；(2)在待處理廢水中下馴化I個月，實現(xiàn)二氧化鈦輕質(zhì)顆粒表面和內(nèi)部空隙掛膜。然后將紫外燈打開，其他條件不變，繼續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器，在紫外燈的作用下，廢水中難降解的有機(jī)物得以降解，同時顆粒表面的微生物逐漸失活，僅由內(nèi)部微生物膜實現(xiàn)可生化降解有機(jī)物的降解。掛膜后，載有二氧化鈦的活性炭顆粒，微生物(干重)占2%-10%。實施例I、
一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)筒I、氣提筒3、三相分離器2和膜組件5，在所述的反應(yīng)筒I的底部設(shè)置有進(jìn)水管4與進(jìn)氣管，在反應(yīng)筒I內(nèi)放置載有二氧化鈦的輕質(zhì)顆粒10 ;在反應(yīng)筒I的內(nèi)部軸向自下而上設(shè)置有沼氣曝氣盤12、氣提筒3和三相分離器，在所述氣提筒3內(nèi)設(shè)置有紫外光光源11 ;在所述氣提筒3的上方罩設(shè)有三相分離器2，所述三相分離器2包括自上而下設(shè)置的導(dǎo)流筒2-1和傘狀導(dǎo)流罩2-2，在傘狀導(dǎo)流罩的外邊緣設(shè)置有向內(nèi)翻折的導(dǎo)流沿2-3，所述導(dǎo)流筒2-1的上端通過所述反應(yīng)筒I的頂蓋與外部出氣管8相連通，并通過氣泵14與所述的沼氣曝氣盤12相連通；在所述反應(yīng)筒I內(nèi)、且與所述導(dǎo)流筒2-1水平對應(yīng)的位置上設(shè)置有膜組件5，所述膜組件5通過反應(yīng)筒I側(cè)壁與外部的出水管6相連。所述反應(yīng)筒I包括由上而下設(shè)置的筒狀分離區(qū)1-1和筒狀升降區(qū)1-2，所述筒狀分離區(qū)1-1的內(nèi)徑大于所述筒狀升降區(qū)1-2的內(nèi)徑，所述筒狀分離區(qū)1-1和筒狀升降區(qū)1-2之間設(shè)置有傾斜沉降沿1-3。所述的傾斜沉降沿1-3的水平位置低于所述導(dǎo)流沿2-3的水平位置。所述反應(yīng)筒內(nèi)放置的載有二氧化鈦的輕質(zhì)顆粒總體積為反應(yīng)筒體積的1/5。所述的膜組件采用的是中空纖維超濾膜，超濾膜的額定孔徑為0.01微米。所述紫外光光源設(shè)置在氣提筒的下部1/3處，選擇紫外光源功率為300W。實施例2、一種利用如實施例I述反應(yīng)器處理某偶氮類活性藍(lán)印染廢水，廢水中C0D&的含量為600-800mg/L，B0D/C0D<0. 18 ;反應(yīng)器內(nèi)溫度維持在35±1°C ;具體方法包括步驟如下(I)待廢水經(jīng)由反應(yīng)筒I底端的進(jìn)水管進(jìn)入反應(yīng)筒1，循環(huán)甲烷氣體由反應(yīng)筒底端的進(jìn)氣管進(jìn)入氣提筒，在進(jìn)水流速與氣體提升力的作用下，廢水與反應(yīng)筒內(nèi)的二氧化鈦輕質(zhì)顆?；旌铣苫旌蠌U水；(2)所述步驟(I)中的混合廢水進(jìn)入氣提筒3，在紫外光光源11照射下、二氧化鈦催化作用下，混合廢水中的難生物降解有機(jī)物降解為可生化降解化合物；(3)混合廢水沿氣提筒3上流至所述的三相分離器2的傘狀導(dǎo)流罩2-2，被所述傘狀導(dǎo)流罩2-2回?fù)踔翚馓嵬餐獠浚谥亓ψ饔孟滤龌旌蠌U水沿反應(yīng)筒和氣提筒2之間環(huán)形降流區(qū)下流，并在反應(yīng)筒I底部在內(nèi)外筒壓力差作用下回流重復(fù)至氣提筒內(nèi)，不斷的回流過程實現(xiàn)了廢水和二氧化鈦輕質(zhì)顆粒的充分接觸反應(yīng)；廢水中可生化降解有機(jī)物產(chǎn)生沼氣；在二氧化鈦輕質(zhì)顆粒的催化作用下，紫外光光源11照射產(chǎn)生羥基自由基對廢水中的不可生物降解的物質(zhì)進(jìn)行氧化降解處理；本發(fā)明利用二氧化鈦光催化作用將污水中的重金屬及氧化物等降解為無毒物質(zhì)、將廢水中的難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易生化降解的簡單有機(jī)化合物；(4)所述的沼氣、廢水和二氧化鈦輕質(zhì)顆粒在反應(yīng)筒的上部相互分離沼氣沿三相分離器的導(dǎo)流筒逸出反應(yīng)筒，沿出氣管排出后收集，部分循環(huán)；廢水中的沉淀物和二氧化鈦輕質(zhì)顆粒沉降回至反應(yīng)筒下部；在反應(yīng)筒的上部廢水經(jīng)沉降后產(chǎn)出的上清液經(jīng)由膜組件、在恒流泵的抽吸作用下經(jīng)出水管排出。所述光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器的容積負(fù)荷為6g (COD)/L · d。反應(yīng)器內(nèi)沼氣氣體的表觀流速為20mm/s。經(jīng)過本實施例所述的反應(yīng)器處理后的某偶氮類活性藍(lán)印染廢水進(jìn)行檢測，其中0 &含量降至50mg/L以下，COD去除率達(dá)到90%以上，脫色率達(dá)到95%以上。
實施例3、一種利用如實施例I所述反應(yīng)器及實施例2所述方法處理某焦化廢水，廢水中CODcr的含量為600-1300mg/L，B0D/C0D〈0. 25 ;反應(yīng)器內(nèi)溫度維持在35± 1°C;其中紫外光光源為500W，所述光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器的容積負(fù)荷為Sg (COD)/L · d。反應(yīng)器內(nèi)沼氣氣體的表觀流速為35mm/s。經(jīng)過本實施例所述的反應(yīng)器處理后的某焦化廢水進(jìn)行檢測，其中0 &含量降至50mg/L以下，COD去除率達(dá)到90%以上。
權(quán)利要求
1.一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器包括反應(yīng)筒、氣提筒、三相分離器和膜組件，在所述的反應(yīng)筒的底部設(shè)置有進(jìn)水管與進(jìn)氣管，在反應(yīng)筒內(nèi)放置載有二氧化鈦的輕質(zhì)顆粒；在反應(yīng)筒的內(nèi)部軸向自下而上設(shè)置有沼氣曝氣盤、氣提筒和三相分離器，在所述氣提筒內(nèi)設(shè)置有紫外光光源；在所述氣提筒的上方罩設(shè)有三相分離器，所述三相分離器包括自上而下設(shè)置的導(dǎo)流筒和傘狀導(dǎo)流罩，在傘狀導(dǎo)流罩的外邊緣設(shè)置有向內(nèi)翻折的導(dǎo)流沿，所述導(dǎo)流筒的上端通過所述反應(yīng)筒的頂蓋與外部出氣管相連通，并通過氣泵與所述的沼氣曝氣盤相連通；在所述反應(yīng)筒內(nèi)、且與所述導(dǎo)流筒水平對應(yīng)的位置上設(shè)置有膜組件，所述膜組件通過反應(yīng)筒側(cè)壁與外部的出水管相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)筒內(nèi)放置的載有二氧化鈦的輕質(zhì)顆粒總體積為反應(yīng)筒體積的1/5-1/4。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述的膜組件采用的是中空纖維超濾膜，超濾膜的額定孔徑為0.01微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述紫外光光源設(shè)置在氣提筒的下部1/3處，選擇紫外光源功率為300-500W。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)筒包括由上而下設(shè)置的筒狀分離區(qū)和筒狀升降區(qū)，所述筒狀分離區(qū)的內(nèi)徑大于所述筒狀升降區(qū)的內(nèi)徑，所述筒狀分離區(qū)和筒狀升降區(qū)之間設(shè)置有傾斜沉降沿；所述的傾斜沉降沿的水平位置低于所述導(dǎo)流沿的水平位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒為負(fù)載有二氧化鈦的活性炭顆粒，所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒的堆積密度為O. 3-0. 5kg/L、比表面為1500-2000m2/g，粒徑范圍2_4mm，吸水率為300-450% ;所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒按重量百分比包括以下原料活性炭顆粒80-90份；二氧化鈦4-8份。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒是按如下制備方法制備的，該方法包括步驟如下(O使用磁力恒溫攪拌器在25°C下將分析純的鈦酸丁酯、分析純的冰乙酸依次加入無水乙醇中，攪拌15 20min，得到均勻透明的淡黃色溶液；所述鈦酸丁酯、冰乙酸和無水乙醇的體積份數(shù)分別為鈦酸丁酯4. 5-6份；冰乙酸0. 8-1. 2份；無水乙醇12-18份；優(yōu)選的，所述鈦酸丁酯、冰乙酸和無水乙醇的按照體積比分別為鈦酸丁酯5份；冰乙酸1份；無水乙醇15份；(2)繼續(xù)攪拌，加入占步驟(I)中得到的淡黃色溶液體積百分比1-2%的濃硝酸，所述濃硝酸的濃度為65-68wt% ;加入占步驟(I)中得到的淡黃色溶液體積百分比25-27%的乙醇溶液，所述乙醇溶液的濃度為90-95wt%，繼續(xù)攪拌1-1. 5h，得到二氧化鈦溶膠；(3)將活性炭顆粒浸入步驟(2)制備的二氧化鈦溶膠中，充分浸潰，然后提拉出來后在烘箱中于105°C下烘干2-3h，即為鍍膜一次；再重復(fù)步驟(3) 2次，即為鍍膜三次；(4)將鍍膜三次的活性炭顆粒置于石英管式爐中，通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，在500-60(TC條件下恒溫煅燒4-5h，使二氧化鈦牢固附著于活性炭顆粒之上，即得二氧化鈦輕質(zhì)顆粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器，其特征在于，在對廢水進(jìn)行處理前，將所述二氧化鈦輕質(zhì)顆粒進(jìn)行生物膜培養(yǎng)，包括步驟如下(1)將上述制備的二氧化鈦的輕質(zhì)顆粒與厭氧污泥以體積比1:3-1:4混合加入反應(yīng)筒，關(guān)閉紫外光源，以待處理廢水為培養(yǎng)基質(zhì)；(2)在待處理廢水中下馴化I個月，實現(xiàn)二氧化鈦輕質(zhì)顆粒表面和內(nèi)部空隙掛膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器的容積負(fù)荷為6-20g(C0D)/L · d。
10.一種利用如權(quán)利要求I所述反應(yīng)器處理污水的方法，其特征在于，該方法包括步驟如下(1)待廢水經(jīng)由反應(yīng)筒底端的進(jìn)水管進(jìn)入反應(yīng)筒，循環(huán)甲烷氣體由反應(yīng)筒底端的進(jìn)氣管進(jìn)入氣提筒，在進(jìn)水流速與氣體提升力的作用下，廢水與反應(yīng)筒內(nèi)的二氧化鈦輕質(zhì)顆粒混合成混合廢水；(2)所述步驟(I)中的混合廢水進(jìn)入氣提筒，在紫外光光源照射下、二氧化鈦催化作用下，混合廢水中的難生物降解有機(jī)物降解為可生化降解化合物；(3)混合廢水沿氣提筒上流至所述的三相分離器的傘狀導(dǎo)流罩，被所述傘狀導(dǎo)流罩回?fù)踔翚馓嵬餐獠?，在重力作用下所述混合廢水沿反應(yīng)筒和氣提筒之間環(huán)形降流區(qū)下流，并在反應(yīng)筒底部在內(nèi)外筒壓力差作用下回流重復(fù)至氣提筒內(nèi)，不斷的回流過程實現(xiàn)了廢水和二氧化鈦輕質(zhì)顆粒的充分接觸反應(yīng)；(4)所述的沼氣、廢水和二氧化鈦輕質(zhì)顆粒在反應(yīng)筒的上部相互分離沼氣沿三相分離器的導(dǎo)流筒逸出反應(yīng)筒，沿出氣管排出后收集，部分循環(huán)；廢水中的沉淀物和二氧化鈦輕質(zhì)顆粒沉降回至反應(yīng)筒下部；在反應(yīng)筒的上部廢水經(jīng)沉降后產(chǎn)出的上清液經(jīng)由膜組件、在恒流泵的抽吸作用下經(jīng)出水管排出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光催化、內(nèi)循環(huán)厭氧流化膜生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)筒、氣提筒、三相分離器和膜組件，在所述的反應(yīng)筒的底部設(shè)置有進(jìn)水管與進(jìn)氣管，在反應(yīng)筒內(nèi)放置載有二氧化鈦的輕質(zhì)顆粒；在反應(yīng)筒的內(nèi)部軸向自下而上設(shè)置有沼氣曝氣盤、氣提筒和三相分離器，在所述氣提筒內(nèi)設(shè)置有紫外光光源。本發(fā)明還提供一種利用上述反應(yīng)器處理廢水的方法。本發(fā)明耦合了多種污水處理技術(shù)，實現(xiàn)了難降解廢水的高效處理，達(dá)到了廢水回用的目的，是一種高效、實用的污水廢水處理與回用工藝。
文檔編號C02F9/14GK102936081SQ201210422679
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者王燕, 馬德方, 閆晗, 韓綺, 高寶玉, 岳欽艷, 李倩 申請人:山東大學(xué)