CN101786689B - 一种膜分离浓水处理方法及一体化耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种膜分离浓水处理方法及装置，属于污水处理技术领域。膜分离浓水处理方法是膜分离浓水经过预处理后进入悬浮型光催化反应器中，在紫外光的照射下进行光催化反应，同时还通过光催化及超声波的协同作用，提高污染物的降解速率及降解效果；经过光催化氧化和超声波降解处理的废水，进入浸没式超滤系统过滤后分成过滤水和浓水，经过浸没式超滤系统过滤后的过滤水进入产水池，而浓水及光催化反应剂回流至光催化反应池中，其中光催化反应剂可循环利用，浓水中未降解的污染物则进一步降解，配合上述工艺用的一体化耦合装置将光催化氧化技术与超声波技术、膜分离技术相结合，具有分离效率高、成本低、节能、环保等优点。
Description
技术领域
本发明公开一种膜分离浓水处理方法及一体化耦合装置，属于污水处理技术领域，尤其是涉及光催化氧化、超声波技术及膜分离技术耦合为一体的处理装置及方法。
背景技术
膜分离技术已经在工业污水处理和回用中得到了广泛的应用，然而膜分离技术终究是物理分离，只是将污水浓缩的过程，经过膜分离技术处理的透析水能够满足生产回用，但是污染物都聚集在浓水端，污水物浓度大大提高，可生化性差，增大处理的难度。膜分离浓水的处理方法，困扰着众多的膜工程公司以及膜使用公司，同时也制约着膜分离技术迅速发展的主要问题之一。
光催化氧化是处理高浓度有机废水的有效技术。光催化氧化技术以其氧化能力强、无二次污染、耗能低、操作简单等优点而受到国内外研究者的广泛重视，成为废水处理的有效方法，并已获得了一定的应用，其中催化活性高、稳定性好、成本低的TiO2被广泛用作光催化剂。
光催化反应器按催化剂在溶液中的存在状态，可分为悬浮型、镀膜型和填充型反应器。其中镀膜型和填充型反应器由于催化剂接触表面积相对较小，造成了催化效率低等缺点。悬浮型光催化反应器中TiO2颗粒悬浮在液相中，颗粒与废水接触面积大，TiO2的比表面积得到充分利用，提高了光子利用率，具有反应速率高、反应器结构简单、操作方便等优点。然而，TiO2颗粒的分离和回收问题制约着该技术的进一步应用。另外单纯使用光催化，效率的偏低也是制约该项技术发展的主要问题之一。
通过将光催化氧化与膜技术耦合可以很好解决悬浮型光催化反应器的分离、回收问题。由于有机膜表面长时间被紫外灯照射下会造成膜材料的分解，因此所用的膜材料多为无机膜，但是无机膜也具有分离效率低，且成本高等缺点。而有机膜具有高分离效率、设备简单、易操作、能耗少等优点，如能够解决紫外光对有机膜的分解，将光催化反应与有机膜分离相耦合，设计出一种一体式耦合设备，具有设备简单、占地面积小、分离效率高、成本低等特点，具有很大的市场前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种膜分离浓水处理方法，将光催化氧化技术与超声波技术、膜分离技术相结合，以达到高效、节能、环保的处理高浓度有机废水的目的。
同时，配合上述工艺方法还公开了一种一体化耦合装置，具有分离效率高、成本低、设备结构紧凑、占地面积小等优点。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种膜分离浓水处理方法，过程如下：
(1)膜分离浓水经过预处理后进入悬浮型光催化反应器中，光催化反应器中加入大量光催化反应剂TiO2颗粒，在紫外光的照射下，进行光催化反应，同时光催化反应池中还安装有超声波发生装置，通过光催化及超声波的协同作用，提高污染物的降解速率及降解效果；
(2)经过光催化氧化和超声波降解处理的废水，进入浸没式超滤系统过滤后分成过滤水和浓水，经过浸没式超滤系统过滤后的过滤水进入产水池，而浓水及光催化反应剂回流至光催化反应池中，其中光催化反应剂TiO2颗粒可循环利用，浓水中未降解的污染物则进一步降解进入下一轮过滤处理。
进一步，所述的光催化反应器TiO2颗粒平均粒径为0.2-0.3μm，TiO2溶液浓度为1-3g/L。
进一步，所述的浸没式超滤系统包括膜孔径为中空纤维膜超滤膜组件，膜孔径为0.001-0.1um，超滤膜材质为PVDF、PES、PVC或PAN。
一种膜分离浓水处理装置，包括罐体，该罐体分为光催化氧化池和膜滤池，光催化氧化池与污水进水管连通，光催化氧化池中加有光催化剂，光催化氧化池内还设有紫外灯照射组件，光催化氧化池的底部及侧壁安装超声波发生装置，光催化氧化池和膜滤池之间由挡板相隔，挡板的高度足以遮挡紫外灯照射组件发出的紫外光并被光催化氧化过的水漫过而进入到膜滤池，膜滤池内设有浸没式超滤膜组件，膜滤池底安装有超声波发生装置，膜滤池过滤的水通过产水/反洗水管道进入到产水池中。
进一步，所述的光催化氧化池内安装曝气管道及微孔曝气器，该微孔曝气器安装于紫外灯照射组件的下面。
进一步，所述的超声波发生装置包括振盒和超声波换能器，振盒内安装超声波换能器，光催化氧化池和膜滤池内的各超生波换能器通过电缆线与超声波发生器相连接。
进一步，所述的紫外灯照射组件包括紫外灯管和石英管，紫外灯管外部由透光性好的石英管套住，紫外灯管与灯管控制器通过电缆相连，通过灯管控制器控制紫外灯管的开关。
进一步，所述膜滤池中浸没式超滤组件中安装有曝气管道进行穿孔曝气，同时在整个膜组件下方也安装有曝气管道及微孔曝气器；穿孔曝气器及微孔曝气器同时曝气实现立体式曝气。
进一步，所述膜滤池的产水/反洗水管道上安装产水/反洗水泵，产水/反洗管道通过阀门切换实现产水或在线反冲洗。
进一步，所述的膜滤池底部通过回流管道与光催化氧化池相通，回流管道上安装回流泵。
进一步，所述的光催化氧化池内安装曝气管道及膜滤池中曝气管道共同连接于鼓风机上实现对各曝气器的供气。
本发明的罐体分为光催化氧化池和膜滤池，两池之间由挡板相隔，光催化氧化池中加有TiO2颗粒，污水进入光催化氧化池后，经过紫外灯照射，进行光催化氧化。污水漫过挡板进入膜滤池，挡板不透光，防止紫外线对浸没式超滤膜的损害。光催化氧化池中安装有紫外灯管，紫外灯管外部由透光性好的石英管套住。浸没式超滤组件中安装有曝气管道，进行穿孔曝气，同时在整个膜组件下方也安装有曝气管道及微孔曝气器；穿孔曝气器及微孔曝气器同时曝气，实现立体式曝气，大大减少了曝气量。同时浸没式超滤池底部也安装有振盒，振盒内有安装有超声波换能器，超声波换能器通过电缆与超声波发生器相连接，产生超声波。通过曝气气体及超声波联合作用，曝气气流及超声波使膜丝抖动，膜丝表面在气泡剪切力及超声波的作用下避免光催化剂、污染物等的附着，有效地减轻膜污染。浸没式超滤产水与反洗共用同一台泵，产水/反洗管道通过阀门切换，实现产水或在线反冲洗。浸没式超滤膜组件下方还安装有回流管道，高浓度的污水及光催化剂通过回流泵及回流管道进入光催化氧化池。膜滤池中的高浓度的TiO2溶液通过回流泵及回流管道，进入光催化反应池中，进行循环利用，未充分降解的高浓度的污水也一并进入光催化氧化池，进行光催化及超声波降解。
本发明将光催化氧化技术与超声波技术、膜分离技术相结合，解决了光催化反应效率偏低以及催化剂回收利用难等问题，大大地提高了污水处理能力以及处理效果，具有以下优点：
1)超声波与光催化协同作用，使有机物降解效率大大提高；
2)膜分离技术应用于悬浮型光催化反应器中，彻底解决了催化剂回收难题，同时也使悬浮型光催化反应器可用于连续水处理处理；
3)浸没式超滤采用立体曝气技术，大大减少了曝气量、降低了能耗。同时立体曝气与超声波实时清洗技术相结合，避免光催化剂、污染物等附着在膜丝表面，有效地减轻膜污染，从而减少了反冲洗及化学清洗的次数；
4)污水处理效率高、设备结构紧凑、占地面积小、产水水质好；采用全自动PLC控制，大大减少了人力成本。
附图说明
图1是本发明工艺流程图；
图2是本发明结构示意图；
其中，1.超声波发生器，2.电缆线，3.进水管道，4.曝气管道，5.回流管道，6.灯管控制器，7.紫外灯管，8.石英管，9.挡板，10.浸没式超滤膜组件，11.产水/反洗管道，12.鼓风机，13.光催化反应池，14.振盒，15.超声波换能器，16.微孔曝气器，17.膜滤池，18.穿孔曝气器，19.回流泵，20.产水池，21.产水/反洗泵，22.罐体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1：请参阅图1，所处理的污水为印染行业膜分离浓水，其中COD 240，BOD 50，所用TiO2颗粒平均粒径为0.2-0.3μm，TiO2浓度为2g/L，浸没式超滤膜材质为PVDF，孔径0.01μm，处理过程如下：
(1)膜分离浓水经过预处理后进入悬浮型光催化反应器中，光催化反应器中加入大量光催化反应剂TiO2颗粒，在紫外光的照射下，进行光催化反应，同时光催化反应池中还安装有超声波发生装置，通过光催化及超声波的协同作用，提高污染物的降解速率及降解效果；
(2)经过光催化氧化和超声波降解处理的废水，进入浸没式超滤系统过滤后分成过滤水和浓水，经过浸没式超滤系统过滤后的过滤水进入产水池，而浓水及光催化反应剂回流至光催化反应池中，其中光催化反应剂TiO2颗粒可循环利用，浓水中未降解的污染物则进一步降解进入下一轮过滤处理。
经过测定产水的COD 60，BOD 30，产水中检测不到光催化剂TiO2的存在，说明光催化TiO2已被完全截留。
上述工艺方法用到设备如图2所示，一种光催化氧化、超声波技术及膜分离技术耦合设备，包括罐体22，该罐体分为光催化氧化池13和膜滤池17，光催化氧化池13与污水进水管道3连通，光催化氧化池13中加有光催化剂，光催化氧化池内还设有紫外灯照射组件，光催化氧化池13的底部及侧壁安装超声波发生装置，光催化氧化池13和膜滤池17之间由挡板9相隔，挡板9的高度足以遮挡紫外灯照射组件发出的紫外光并被光催化氧化过的水漫过而进入到膜滤池17，膜滤池17内设有浸没式超滤膜组件，膜滤池底安装有超声波发生装置，膜滤池17过滤的水通过产水/反洗水管道11进入到产水池20中。
如图2所示，待处理污水通过进入管道3进入光催化反应池13中，光催化反应池13中添加有光催化剂TiO2。池中安装有紫外灯管7，灯管外由石英管8保护住。同时灯管下方安装有曝气管道4及微孔曝气器16，且水池内壁和底部都安装有振盒14，振盒14内都安装有超声波换能器15，超生波换能器都通过电缆线2与超声波发生器1相连接。紫外灯管7通过灯管控制器6控制。污水进入水池中后，光催化剂TiO2在紫外光的照射下，发生光催化反应，同时鼓风机12产水的气体通过曝气管道4及微孔曝气器16提供足够的溶解氧供光催化反应需要。污水中的污染物在光催化反应及超声波的协同作用下，迅速降解。
如图2所示，经过光催化及超声波降解的污水，与部分光催化剂TiO2一起漫过挡板9进入膜滤池17中，通过浸没式超滤，水分子进入超滤膜组件10内，通过产水/反洗水管道11及产水/反洗水泵21进入产水池20中。光催化剂TiO2及大分子污染物则通过回流管道5及回流泵19重新进入光催化反应池13中光催化剂再利用及污染物重新降解。同时，浸没式超滤膜组件10中的穿孔曝气器18与组件下方的微孔曝气器，一起曝气，实现立体曝气，减少曝气量。另外膜滤池17底部还安装有超声波发生装置。立体曝气气流与超声波一起，使膜丝抖动，膜丝表面在气泡剪切力及超声波的作用下避免光催化剂、污染物等的附着，有效地减轻膜污染。当膜丝污染较严重时，则通过产水/反洗管11道通过阀门切换，在线反冲洗或化学清洗。
实施例2：请参阅图1及图2，所处理的污水为印染行业膜分离浓水，其中COD 300，BOD 60，所用TiO2颗粒平均粒径为0.2-0.3μm，TiO2浓度为1g/L，浸没式超滤膜材质为PVC，孔径0.1μm，处理乃至的工艺及设备装置与实施例1相同，不再赘述。
经过测定产水的COD 80，BOD 40，产水中检测不到光催化剂TiO2的存在，说明光催化TiO2已被完全截留。
实施例3：请参阅图1及图2，所处理的污水为印染行业膜分离浓水，其中COD 200，BOD 50，所用TiO2颗粒平均粒径为0.2-0.3μm，TiO2浓度为3g/L，浸没式超滤膜材质为PES，孔径0.001μm，处理乃至的工艺及设备装置与实施例1相同，不再赘述。上述的浸没式超滤膜材质为PES也可更换为PAN。
经过测定产水的COD 50，BOD 30，产水中检测不到光催化剂TiO2的存在，说明光催化TiO2已被完全截留。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。
Claims (10)
1.一种膜分离浓水处理方法，其特征是步骤如下：
(1)膜分离浓水经过预处理后进入悬浮型光催化氧化池中，光催化氧化池中加入大量光催化反应剂TiO2颗粒，在紫外光的照射下，进行光催化反应，同时光催化氧化池中还安装有超声波发生装置，通过光催化及超声波的协同作用，提高污染物的降解速率及降解效果；
(2)经过光催化氧化和超声波降解处理的废水，进入浸没式超滤系统过滤后分成过滤水和浓水，经过浸没式超滤系统过滤后的过滤水进入产水池，而浓水及光催化反应剂回流至光催化氧化池中，其中光催化反应剂TiO2颗粒可循环利用，浓水中未降解的污染物则进入下一轮过滤降解处理。
2.根据权利要求1所述的一种膜分离浓水处理方法，其特征是：所述的光催化氧化池内TiO2颗粒平均粒径为0.2-0.3μm，TiO2溶液浓度为1-3g/L。
3.根据权利要求1所述的一种膜分离浓水处理方法，其特征是：所述的浸没式超滤系统包括中空纤维膜超滤膜组件，膜孔径为0.001-0.1μm，超滤膜材质为PVDF、PES、PVC或PAN。
4.一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：包括罐体，该罐体分为光催化氧化池和膜滤池，光催化氧化池与污水进水管连通，光催化氧化池中加有光催化剂，光催化氧化池内还设有紫外灯照射组件，光催化氧化池的底部及侧壁安装超声波发生装置，光催化氧化池和膜滤池之间由挡板相隔，挡板的高度足以遮挡紫外灯照射组件发出的紫外光并被光催化氧化过的水漫过而进入到膜滤池，膜滤池内设有浸没式超滤膜组件，膜滤池底安装有超声波发生装置，膜滤池过滤的水通过产水/反洗水管道进入到产水池中。
5.根据权利要求4所述的一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：所述的光催化氧化池内安装曝气管道及微孔曝气器，该微孔曝气器安装于紫外灯照射组件的下面。
6.根据权利要求4所述的一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：所述的超声波发生装置包括振盒和超声波换能器，振盒内安装超声波换能器，光催化氧化池和膜滤池内的各超生波换能器通过电缆线与超声波发生器相连接。
7.根据权利要求4所述的一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：所述的紫外灯照射组件包括紫外灯管和石英管，紫外灯管外部由透光性好的石英管套住，紫外灯管与灯管控制器通过电缆相连，通过灯管控制器控制紫外灯管的开关。
8.根据权利要求4所述的一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：所述膜滤池中浸没式超滤膜组件中安装有曝气管道进行穿孔曝气，同时在整个膜组件下方也安装有曝气管道及微孔曝气器；穿孔曝气器及微孔曝气器同时曝气实现立体式曝气，且膜滤池中曝气管道和光催化氧化池内安装曝气管道共同连接于鼓风机上实现对各曝气器的供气。
9.根据权利要求4所述的一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：所述膜滤池的产水/反洗水管道上安装产水/反洗水泵，产水/反洗水管道通过阀门切换实现产水或在线反冲洗。
10.根据权利要求4所述的一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：所述的膜滤池底部通过回流管道与光催化氧化池相通，回流管道上安装回流泵。
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