專利名稱：微污染原水凈化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種飲用水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是采用Ti02/UV催化氧化耦合膜分離去除微污染水中天然有機物(NOM)的水處理技木。
背景技術(shù)：
低壓操作的膜系統(tǒng)，即微濾(MF)和超濾(UF)膜，正越來越多地應(yīng)用于飲用水處理。然而，對天然有機物(NOM)低去除率及天然有機物所造成的膜污染限制了它的實際應(yīng)用，因此在膜分離之前采取合適的預(yù)處理措施是ー項必要的選擇。這些預(yù)處理措施中包括 混凝、活性炭吸附、離子交換、臭氧氧化法和光催化氧化法等。光催化正不斷發(fā)展成為ー項很有前景的環(huán)境凈化技術(shù)，許多研究表明，光催化技術(shù)不僅能夠提高處理出水水質(zhì)而且能夠改變處理水中的有機物化學結(jié)構(gòu)來控制膜污染。因此，耦合光催化與膜濾技術(shù)(MPR)已經(jīng)得到了廣泛地研究，特別是浸沒式膜光催化反應(yīng)器(SMPR)。由于其制備及維護成本低，浸沒式膜已被廣泛應(yīng)用于膜生物反應(yīng)器(MBR)技術(shù)中。浸沒式膜組件應(yīng)用的ー個重要特點是利用膜組件底部的空氣為膜提供機械清洗，以便減少因抽吸造成的膜反應(yīng)器中過高的壓力。因此這種低壓甚至可以無外壓的操作方式極大地降低了浸沒式膜操作系統(tǒng)的成本。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中天然有機物(NOM)低去除率及天然有機物所造成的膜污染的技術(shù)難題，提供一種微污染原水浄化的光催化耦合膜分離反
應(yīng)裝置。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種微污染原水浄化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)器主體、存放原水的進水箱和存放凈化水的出水箱，所述的反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)有ー擋光板，所述的擋光板將反應(yīng)器主體分為光催化反應(yīng)區(qū)和膜分離區(qū)，光催化反應(yīng)區(qū)和膜分離區(qū)的上下兩端連通，光催化反應(yīng)區(qū)中設(shè)有透明燈套，透明燈套中設(shè)有紫外線光源，進水箱的出口通過管路連通光催化反應(yīng)區(qū)的進ロ ；膜分離區(qū)中設(shè)有浸沒在原水的平板膜組件，所述的平板膜組件的正下方設(shè)有氣體擴散裝置，所述的氣體擴散裝置通過管路連接提供氣源的空氣泵，所述的平板膜組件的出口通過抽吸泵及管路連通出水箱。為控制反應(yīng)時的溫度，達到最佳的反應(yīng)效率和效果，所述的反應(yīng)器主體外壁設(shè)有冷卻水循環(huán)筒，冷卻水循環(huán)筒的下部設(shè)有進水口、上部設(shè)有出水ロ。為達到最佳的反應(yīng)效率和效果，控制溫度在25°C左右。為提高反應(yīng)速率，所述的反應(yīng)器主體底部設(shè)有攪拌器。進ー步的，所述的攪拌器為磁力攪拌器，磁力攪拌器的攪拌子置于反應(yīng)器主體內(nèi)。為了強化反應(yīng)器主體兩區(qū)之間的水質(zhì)均勻，還具有循環(huán)泵，所述的循環(huán)泵通過管路使光催化反應(yīng)區(qū)和膜分離區(qū)形成循環(huán)回路。循環(huán)流量為lL/min。為實現(xiàn)自動化控制，所述的空氣泵、抽吸泵和循環(huán)泵由智能控制系統(tǒng)控制工作。[0010]所述的平板膜組件與抽吸泵之間的管路上具有開關(guān)閥和精密壓力表。作為優(yōu)先，所述的反應(yīng)器主體的長度為18cm、寬度為12cm、高度為40cm,擋光板的寬度為17. 5cm、高度為22. 5cm、厚度為Imm,擋光板的下端距反應(yīng)器主體的底部5cm,所述的反應(yīng)器主體的光催化反應(yīng)區(qū)和膜分離區(qū)的體積比例為1:1。作為優(yōu)選，所述的透明燈套為石英燈套，所述的紫外線光源包括至少三個可分開控制開關(guān)的紫外線燈，所述的紫外線燈的功率為16W、所發(fā)出的紫外線波長為253. 7nm，所述的紫外線燈垂直放置。為保持反應(yīng)器主體中恒定的水位，所述的反應(yīng)器主體中設(shè)有顯示液位高度的水位計。本實用新型的有益效果是，本實用新型的微污染原水凈化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置采用浸沒式平板膜光催化反應(yīng)器(FSMPR)，配合采用懸浮的二氧化鈦(P25)作為光催化劑來降解Ν0Μ，平板膜分離一方面限定了催化劑的反應(yīng)環(huán)境，同時可以通過膜抽吸通量的大小來調(diào)節(jié)目標物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，并解決了光催化劑在反應(yīng)器中同時參與反應(yīng)與分離的問題。兩者的組合兼具有兩個主要優(yōu)點不僅強化了對天然有機物的去除，而且能夠降低膜污染。兩者構(gòu)成互補關(guān)系，延長膜的使用壽命，加強了其實際使用性能。對于平板膜組件而言，上升的氣液兩相流體與膜面接觸面積更大，向上的剪切力會更有效地擦洗膜表面，減少光催化劑在膜表面的沉積與堵塞。強大的水氣兩相錯流，會顯著提高對平板膜表面的擦洗效果。
以下結(jié)合附圖
和實施例對本實用新型進一步說明。圖I是本實用新型的微污染原水凈化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置的最佳實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1.反應(yīng)器主體，11.攪拌器，12.水位計，2.進水箱，3.出水箱，4.擋光板，
5.光催化反應(yīng)區(qū)，51.透明燈套，52.紫外線光源，6.膜分離區(qū)，61.平板膜組件，62.氣體擴散裝置，63.空氣泵，64.抽吸泵，65.精密壓力表，7.冷卻水循環(huán)筒，8.循環(huán)泵，9.智能控制系統(tǒng)。
具體實施方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實用新型有關(guān)的構(gòu)成。如圖I所示，本實用新型一種微污染原水凈化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置最佳實施例，包括反應(yīng)器主體I、存放原水的進水箱2和存放凈化水的出水箱3，反應(yīng)器主體I內(nèi)設(shè)有一擋光板4,擋光板4將反應(yīng)器主體I分為光催化反應(yīng)區(qū)5和膜分離區(qū)6,光催化反應(yīng)區(qū)5和膜分離區(qū)6的上下兩端連通，光催化反應(yīng)區(qū)5中設(shè)有透明燈套51，透明燈套51中設(shè)有紫外線光源52，進水箱2的出口通過管路連通光催化反應(yīng)區(qū)5的進口 ；膜分離區(qū)6中設(shè)有浸沒在原水的平板膜組件61，平板膜組件61的正下方設(shè)有氣體擴散裝置62，氣體擴散裝置62通過管路連接提供氣源的空氣泵63，平板膜組件61的出口通過抽吸泵64及管路連通出水箱3。[0020]為控制反應(yīng)時的溫度，達到最佳的反應(yīng)效率和效果，反應(yīng)器主體I外壁設(shè)有冷卻水循環(huán)筒7，冷卻水循環(huán)筒7的下部設(shè)有進水口、上部設(shè)有出水口。為達到最佳的反應(yīng)效率和效果，控制溫度在25°C左右。為提高反應(yīng)速率，反應(yīng)器主體I底部設(shè)有攪拌器11。攪拌器11為磁力攪拌器，磁力攪拌器的攪拌子置于反應(yīng)器主體I內(nèi)。為了強化反應(yīng)器主體兩區(qū)之間的水質(zhì)均勻，還具有循環(huán)泵8，循環(huán)泵8通過管路使光催化反應(yīng)區(qū)5和膜分離區(qū)6形成循環(huán)回路。循環(huán)流量為lL/min。為實現(xiàn)自動化控制，空氣泵63、抽吸泵64和循環(huán)泵8由智能控制系統(tǒng)9控制工作。平板膜組件61與抽吸泵64之間的管路上具有開關(guān)閥和精密壓力表65。作為優(yōu)先，反應(yīng)器主體I的長度為18cm、寬度為12cm、高度為40cm，擋光板4的寬度為17. 5cm、高度為22. 5cm、厚度為Imm,擋光板4的下端距反應(yīng)器主體I的底部5cm,反應(yīng)器主體I的光催化反應(yīng)區(qū)5和膜分離區(qū)6的體積比例為1:1。作為優(yōu)選，透明燈套51為石英燈套，紫外線光源52包括三個可分開控制開關(guān)的紫外線燈，紫外線燈的功率為16W、所發(fā)出的紫外線波長為253. 7nm，所述的紫外線燈垂直放置。為保持反應(yīng)器主體中恒定的水位，反應(yīng)器主體I中設(shè)有顯示液位高度的水位計12。以下結(jié)合具體實施介紹本實用新型先在進水箱2及反應(yīng)器主體I內(nèi)充滿待處理水樣，然后加入TiO2光催化劑，接著打開空氣泵63和紫外線光源52開始進行反應(yīng)，待處理水樣連續(xù)的加入反應(yīng)槽主體I內(nèi)。水位計12可保證反應(yīng)器主體I中恒定的水位,通過調(diào)節(jié)抽吸泵64轉(zhuǎn)速可以控制平板膜組件61的膜通量的變化，通過調(diào)節(jié)時間繼電器可控制抽吸泵64的運行工況(間隙抽吸，抽吸IOmin后停止lmin)，系統(tǒng)反應(yīng)溫度在冷凝循環(huán)水的輔助下控制在25°C左右。實驗過程中，通過抽吸泵64的抽吸控制其恒定的膜通量30L/m2 *h^90L/m2-h范圍內(nèi)運行。膜壓差(TMP)通過安裝在出水管路上的精密壓力表65測試。光催化耦合平板超濾膜技術(shù)不僅保留了 TiO2在反應(yīng)器主體I中懸浮的濃度，解決了細小的TiO2分離問題，同時降解了對平板膜污染的有機物，減少了膜污染。在本研究中，采用連續(xù)模式處理太湖水，試驗結(jié)果如下(I) 一種新型的FSMPR技術(shù)被用于地表水的凈化處理。反應(yīng)器主體I底部的大氣泡曝氣，避免了 TiO2在平板膜組件61表面的沉積，保留了懸浮液中TiO2的濃度。(2)水力停留時間HRT為13. 4h，膜通量為30L/m2 · h時連續(xù)運行420min出水水質(zhì)達到穩(wěn)定，UV254去除率達86%，DOC去除率也有70%，出水THMFP滿足生活飲用水標準CHNSDffQ (GB5749-2006)。(3)表觀分子量AMW及親疏水性分離結(jié)果表明，F(xiàn)SMPR能幾乎完全去除分子量2000Da-5000Da以上的疏水性腐殖酸類物質(zhì)及部分親水性物質(zhì)。在處理過程中光催化首先將疏水性的大分子腐殖酸有機物裂解為親水性的小分子有機物，隨后礦化為CO2與H2O,穩(wěn)定出水中雖仍留有部分難以降解的親水性有機物，但這部分有機物對膜的污染影響不大。以上述依據(jù)本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項實用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項實用新型的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
權(quán)利要求1.一種微污染原水浄化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置，其特征是包括反應(yīng)器主體(I)、存放原水的進水箱(2)和存放凈化水的出水箱(3)，所述的反應(yīng)器主體(I)內(nèi)設(shè)有ー擋光板(4)，所述的擋光板(4)將反應(yīng)器主體(I)分為光催化反應(yīng)區(qū)(5)和膜分離區(qū)(6)，光催化反應(yīng)區(qū)(5)和膜分離區(qū)(6)的上下兩端連通，光催化反應(yīng)區(qū)(5)中設(shè)有透明燈套(51)，透明燈套(51)中設(shè)有紫外線光源(52)，進水箱(2)的出口通過管路連通光催化反應(yīng)區(qū)(5)的進ロ ；膜分離區(qū)(6)中設(shè)有浸沒在原水的平板膜組件(61)，所述的平板膜組件(61)的正下方設(shè)有氣體擴散裝置(62)，所述的氣體擴散裝置(62)通過管路連接提供氣源的空氣泵(63)，所述的平板膜組件(61)的出口通過抽吸泵(64)及管路連通出水箱(3)。
2.如權(quán)利要求I所述的微污染原水浄化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置，其特征是所述的反應(yīng)器主體(I)外壁設(shè)有冷卻水循環(huán)筒(7)，冷卻水循環(huán)筒(7)的下部設(shè)有進水口、上部設(shè)有出水ロ。
3.如權(quán)利要求I所述的微污染原水浄化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置，其特征是所述的反應(yīng)器主體(I)底部設(shè)有攪拌器(11)。
4.如權(quán)利要求3所述的微污染原水浄化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置，其特征是所述的攪拌器(11)為磁力攪拌器，磁力攪拌器的攪拌子置于反應(yīng)器主體(I)內(nèi)。
5.如權(quán)利要求I所述的微污染原水浄化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置，其特征是還具有循環(huán)泵(8 )，所述的循環(huán)泵(8 )通過管路使光催化反應(yīng)區(qū)(5 )和膜分離區(qū)(6 )形成循環(huán)回路。
6.如權(quán)利要求5所述的微污染原水浄化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置，其特征是所述的空氣泵(63)、抽吸泵(64)和循環(huán)泵(8)由智能控制系統(tǒng)(9)控制工作。
7.如權(quán)利要求I所述的微污染原水浄化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置，其特征是所述的平板膜組件(61)與抽吸泵(64)之間的管路上具有開關(guān)閥和精密壓カ表(65)。
8.如權(quán)利要求I所述的微污染原水浄化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置，其特征是所述的反應(yīng)器主體(I)的光催化反應(yīng)區(qū)(5)和膜分離區(qū)(6)的體積比例為1:1。
9.如權(quán)利要求I所述的微污染原水浄化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置，其特征是所述的透明燈套(51)為石英燈套，所述的紫外線光源(52)包括至少三個可分開控制開關(guān)的紫外線燈，所述的紫外線燈的功率為16W、所發(fā)出的紫外線波長為253. 7nm，所述的紫外線燈垂直放置。
10.如權(quán)利要求I所述的微污染原水浄化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置，其特征是所述的反應(yīng)器主體(I)中設(shè)有顯示液位高度的水位計(12 )。
專利摘要本實用新型涉及一種微污染原水凈化的光催化耦合膜分離反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)器主體、進水箱和出水箱，反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)有一擋光板，擋光板將反應(yīng)器主體分為光催化反應(yīng)區(qū)和膜分離區(qū)，光催化反應(yīng)區(qū)和膜分離區(qū)的上下兩端連通，光催化反應(yīng)區(qū)中設(shè)有透明燈套，透明燈套中設(shè)有紫外線光源，進水箱的出口通過管路連通光催化反應(yīng)區(qū)的進口；膜分離區(qū)中設(shè)有浸沒在原水的平板膜組件，平板膜組件的正下方設(shè)有氣體擴散裝置，氣體擴散裝置通過管路連接提供氣源的空氣泵，平板膜組件的出口通過抽吸泵及管路連通出水箱。本實用新型不僅強化了對天然有機物的去除，而且能夠降低膜污染。兩者構(gòu)成互補關(guān)系，延長膜的使用壽命，加強了其實際使用性能。
文檔編號C02F1/32GK202643372SQ20122027567
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者魏永 申請人:常州大學