CN102701317A - 一种新型的光催化滤池装置及水处理系统 - Google Patents

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王明花
杨艳琴
张华林
郭梅娜
康雪晶
郝郗龙
方少明
赵继红
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Abstract

本发明公开一种新型的光催化滤池装置及水处理系统，滤池装置由装置外壁、紫外灯管和塔盘支柱、滤料及滤料塔盘组成。它以透光的玻璃珠载体为滤料，利用纳米TiO2膜在紫外光照射下的高效的光催化氧化降解有机污染物的能力处理废水。水处理系统主要包括滤床、照明系统、布水系统和回流系统等四部分。本发明将传统的生物膜滤池和先进的光催化处理工艺有机地结合起来，装置设计巧妙，布局紧凑，光源均匀分布在滤料的内部，水力条件好，能充分利用光能，无需曝气，无污泥产生和二次污染，操作方便，维护简单，水质净化效率高，灭菌杀毒能力强，主要用于中水处理回用和污（废）水深度处理等领域。

Description

一种新型的光催化滤池装置及水处理系统
技术领域
本发明涉及一种用于水处理的装置，具体地说是以负载有二氧化钛膜的玻璃珠为滤料的光催化滤池装置及水处理系统。
背景技术
生物滤池作为一种较新型的污水处理技术，具有生物膜工艺的技术优势和有效的空间滤池作用，属固定床生物膜反应器。反应池中采用新型粒状填料，装有曝气系统以提供足够的氧气，当废水在垂直方向上通过填料层时，填料上附着生长的生物膜利用水中的溶解氧对污染物进行氧化分解以及填料对废水中的悬浮物进行过滤截留共同去除废水中的污染物，从而达到处理废水的目的。然而生物滤池废水处理工艺由于其设备操作条件的要求，需要消耗大量的能量（鼓风曝气），池体结构复杂，运行管理难度较大，而且生物膜老化后会形成污泥，因此运行成本较高。
近年来，光催化处理技术因具有能耗低、操作简便、反应条件温和、可减少二次污染、能有效地将有机污染物转化为CO2、H2O、PO4 3-、SO4 2-、NO3 -、卤素离子等无机小分子物质的优点，尤其是可以有效去除许多难降解或用其它方法难以去除的物质，如氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等，可应用在含各种有害无机物和有机物的工业废水、农业废水、生活废水等水污染体系中，是最具有工业应用前景的一项技术。它是利用光照某些具有能带结构的半导体光催化剂如 TiO2、ZnO、CdS、WO3 等诱发强氧化自由基·OH , 使许多难以实现的化学反应能在常规条件下进行。其中，TiO2因其具有催化活性好、稳定性强、无毒等优点而得到广泛应用。
然而，目前国内外对多相光催化氧化处理废水工艺的研究大多数局限于TiO2粉末分散悬浮体系，由于悬浮体系存在难以分离和回收，容易中毒和凝聚的缺点，阻碍了其在水处理中的大规模应用。从工业应用的角度出发，光催化反应器更倾向于使用成本更低的固定相催化剂。但在传统的固定床反应器构型中，光催化剂被负载在反应器的内壁上、支撑的基底上或者被固定在包含有电源的回转壳上。这些构型存在一些缺陷，例如：由于反应介质对光的吸收和散射，导致光利用率低；由于传质的限制，处理能力有限等。目前，由国家知识产权局公开了多种固相光催化水处理系统，如国家知识产权局公开号CN 1420087A公开了一种新型的固定膜光催化水处理系统、公开号CN2753724Y公开了一种多管式光催化氧化水处理反应器、公开号CN 101186380A公开了一种用于水处理的光催化曝气滤池，这些反应器实现了光催化的应用，但处理装置复杂，设备费用较高。 
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种新型的光催化滤池装置，具体地说是结合传统的生物膜滤池的结构和运行模式，以透光的玻璃珠载体替代传统的生物膜滤池滤料，以纳米TiO2膜替代生物膜，开发的一种新型的节能环保水处理回用装置—光催化滤池，主要用于中水处理回用和污（废）水深度处理等领域。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的新型的光催化滤池装置，所述的光催化滤池滤池装置包括外壁、滤料塔盘、塔盘支柱和紫外灯管，滤料塔盘分多层并由塔盘支柱支撑起来，滤料平铺在塔盘之上，滤料塔盘上设有布水孔、塔盘支柱孔和紫外灯管孔，塔盘支柱和紫外灯管通过相应的孔嵌入塔盘内部。滤池的下部设有进水口，上部设有出水口。其中塔盘的主要作用是支撑滤料，因此，布水孔直径要小于滤料直径。
所述的光催化滤池滤池装置外形为圆柱形或多棱柱形。
为防止滤料的滑落，方便装置的拆卸；在滤料塔盘的周围设有挡板。塔盘的直径和装置内壁直径相同，装置布局紧凑，操作方便，维护简单。
所述的滤料由纳米TiO2膜通过溶胶-凝胶法固载在玻璃珠载体上得到。以透光性良好、价格低廉的玻璃质小球为好。纳米TiO2膜的制备采用溶胶-凝胶法先制备出纳米溶胶，再用浸渍法在玻璃珠上涂膜，后高温煅烧。为取得较好的光催化效率可多次对载体涂膜。
所述的装置外壁、塔盘及支撑柱选用不锈钢或耐腐蚀的材料制成，可使装置有较长的使用寿命。
采用本发明的光催化滤池装置的水处理系统，包括光催化滤池装置、照明系统、布水系统和回流系统，所述的光催化滤池装置将传统的生物膜滤池和先进的光催化处理工艺有机地结合起来，将纳米TiO2膜固载在透光的玻璃质小球上形成滤料，在紫外光照射下光催化氧化降解废水中的有机污染物。
所述的布水系统由进水泵Ⅰ、进水阀门Ⅰ、集水箱、进水泵Ⅱ和进水阀门Ⅱ通过管道连接而成。所述的回流系统由出水阀门Ⅰ、出水阀门Ⅱ和管道连接而成。水泵的功率由水量确定。系统采用下部进水上部出水的布水方式，通过调节进水、出水和回流水流量控制水力停留时间。
所述的照明系统由电源、紫外灯管和调控元件组成。紫外灯管的功率和数量由水量确定。紫外灯管均匀的分布在装置内部以保证玻璃珠滤料上的纳米TiO2膜得到足够的紫外光照射。
本发明将传统的生物膜技术和先进的固相光催化工艺有机地结合起来，装置设计巧妙，布局紧凑，紫外光均匀分布在滤料的内部，水力条件好，能充分利用光能，利用纳米TiO2高效的光催化氧化降解有机污染物的能力，无需曝气，无污泥产生和二次污染；与传统的生物滤池相比，操作方便，维护简单，水质净化效率高，灭菌杀毒能力强。
附图说明
图1是本发明光催化滤池装置结构示意图。
图2是本发明光催化滤池装置滤料塔盘的俯视图。
图3是本发明的水处理系统的工艺流程图。
具体实施方式
本发明的新型的光催化滤池装置如图1所示，所述的光催化滤池滤池装置包括外壁6、滤料塔盘11、塔盘支柱7和紫外灯管（图中未显示），滤料塔盘11分多层并由塔盘支柱7支撑起来，滤料10平铺在滤料塔盘11之上，滤料塔盘11上设有布水孔12、塔盘支柱孔13和紫外灯管孔14（见图2），塔盘支柱7和紫外灯管通过相应的孔嵌入滤料塔盘内部。滤池的下部设有进水口，上部设有出水口。其中滤料塔盘的主要作用是支撑滤料，因此，布水孔直径要小于滤料直径。
所述的光催化滤池滤池装置外形为圆柱形或多棱柱形。为防止滤料的滑落，方便装置的拆卸；在滤料塔盘的周围设有挡板。塔盘的直径和装置内壁直径相同，装置布局紧凑，操作方便，维护简单。
所述的滤料由纳米TiO2膜通过溶胶-凝胶法固载在玻璃珠载体上得到。以透光性良好、价格低廉的玻璃质小球为好。纳米TiO2膜的制备采用溶胶-凝胶法先制备出纳米溶胶，再用浸渍法在玻璃珠上涂膜，后高温煅烧。为取得较好的光催化效率可多次对载体涂膜。
所述的装置外壁、塔盘及支撑柱选用不锈钢或耐腐蚀的材料制成，可使装置有较长的使用寿命。
采用本发明的光催化滤池装置的水处理系统，包括光催化滤池装置、照明系统、布水系统和回流系统，所述的光催化滤池装置将传统的生物膜滤池和先进的光催化处理工艺有机地结合起来，将纳米TiO2膜固载在透光的玻璃质小球上形成滤料，在紫外光照射下光催化氧化降解废水中的有机污染物。
所述的布水系统和回流系统见图3所示，所述的布水系统由进水泵Ⅰ1、进水阀门Ⅰ2、集水箱3、进水泵Ⅱ4和进水阀门Ⅱ5通过管道连接而成。所述的回流系统由出水阀门Ⅰ8、出水阀门Ⅱ9和管道连接而成。水泵的功率由水量确定。系统采用下部进水上部出水的布水方式，通过调节进水、出水和回流水流量控制水力停留时间。
所述的照明系统由电源、紫外灯管和调控元件组成。紫外灯管的功率和数量由水量确定。紫外灯管均匀的分布在装置内部以保证玻璃珠滤料上的纳米TiO2膜得到足够的紫外光照射。
本发明的工作原理如下：废水通过进水泵Ⅰ1、集水箱3、进水泵Ⅱ4进入光催化滤池6，流经滤料的过程中，在紫外光的作用下，纳米TiO2膜具有高效的光催化氧化降解有机污染物和灭菌杀毒的能力，在一定的工艺条件下（水力条件、水力停留时间、紫外灯的功率、原水水质等）从而使原水得以净化和回用。
具体实施方式
以下实施例用来说明本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
用自来水配制浓度为200mg/L的十二烷基苯磺酸钠（SDBS）溶液，用光催化滤池进行降解，水温25~30℃，水力停留时间为120分钟。SDBS降解率为92.6%，连续运行200个小时之后，光催化滤池的性能未见衰减。
实施例2
用自来水配制浓度为5mg/L的甲基橙溶液，用光催化滤池进行降解，水温25~30℃，水力停留时间为120分钟。甲基橙降解率为93%，连续运行200个小时之后，光催化滤池的性能未见衰减。
实施例3
用自来水配制大肠杆菌浓度为1.9×105个/mL、5.7×106个/mL的含菌水样，用光催化滤池进行灭菌实验，水温25~30℃，水力停留时间为20分钟。运行后的水样中细菌浓度分别为20个/mL，38个/mL，灭菌率为99.99%。
实施例4
取郑州市某污水处理厂二沉池出水作为实验水样，水样中细菌总数为 3.6×104个/mL，COD为96mg/L，BOD5为28 mg/L，氨氮为19 mg/L，色度为35。用光催化滤池进行水样净化，水温25~30℃，水力停留时间为60分钟。运行后的水样中COD为25mg/L，BOD5为8 mg/L，氨氮为8 mg/L，色度为10，细菌总数和粪大肠菌群数均未检出。处理后的水质达到了《城市污水再生利用 城市杂用水水质（GB/T 18920-2002）》、《城市污水再生利用 景观环境用水水质（GB/T 18921-2002）》和《城市污水再生利用 工业用水水质（GB/T 18923-2002）》的要求。

Claims (7)

1. 一种新型的光催化滤池装置，其特征在于：所述的光催化滤池滤池装置包括外壁、滤料塔盘、塔盘支柱和紫外灯管，滤料塔盘分多层并由塔盘支柱支撑起来，滤料平铺在塔盘之上，滤料塔盘上设有布水孔、塔盘支柱孔和紫外灯管孔，塔盘支柱和紫外灯管通过相应的孔嵌入塔盘内部，滤池的下部设有进水口，上部设有出水口。
2.根据权利要求1所述的新型的光催化滤池装置，其特征在于：所述的光催化滤池滤池装置外形为圆柱形或多棱柱形。
3.根据权利要求1所述的新型的光催化滤池装置，其特征在于：在滤料塔盘的周围设有挡板。
4.根据权利要求1所述的新型的光催化滤池装置，其特征在于：所述的滤料由纳米TiO2膜通过溶胶-凝胶法固载在载体表面上得到。
5.根据权利要求1所述的新型的光催化滤池装置，其特征在于：所述的装置外壁、塔盘及支撑柱选用不锈钢或耐腐蚀的材料制成。
6.一种采用权利要求1所述的光催化滤池装置的水处理系统，其特征在于：包括光催化滤池装置、照明系统、布水系统和回流系统，其特征在于：所述的光催化滤池装置将传统的生物膜滤池和先进的光催化处理工艺有机地结合起来，将纳米TiO2膜固载在透光的玻璃质小球上形成滤料，在紫外光照射下光催化氧化降解废水中的有机污染物。
7.根据权利要求6所述的光催化滤池水处理系统，其特征在于：所述的布水系统由进水泵Ⅰ、进水阀门Ⅰ、集水箱、进水泵Ⅱ和进水阀门Ⅱ通过管道连接而成。
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