CN102701546A

CN102701546A - 用于废/污水处理的光反应器和废/污水处理一体化装置

Info

Publication number: CN102701546A
Application number: CN2012102248375A
Authority: CN
Inventors: 刘德启; 欧阳勇剑; 刘帅
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: CN102701546B

Abstract

本发明提供了一种用于废/污水处理的光反应器。本发明还提供了一种废/污水处理一体化装置，包括：膜生物反应器；出水口与所述膜生物反应器的进水口相连的光反应器，所述光反应器包括：设置有进水口和出水口的透明壳体；固定在所述透明壳体内的光反应单元，所述光反应单元包括吸附载体和负载于所述吸附载体上的光催化剂。该废/污水处理一体化装置可以对经过处理达到排放标准的排放水进行深度处理，得到再生水，也可以直接对未经处理的废/污水进行处理，处理效果好、出水水质稳定。本发明提供的废/污水处理一体化装置仅包括光反应器和膜生物反应器，结构紧凑、衔接合理、动力消耗低、占地面积小、运行成本低。

Description

用于废/污水处理的光反应器和废/污水处理一体化装置

技术领域

本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种用于废/污水处理的光反应器和废/污水处理一体化装置。

背景技术

节约资源和保护环境是我国的一项基本国策，随着水资源的逐渐枯竭，社会对水体环境的治理和水资源的循环利用越来越重视，其中，废水回用不仅能够实现水资源的循环利用，也是实现减排的重要途径之一。十二五规划提出了全国城市废/污水处理回收利用率达到10%的目标，按照10%的废/污水回收利用率计，每年可节约新鲜水资源70多亿m³，可有效缓解我国，尤其是干旱地区水资源短缺的问题，因此废水回用具有重要的现实意义。但目前再生水的用量只有16.6亿m³,仅占全国废/污水排放量的2%。因此，要完成上述目标不仅需要国家政策的引导、水价市场的调整等宏观调控因素，更需要高效、清洁、投资小、运行成本低的废/污水处理与回用技术的实际应用。

再生水是废水回用后得到的可再次利用的水资源，具体是指城市生活污水或生产废水等经过预处理及生化法处理后达到排放标准的排放水，再经进一步的处理后，该进一步处理也可称之为深度处理，达到某一用途的水质标准，如工业冷却用水水质标准、城市园林景观灌溉用水水质标准等，而回用于该生产过程的潜在水资源。现有技术公开了多种废/污水的处理方法，如重力分离法、离心分离法和筛滤截留法等物理方法；混凝、中和、氧化还原、萃取、反渗透、吸附等化学处理方法；需氧生物处理、厌氧生物处理等生物处理法。但是，由于再生水是对经过处理达到排放标准的排放水进行深度处理得到的水，在废水达到排放标准的处理过程中，原污/废水中的污染物不仅在组成、性质上发生了显著的变化，在分子形态、尺寸大小等方面也发生了显著的变化，因此，对达到排放标准的排放水进行深度处理时一般采用膜技术、MBR法、Fonton试剂氧化法、光催化氧化法等，或者采用上述方法与其他物化方法，如絮凝、过滤等的组合工艺。但是，这些方法不仅对浊度、COD等关键水质指标的去除效率低，而且存在以下问题：处理水量大时，存在处理流程长、占地面积大、运行成本高等缺点；而在处理水量小时，存在单位废水投资成本高的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于废/污水处理的光反应器和废/污水处理一体化装置，本发明提供的废/污水处理一体化装置结构紧凑、衔接合理、动力消耗低、占地面积小、运行成本低，且兼具光化学作用、生物化学作用及过滤分离功能，对废/污水的处理效果好。

本发明提供了一种用于废/污水处理的光反应器，包括：

设置有进水口和出水口的透明壳体；

固定在所述透明壳体内的光反应单元，所述光反应单元包括吸附载体和负载于所述吸附载体上的光催化剂。

优选的，所述吸附载体为聚合物吸附载体。

本发明还提供了一种废/污水处理一体化装置，包括：

膜生物反应器；

出水口与所述膜生物反应器的进水口相连的光反应器，所述光反应器包括：

设置有进水口和出水口的透明壳体；

优选的，包括多个并联的光反应器，所述多个并联的光反应器的总出水口与所述膜生物反应器的进水口相连。

优选的，所述多个并联的光反应器可拆卸地固定在所述膜生物反应器的向光面。

优选的，还包括控制装置和设置于所述光反应器和所述膜生物反应器内的传感器。

优选的，所述控制装置可拆卸地固定在所述膜生物反应器的背光面。

优选的，所述膜生物反应器为碳纤维动态膜生物反应器。

优选的，所述光反应器中，所述吸附载体为聚合物吸附载体。

优选的，所述光反应器中，所述透明壳体为透明玻璃壳体。

与现有技术相比，本发明提供的废/污水处理一体化装置包括：膜生物反应器和出水口与所述膜生物反应器的进水口相连的光反应器，所述光反应器包括：设置有进水口和出水口的透明壳体；固定在所述透明壳体内的光反应单元，所述光反应单元包括吸附载体和负载于所述吸附载体上的光催化剂。该废/污水处理一体化装置可以对经过处理达到排放标准的排放水进行深度处理，得到再生水，也可以直接对未经处理的废/污水进行处理。废/污水首先进入光反应器中，其中的吸附载体可将废/污水中的有机物、无机物等污染物吸附，然后在光和催化剂协同作用下被氧化降解，实现对废/污水的预处理；经过光反应器预处理的废/污水继续进入膜生物反应器，使其中的微生物继续对废/污水中的有机物等污染物进行微生物分解，同时拦截、分离其中的颗粒物等，从而得到再生水或者达到排放标准的排放水，处理效果较好。本发明提供的废/污水处理一体化装置仅包括光反应器和膜生物反应器，不仅结构紧凑、衔接合理、动力消耗低、占地面积小、运行成本低，而且兼具光化学作用、生物化学作用及过滤分离功能，对废/污水的处理效果好。实验结果表明，采用本发明提供的装置对经过生化处理的炼油废水进行深度处理后，出水的COD低于60mg/L；采用本发明提供的装置对经过生化处理的造纸废水进行深度处理后，出水的COD低于40mg/L；采用本发明提供的装置对受石油类污染物污染的地下水进行处理后，出水中检不出苯系物的存在。

进一步的，本发明将多个光反应器并联，并将该多个并联的光反应器可拆卸地固定在所述膜生物反应器的向光面，不仅结构紧凑、节约占地面积，而且能够最大限度利用自然光，加强对废/污水的处理效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光反应器的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光反应器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的废/污水处理一体化装置的第一种结构示意图；

图4为本发明实施例提供的废/污水处理一体化装置的第二种结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种用于废/污水处理的光反应器，包括：

设置有进水口和出水口的透明壳体；

参见图1，图1为本发明实施例提供的光反应器的剖面结构示意图，其中，11为透明壳体，111为设置在透明壳体11上的进水口，112为设置在透明壳体11上的出水口，12为固定在所述透明壳体内的光反应单元。

透明壳体11的作用在于固定光反应单元12，透明壳体11上设置有进水口111和出水口112，废/污水经由进水口111进入透明壳体11内，并从出水口112流出。为了便于控制流量，进水口111上还设置有进水阀门（未在图中示出），出水口112上还设置有出水阀门（未在图中示出）。在本发明中，透明壳体可以采用透明玻璃或者透明树脂等透明材料制成，不影响光反应单元12对光的吸收和利用即可；其形状可以为圆柱形、矩形、正方形、球形等任意形状，本领域技术人员可以根据需要进行选择；其尺寸可以根据处理水量进行选择，本发明并无特殊限制。

光反应单元12包括吸附载体和负载于所述吸附载体上的光催化剂，其中，吸附载体可将废/污水中的有机物、无机物等污染物吸附，光催化剂在光的作用下将吸附的污染物催化氧化降解，从而实现对废/污水的预处理。在本发明中，所述吸附载体为具有吸附作用的材料，如聚合物、沸石、活性炭、硅胶等常用的吸附材料；所述吸附载体可以为对所有污染物均具有吸附作用的材料，即通用吸附材料，如活性炭等；也可以为对特定污染物具有吸附作用的材料，即选择性吸附材料，如对有机污染物具有选择性吸附作用的聚苯乙烯材料等。本发明对所述吸附载体的材质没有特殊限制，本领域技术人员可以根据待处理废/污水中的污染物类型进行选择，优选为具有选择性吸附有机污染物能力的聚合物吸附载体，更优选为聚合物吸附薄膜。在本发明中，所述光催化剂为在光的作用下具有催化作用的材料，如纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米二氧化锆等，优选为纳米二氧化钛。本发明对光反应单元12的制备方法没有特殊限制，按照负载型光催化剂领域技术人员熟知的方法制备即可。

在本发明中，可根据透明壳体11的形状将光反应单元12裁成相适应的形状，并将其固定于透明壳体11中，如透明壳体11为矩形时，将光反应单元12裁成与其尺寸相适应的、厚度较薄的矩形，并固定安装于其中，参见图2，图2为本发明实施例提供的光反应器的结构示意图，其中，11为透明壳体，12为光反应单元。

在本发明中，为了提高光反应单元12对光的利用率，透明壳体11内可以设置有多个光反应单元12，且各光反应单元12之间具有特定的间距。本领域技术人员可以根据废/污水的流量、污染物种类和浓度等因素对光反应单元12在透明壳体11内的填装率及各光反应单元12之间的间距进行选择，本发明并无特殊限制。

本发明提供的光反应器包括设置有进水口和出水口的透明壳体，所述透明壳体内固定有包括吸附载体和负载于所述吸附载体上的光催化剂的光反应单元。该光反应器不仅能够吸附废/污水中的污染物，而且其中的光催化剂能够在光的作用下将吸附的污染物催化氧化降解，从而初步将废/污水中的污染物去除。

该光反应器可用于对经过处理达到排放标准的排放水进行深度处理，也可以直接用于对未经处理的废/污水进行处理，处理效果好、出水水质稳定且运行成本低。

本发明还提供了一种废/污水处理一体化装置，包括：

膜生物反应器；

设置有进水口和出水口的透明壳体；

参见图3，图3为本发明实施例提供的废/污水处理一体化装置的第一种结构示意图，其中，31为光反应器，32为进水口与光反应器31的出水口相连的膜生物反应器。

在该废/污水处理一体化装置中，光反应器31具有上述技术方案所述的光反应器的结构，即包括设置有进水口和出水口的透明壳体；所述透明壳体内固定有包括吸附载体和负载于所述吸附载体上的光催化剂的光反应单元。本发明在此不再赘述，本领域技术人员可以参考上文所述光反应器的结构及功能。

膜生物反应器32的进水口与光反应器31的出水口相连，经过光反应器31预处理后的废/污水进入膜生物反应器中进行进一步净化、处理，得到符合要求的再生水或者排放水。在本发明中，膜生物反应器32可以为本领域技术人员熟知的具有膜分离功能和生物处理功能的反应器，本发明对其并无特殊限制。在本发明中，膜生物反应器32优选为碳纤维膜生物反应器，碳纤维膜生物反应器不易发生堵塞，能够提高废/污水处理效果，更优选为碳纤维动态膜生物反应器。

本发明提供的废/污水处理一体化装置可以对经过处理达到排放标准的排放水进行深度处理，得到再生水；也可以直接对未经处理的废/污水进行处理。废/污水首先进入光反应器中，其中的吸附载体可将废/污水中的有机物、无机物等污染物吸附，然后在光与催化剂的协同作用下被氧化降解，实现对废/污水的预处理；经过光反应器预处理的废/污水继续进入膜生物反应器，使其中的微生物继续对废/污水中的有机物等污染物进行微生物分解，同时拦截、分离其中的颗粒物等，从而得到再生水或者达到排放标准的排放水，处理效果较好。

在本发明的另一个实施例中，为了提高对废/污水的处理效果，在上述技术方案所述的废/污水处理一体化装置的基础上，可以将多个光反应器并联后再与膜生物反应器串联，即通过总进水管和总出水管将多个光反应器并联，然后使该总出水管与膜生物反应器的进水口相连，即使多个并联的光反应器的总出水口与膜生物反应器的进水口相连；或者使多个光反应器的出水口分别与膜生物反应器的进水口相连。在本实施例中，还可以在各光反应器的进水口上设置进水阀，出水口上设置出水阀，实现对各光反应器的单独控制。

在本发明的另一个实施例中，为了节约占地面积，在上述技术方案所述的废/污水处理一体化装置的基础上，将该多个并联的光反应器可拆卸地固定在所述膜生物反应器的向光面，参见图4，图4为发明实施例提供的废/污水处理一体化装置的第二种结构示意图，其中，42为膜生物反应器，421为膜生物反应器42的进水口，41为可拆卸地固定在膜生物反应器41的向光面的光反应器，411为将多个光反应器并联的总进水管，412为将多个光反应器并联的总出水管。

在该实施例中，膜生物反应器42具有正方体结构，光反应器41具有长方体结构，且其体积小于膜生物反应器42的体积。将多个光反应器通过总进水管411和总出水管412并联，然后将其可拆卸地固定在膜生物反应器42的向光面，同时，该多个并联的光反应器的总出水管412与膜生物反应器42的进水口421相连。具有此种结构的废/污水处理一体化装置不仅不会影响光反应器对光的利用，而且能够极大地节约占地面积。在其他实施例中，膜生物反应器和光反应器也可以为其他能够相互配合、并节省占地面积的结构，如膜生物反应器和光反应器均为锥形等。

在本实施例中，该多个光反应器可以通过本领域技术人员熟知的形式可拆卸地固定于膜生物反应器上，如在膜生物反应器上设置卡扣，在光反应器上设置相应的卡槽，卡扣卡在卡槽上即可将光反应器固定；或者在膜生物反应器上设置凸起，在光反应器上设置相应的凹槽，使该凸起穿插入相应的凹槽内，即可将光反应器固定。对于光反应器和膜生物反应器的固定方法，本发明并无特殊限制，本领域技术人员可以根据膜生物反应器及光反应器的形状进行选择。

另外，本领域技术人员也可以理解，仅在膜生物反应器的向光面可拆卸地固定一个光反应器也在本发明的保护范围内，但与固定多个并联的光反应器相比，仅固定一个光反应器会造成资源的浪费。

在具有上述结构的废/污水处理一体化装置中，光反应器的有效处理体积和膜生物反应器的有效处理体积可以根据需要进行选择，本发明对此并无特殊限制。在本发明中，光反应器的有效处理体积是指负载有光催化剂的吸附载体的体积之和；膜生物反应器的有效处理体积是指负载有微生物的膜的体积之和。

在本发明提供的另外一个实施例中，在上述技术方案所述的废/污水处理一体化装置的基础上，还可以包括控制装置和设置于所述光反应器和所述膜生物反应器内的传感器，所述控制装置根据所述传感器传达的数据信号实现对光反应器和膜生物反应器内各参数的控制，如废/污水流量、温度、压力等。根据水质监测指标的具体要求，所述传感器可以为电导率传感器、酸碱度传感器、温度传感器、压力传感器和流量传感器等的一种或多种，可以设置在光反应器和/或膜生物反应器内。控制装置用于根据各传感器传输的数据信号实现对废/污水流量、温度、压力等参数的控制，目的在于提高废/污水处理的自动化程度。本发明对此并无特殊限制，本领域技术人员熟知的传感器和控制装置即可。

为了节约占地面积，所述控制装置可以可拆卸地固定在所述膜生物反应器的背光面，即可以形成具有如下结构的废/污水处理一体化装置：

膜生物反应器；

可拆卸地固定在所述膜生物反应器的向光面的光反应器；

可拆卸地固定在所述膜生物反应器的背光面的控制装置；

所述膜生物反应器的进水口与所述光反应器的出水口相连；

具有该种结构的废/污水处理一体化装置不仅占地面积小，而且对废/污水的处理效果好。本发明对控制装置与膜生物反应器的固定方法并无特殊限制，可以与上述光反应器与膜生物反应器的固定方法相同，也可以为本领域技术人员熟知的其他方法。

本发明提供的废/污水处理一体化装置可以对经过处理达到排放标准的排放水进行深度处理，得到再生水，也可以直接对未经处理的废/污水进行处理，处理原理如下：

废/污水首先进入光反应器中，其中的吸附载体可将废/污水中的有机物、无机物等污染物吸附，然后在光与催化剂的协同作用下被氧化降解，实现对废/污水的预处理；

经过光反应器预处理的废/污水继续进入膜生物反应器，使其中的微生物继续对废/污水中的有机物等污染物进行微生物分解，同时拦截、分离其中的颗粒物等，从而得到再生水或者达到排放标准的排放水，处理效果较好，出水水质稳定。

本发明提供的废/污水处理一体化装置仅包括光反应器和膜生物反应器，不仅结构紧凑、衔接合理、动力消耗低、占地面积小、运行成本低，而且兼具光化学作用、生物化学作用及过滤分离功能，对废/污水的处理效果好。实验结果表明，采用本发明提供的装置对经过生化处理的炼油废水进行深度处理后，出水的COD低于60mg/L；采用本发明提供的装置对经过生化处理的造纸废水进行深度处理后，出水的COD低于40mg/L；采用本发明提供的装置对受石油类污染物污染的地下水进行处理后，出水中检不出苯系物的存在。另外，本发明提供的废/污水处理一体化装置具有容积效率高、能耗小，与原有水处理系统兼容性好的优点。进一步的，本发明将多个光反应器并联，并将该多个并联的光反应器可拆卸地固定在所述膜生物反应器的向光面，不仅结构紧凑、节约占地面积，而且能够最大限度利用自然光，加强对废/污水的处理效果。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的用于废/污水处理的光反应器和废/污水处理一体化装置进行详细描述。

实施例1

提供具有如下结构的废/污水处理一体化装置：

具有正方体结构的碳纤维膜生物反应器；

所述碳纤维膜生物反应器的向光面通过卡扣和卡槽可拆卸地固定有3个并联的光反应器，各光反应器的结构包括透明玻璃壳体，设置在该透明玻璃壳体内的聚苯乙烯膜，聚苯乙烯膜上负载有南无二氧化钛；所述碳纤维膜生物反应器的有效处理体积与光反应器的优先处理体积比为5:1；

各光反应器通过总进水管和总出水管并联，其总出水管与碳纤维膜生物反应器的进水口相连。

实施例2

提供经过生化处理的炼油废水，其水质指标如下：

COD在98.0mg/L~200mg/L之间波动，平均值为141.5mg/L；

氨氮浓度在40.0mg/L~88.3mg/L之间波动，平均值为60.8mg/L；

采用如实施例1所说结构的、处理能力为2m³/h的装置对上述炼油废水进行深度处理，连续处理11天；结果表明，该处理装置对COD的总去除率为70%，其中，光反应器对COD的去除率为48.1%，碳纤维膜生物反应器对COD的去除率为58.7%，出水中COD含量均低于60mg/L，水质较好且变化平稳；该处理装置对氨氮的去除率约为34.0%，对硫化物的去除率约为56%。

实施例3

提供经过生化处理的造纸废水，其COD在80.0mg/L~120mg/L之间波动，平均值为100mg/L；

采用如实施例1所说结构的、处理能力为2m³/h的装置对上述造纸废水进行深度处理，连续处理3周；结果表明，该处理装置对COD的总去除率为75%，其中，光反应器对COD的去除率为49%，碳纤维膜生物反应器对COD的去除率为60%，出水中COD含量均低于40mg/L，水质较好且变化平稳，可达到回用水的标准。

实施例4

提供受石油类污染物污染的地下水，其水质指标如下：COD_Cr平均值为26.6mg/L；COD_Mn平均值为1.48mg/L；悬浮物（SS）平均值为20.7mg/.L；苯平均值为0.833mg/L；甲苯平均值为0.617mg/L、二甲苯平均值为4.172mg/L、苯乙烯平均值为1.340mg/L；

采用如实施例1所说结构的、处理能力为2m³/h的装置对上述地下水进行处理，连续处理1个月，其出水水质中，悬浮物（SS）浓度小于5.0mg/L，COD_Mn小于0.5mg/L，未检出苯、甲苯、二甲苯和苯乙烯等有机物，余氯小于0.3mg/L，即经过该处理装置的处理后，出水能够满足回用水的要求。另外，在采用上述装置进行处理过程中，出水不仅水质较好，而且出水较为平稳，对有机物的抗冲击性能也较好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于废/污水处理的光反应器，其特征在于，包括：

设置有进水口和出水口的透明壳体；

2.根据权利要求1所述的光反应器，其特征在于，所述吸附载体为聚合物吸附载体。

3.一种废/污水处理一体化装置，其特征在于，包括：

膜生物反应器；

设置有进水口和出水口的透明壳体；

4.根据权利要求3所述的废/污水处理一体化装置，其特征在于，包括多个并联的光反应器，所述多个并联的光反应器的总出水口与所述膜生物反应器的进水口相连。

5.根据权利要求4所述的废/污水处理一体化装置，其特征在于，所述多个并联的光反应器可拆卸地固定在所述膜生物反应器的向光面。

6.根据权利要求5所述的废/污水处理一体化装置，其特征在于，还包括控制装置和设置于所述光反应器和所述膜生物反应器内的传感器。

7.根据权利要求6所述的废/污水处理一体化装置，其特征在于，所述控制装置可拆卸地固定在所述膜生物反应器的背光面。

8.根据权利要求3~7任意一项所述的废/污水处理一体化装置，其特征在于，所述膜生物反应器为碳纤维动态膜生物反应器。

9.根据权利要求3~7任意一项所述的废/污水处理一体化装置，其特征在于，所述光反应器中，所述吸附载体为聚合物吸附载体。

10.根据权利要求3~7任意一项所述的废/污水处理一体化装置，其特征在于，所述光反应器中，所述透明壳体为透明玻璃壳体。