CN102874994B - 一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，包括反应筒、在反应筒的轴向位置自上而下设置有三相分离器和气提筒，在反应筒的顶部设置有出气管与所述的三相分离器相连，在反应筒上部的筒壁上设置有出水口，在反应筒的底部设置有进水管与气提筒的底端相对，在气提筒底部环绕设置有曝气盘，曝气盘上具有供污水下流的微孔，所述曝气盘将反应筒分成沉降区和回流区两个部分；在气提筒内设置有紫外光光源和二氧化钛的轻质颗粒；在反应筒的沉降区填充有好氧活性污泥。本发明还涉及一种利用上述水处理器处理污水的方法。本发明采用了光催化技术和双重内循环的结构，不仅提高的水处理效果，又达到了节约资源，降低维护和保养成本的目的。

Description

一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器及其工作方法，属于污废水处理设备的技术领域。

背景技术

在污废水处理中，处理设备与技术至关重要，处理设备的好坏与处理技术的优劣直接影响了污废水处理的效果，目前使用的各种水处理设备与技术，均是对于特定的污废水来说的，其处理效果基本上能达到排放要求，但这些水处理设备在使用过程中具有一定的局限性，如需推广使用则必须进行较大改进。而且使用现有水处理器对于较为复杂的、难生物降解的污废水进行处理还需要针对所含杂质调配各种化学试剂，成本偏高，而且在添加时稍有不当还会对水资源造成二次污染。因此采用一种非添加剂的水处理方式来处理难生物降解污水成为污废水处理界的主要研究内容。

利用光催化技术处理难降解的有机废水是现有技术中正在探寻的新工艺：如中国专利CN201762164U公开了一种悬浮活性炭光催化臭氧水处理装置，是由光催化反应筒、紫外光源和分离器组成。光催化反应筒下端盖上设有进水口和进气口，在下封盖的内侧设有气体整流罩，其管口上设分布器，气体整流罩上部同心安装导流筒，导流筒外部为光催化反应筒，与分离器相联接。石英管从分离器顶部穿过，直接深入导流筒内，并通过紫外光灯管固定板固定。紫外光灯管安装于石英管内，导线伸出外部。本实用新型悬浮活性炭光催化臭氧水处理装置，通过气提作用使颗粒活性炭处于悬浮运动状态，在一个装置内实现固体催化剂和紫外光协同催化臭氧生成羟基自由基（OH·），反应器效率高；升降流区密度差形成的液体循环，增强了臭氧化气体和液体间的传质作用，同时降流区的液体向下流运动形成臭氧化气体的夹带效应，增加了臭氧化气体在反应器内停留时间，极大地提高了臭氧的利用率。虽然该专利是结合臭氧和光催化处理难降解的有机废水，但是曝气过程需要臭氧，增加了生产成本；催化过程还会产出臭氧，臭氧的收集和储存也会增加处理的安全系数。而且该专利中仅针对难降解的废水进行处理，并未提及和涉及处理废水中有机物的技术方案。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器。

本发明还提供一种利用上述水处理器处理污水的应用方法。

本发明的技术方案如下：

一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，包括反应筒、在反应筒的轴向位置自上而下设置有三相分离器和气提筒，在反应筒的顶部设置有出气管与所述的三相分离器相连，在反应筒上部的筒壁上设置有出水口，在反应筒的底部设置有进水管与气提筒的底端相对，在气提筒底部环绕设置有曝气盘，曝气盘上具有供污水下流的微孔，所述曝气盘将反应筒分成沉降区和回流区两个部分；在气提筒内设置有紫外光光源和二氧化钛的轻质颗粒；在反应筒的沉降区填充有好氧活性污泥。

根据本发明优选的，所述气提筒与曝气盘相连的部位内径是气提筒上部内径的1/2。此设计的优点在于，通过减小的气提筒下部的内径增加废水流注入的水压，使污水与二氧化钛的轻质颗粒充分混合。

根据本发明优选的，所述二氧化钛轻质颗粒为负载有二氧化钛的活性炭颗粒，所述二氧化钛轻质颗粒的堆积密度为0.3-0.5kg/L、比表面为1500-2000m²/g，粒径范围2-4mm，吸水率为300-450%；所述二氧化钛的轻质颗粒按重量百分比包括如下原料：

活性炭颗粒：85-90份；

二氧化钛：4-8份。

所述二氧化钛轻质颗粒的制备方法，包括步骤如下：

（1）使用磁力恒温搅拌器在25℃下将分析纯的钛酸丁酯、分析纯的冰乙酸依次加入无水乙醇中，搅拌15~20min，得到均匀透明的淡黄色溶液；所述钛酸丁酯、冰乙酸和无水乙醇的体积份数分别为：

钛酸丁酯：4.5-6份；

冰乙酸：0.8-1.2份；

无水乙醇：12-18份；

优选的，所述钛酸丁酯、冰乙酸和无水乙醇的按照体积比分别为：

钛酸丁酯：5份；

冰乙酸：1份；

无水乙醇：15份；

（2）继续搅拌，加入占步骤（1）中得到的淡黄色溶液体积百分比27-28%的HNO₃-乙醇溶液；所述HNO₃-乙醇溶液包括以下体积份数比的原料：

浓度为65-68wt%的HNO₃溶液：0.8-1.2份；

无水乙醇：18-22份；

去离子水：1.8-2.2份；

（3）滴加此HNO₃-乙醇溶液后，继续搅拌1-1.5h，得到二氧化钛溶胶；

（4）将活性炭颗粒浸入步骤(3)制备的二氧化钛溶胶中，充分浸渍，然后提拉出来后在烘箱中于105℃下烘干2-3h，即为镀膜一次；再重复步骤（3）2次，即为镀膜三次；

（5）将镀膜三次的活性炭颗粒置于石英管式炉中，通入氮气作为保护气，在500-600℃条件下恒温煅烧4-5h，使二氧化钛牢固附着于活性炭颗粒之上，即得二氧化钛轻质颗粒。

在对废水进行处理前，将所述二氧化钛轻质颗粒进行生物膜培养，包括步骤如下：

（1）将上述制备的二氧化钛的轻质颗粒与好氧污泥以体积比1:4-1:3混合加入反应筒，关闭紫外光光源，以待处理废水为培养基质；

（2）在待处理废水中下驯化1个月，实现二氧化钛轻质颗粒表面和内部空隙挂膜。然后将紫外光光源打开，其他条件不变，继续运行水处理器，在紫外光光源的作用下，废水中难降解的有机物得以降解，同时颗粒表面的微生物逐渐失活，仅由内部好氧微生物膜实现可生化降解有机物的降解。挂膜后，二氧化钛轻质颗粒中微生物（干重）占2%-10%。

根据本发明优选的，所述反应筒的回流区为漏斗形，在反应筒的底部设置有支架。

根据本发明优选的，所述三相分离器包括自上而下设置的导流筒和伞状导流罩，在伞状导流罩的外边缘设置有向内翻折的导流沿，导流沿的内径与气提筒上部的内径相适应。此处设计的目的在于，当污水沿气提筒上升至伞状导流罩时，污水被挡，沿气提筒与导流沿之间的缝隙回流至反应筒的回流区，而二氧化钛的轻质颗粒则被挡回至所述的气提筒内，继续与污水进行光催化反应。

根据本发明优选的，所述反应筒内放置的二氧化钛的轻质颗粒总体积为气提筒体积的1/15-1/8。

根据本发明优选的，所述反应筒的沉降区放置的好氧活性污泥总体积为反应筒体积的1/15-1/8。

根据本发明优选的，所述反应筒还包括筒状分离区，所述筒状分离区的内径大于所述沉降区的内径，所述筒状分离区和沉降区之间设置有倾斜沉降沿。本设计的优点在于，所述水流沿较小内径的气提筒上升至筒状分离区，所述污水中的沉淀物被伞状导流罩挡回至反应筒底部，其反应筒内径的逐步增大，降低筒内污水的扰流效应，防止沉淀物四散，加速沉淀效果，有助于反应筒上部呈现清液。

根据本发明优选的，所述的倾斜沉降沿的水平位置低于所述导流沿的水平位置。

一种利用上述水处理器处理污水的方法，包括步骤如下：

（1）打开紫外光光源、将污水沿进水管泵入所述的气提筒；

（2）所述污水在气提筒内与二氧化钛的轻质颗粒混合均匀，在紫外光光源照射下、二氧化钛催化作用下，污水中的难生物降解有机物降解为可生化降解化合物；污水上升至三相分离器：所述气体沿出气管排出；所述二氧化钛的轻质颗粒被三相分离器挡回气提筒内；所述污水回流至反应筒的沉降区；

（3）污水在沉降区经曝气处理，与好氧活性污泥充分混合，污水中的可生化降解化合物被降解；

（4）污水沿曝气盘上的微孔流入反应筒的回流区，重复步骤（2）-（3），直至污水达到排放指标；

（5）处理完毕的污水沿出水管排出反应筒。

本发明的优势在于：

本发明将光催化与生物法相结合，既可以实现易生物降解污水的有效处理，又可以实现难生物降解废水的有效处理。本发明采用了光催化技术对难生物降解物质的良好降解率以及生物处理技术对小分子可生物降解物质的降解彻底性，不仅可以实现对生活污水更有效率的处理，并且还可以实现各种难生物降解物质（比如染料废水）的有效去除。具有较宽的处理范围，达到多种水处理技术的耦合，采用双重内循环的结构，使污水充分降解，不仅提高的水处理效果，又达到了节约资源，降低维护和保养成本的目的。同时本发明还具有结构简单，操作方便，易于装卸，应用广泛的特点。

附图说明

图1是本发明所述水处理器的结构示意图；

在图1中，1、反应筒；1-1、沉降区；1-2、回流区；1-3、筒状分离区；1-4、倾斜沉降沿；

2、三相分离器；2-1、导流筒；2-2、伞状导流罩；2-3、导流沿；

3、气提筒；3-1、气提筒与曝气盘相连的部位；

4、出气管；5、出水口；6、进水管；7、曝气盘；8、紫外光光源；9、二氧化钛轻质颗粒；10、好氧活性污泥；11、支架。

具体实施方式

下面结合说明书附图1和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。

以下实施例中所用的二氧化钛轻质颗粒为负载有二氧化钛的活性炭颗粒，所述二氧化钛轻质颗粒的堆积密度为0.3-0.5kg/L、比表面为1500-2000m²/g，粒径范围2-4mm，吸水率为300-450%；所述二氧化钛的轻质颗粒按重量百分比包括如下原料：

活性炭颗粒：90份；

二氧化钛：6份。

所述二氧化钛轻质颗粒的制备方法，包括步骤如下：

（1）使用磁力恒温搅拌器在25℃下将分析纯的钛酸丁酯、分析纯的冰乙酸依次加入无水乙醇中，搅拌15~20min，得到均匀透明的淡黄色溶液；所述钛酸丁酯、冰乙酸和无水乙醇的体积份数分别为：

钛酸丁酯：5份；

冰乙酸：1份；

无水乙醇：15份；

（2）继续搅拌，加入占步骤（1）中得到的淡黄色溶液体积百分比27-28%的HNO₃-乙醇溶液；所述HNO₃-乙醇溶液包括以下体积份数比的原料：

浓度为65-68wt%的HNO₃溶液：1份；

无水乙醇：20份；

去离子水：2份；

所述HNO₃-乙醇溶液的配制方法为：在无水乙醇中依次加入上述体积份数的去离子水和浓硝酸，并持续搅拌至充分溶解。

（3）滴加此HNO₃-乙醇溶液后，继续搅拌1-1.5h得到二氧化钛溶胶；

（4）将活性炭颗粒浸入步骤(3)制备的二氧化钛溶胶中，充分浸渍，然后提拉出来后在烘箱中于105℃下烘干2-3h，即为镀膜一次；再重复步骤（3）2次，即为镀膜三次；

（5）将镀膜三次的活性炭颗粒置于石英管式炉中，通入氮气作为保护气，在500-600℃条件下恒温煅烧4-5h，使二氧化钛牢固附着于活性炭颗粒之上，即得二氧化钛轻质颗粒。

在对废水进行处理前，将所述二氧化钛轻质颗粒进行生物膜培养，包括步骤如下：

（1）将上述制备的二氧化钛的轻质颗粒与好氧污泥以体积比1:4混合加入反应筒，关闭紫外光光源，以待处理废水为培养基质；

（2）在待处理废水中下驯化1个月，实现二氧化钛轻质颗粒表面和内部空隙挂膜。然后将紫外光光源打开，其他条件不变，继续运行水处理器，在紫外光光源的作用下，废水中难降解的有机物得以降解，同时颗粒表面的微生物逐渐失活，仅由内部好氧微生物膜实现可生化降解有机物的降解。挂膜后，二氧化钛轻质颗粒中微生物（干重）占2%-10%。

实施例1、

一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，包括反应筒1、在反应筒的轴向位置自上而下设置有三相分离器2和气提筒3，在反应筒1的顶部设置有出气管4与所述的三相分离器2相连，在反应筒1上部的筒壁上设置有出水口5，在反应筒1的底部设置有进水管6与气提筒3的底端相对，在气提筒3底部环绕设置有曝气盘7，曝气盘7上具有供污水下流的微孔，所述曝气盘7将反应筒1分成沉降区1-1和回流区1-2两个部分；在气提筒3内设置有紫外光光源8和二氧化钛的轻质颗粒9；在反应筒1的沉降区1-1填充有好氧活性污泥10。所述气提筒1与曝气盘7相连的部位内径是气提筒3上部内径的1/2。

所述反应筒的回流区为漏斗形，在反应筒的底部设置有支架11。所述三相分离器包括自上而下设置的导流筒2-1和伞状导流罩2-2，在伞状导流罩2-2的外边缘设置有向内翻折的导流沿2-3，导流沿2-3的内径与气提筒3上部的内径相适应。所述反应筒1内放置的二氧化钛的轻质颗粒9总体积为气提筒3体积的1/10。所述反应筒1的沉降区1-1放置的好氧活性污泥10总体积为反应筒1体积的1/8。

所述反应筒1还包括筒状分离区1-3，所述筒状分离区1-3的内径大于所述沉降区1-1的内径，所述筒状分离区1-3和沉降区1-1之间设置有倾斜沉降沿1-4。所述的倾斜沉降沿1-4的水平位置低于所述导流沿2-3的水平位置。

实施例2、

一种利用如实施例1所述水处理器处理山东地区某纺织厂的废水方法，包括步骤如下：

（1）打开紫外光光源8、将污水沿进水管泵入所述的气提筒3；

（2）所述污水在气提筒3内与二氧化钛的轻质颗粒9混合均匀，在紫外光光源照射下、二氧化钛催化作用下，污水中的难生物降解有机物降解为可生化降解化合物；污水上升至三相分离器：所述气体沿出气管排出；所述二氧化钛的轻质颗粒被三相分离器挡回气提筒3内；所述污水回流至反应筒的沉降区1-1；

（3）污水在沉降区1-1经曝气处理，与好氧活性污泥10充分混合，污水中的可生化降解化合物被降解；

（4）污水沿曝气盘上的微孔流入反应筒的回流区1-2，重复步骤（2）-（3），直至污水达到排放指标；

（5）处理完毕的污水沿出水管排出反应筒。

利用实施例1所述的水处理器和实施例2所述的方法处理后的纺织厂的废水，废水中难降解的物质：偶氮基团的去除率达80%以上。

实施例3、

一种利用如实施例1所述处理器及实施例2所述方法处理某染料废水，该染料废水中COD：800-1200mg/L、BOD/COD<0.2。

经过处理后出水中COD含量降至200mg/L，其中偶氮基团的消除率达到了80%以上。

Claims (11)

1.一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，其特征在于，该水处理器包括反应筒、在反应筒的轴向位置自上而下设置有三相分离器和气提筒，在反应筒的顶部设置有出气管与所述的三相分离器相连，在反应筒上部的筒壁上设置有出水口，在反应筒的底部设置有进水管与气提筒的底端相对，在气提筒底部环绕设置有曝气盘，曝气盘上具有供污水下流的微孔，所述曝气盘将反应筒分成沉降区和回流区两个部分；在气提筒内设置有紫外光光源和二氧化钛的轻质颗粒；在反应筒的沉降区填充有好氧活性污泥。

2.根据权利要求1所述的一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，其特征在于，所述气提筒与曝气盘相连的部位内径是气提筒上部内径的1/2。

3.根据权利要求1所述的一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，其特征在于，所述二氧化钛轻质颗粒为负载有二氧化钛的活性炭颗粒，所述二氧化钛轻质颗粒的堆积密度为0.3-0.5kg/L、比表面为1500-2000m²/g，粒径范围2-4mm，吸水率为300-450%；所述二氧化钛的轻质颗粒按重量份包括如下原料：

活性炭颗粒：85-90份；

二氧化钛：4-8份。

4.根据权利要求3所述的一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，其特征在于，所述二氧化钛轻质颗粒的制备方法，包括步骤如下：

（1）使用磁力恒温搅拌器在25℃下将分析纯的钛酸丁酯、分析纯的冰乙酸依次加入无水乙醇中，搅拌15～20min，得到均匀透明的淡黄色溶液；所述钛酸丁酯、冰乙酸和无水乙醇的体积份数分别为：

钛酸丁酯：4.5-6份；

冰乙酸：0.8-1.2份；

无水乙醇：12-18份；

（2）继续搅拌，加入占步骤（1）中得到的淡黄色溶液体积百分比27-28%的HNO₃-乙醇溶液；所述HNO₃-乙醇溶液包括以下体积份数比的原料：

浓度为65-68wt%的HNO₃溶液：0.8-1.2份

无水乙醇：18-22份；

去离子水：1.8-2.2份；

（3）滴加此HNO₃-乙醇溶液后，继续搅拌1-1.5h得到二氧化钛溶胶；

（4）将活性炭颗粒浸入步骤(3)制备的二氧化钛溶胶中，充分浸渍，然后提拉出来后在烘箱中于105℃下烘干2-3h，即为镀膜一次；再重复步骤（3）2次，即为镀膜三次；

（5）将镀膜三次的活性炭颗粒置于石英管式炉中，通入氮气作为保护气，在500-600℃条件下恒温煅烧4-5h，使二氧化钛牢固附着于活性炭颗粒之上，即得二氧化钛轻质颗粒。

5.根据权利要求4所述的一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，其特征在于，所述钛酸丁酯、冰乙酸和无水乙醇的按照体积比分别为：

钛酸丁酯：5份；

冰乙酸：1份；

无水乙醇：15份。

6.根据权利要求1所述的一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，其特征在于，所述反应筒的回流区为漏斗形，在反应筒的底部设置有支架。

7.根据权利要求1所述的一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，其特征在于，所述三相分离器包括自上而下设置的导流筒和伞状导流罩，在伞状导流罩的外边缘设置有向内翻折的导流沿，导流沿的内径与气提筒上部的内径相适应。

8.根据权利要求1所述的一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，其特征在于，所述反应筒内放置的二氧化钛的轻质颗粒总体积为气提筒体积的1/15-1/8。

9.根据权利要求1所述的一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，其特征在于，所述反应筒的沉降区放置的好氧活性污泥总体积为反应筒体积的1/15-1/8。

10.根据权利要求7所述的一种光催化与好氧生物结合的双重内循环水处理器，其特征在于，所述反应筒还包括筒状分离区，所述筒状分离区的内径大于所述沉降区的内径，所述筒状分离区和沉降区之间设置有倾斜沉降沿；所述的倾斜沉降沿的水平位置低于所述导流沿的水平位置。

11.一种利用如权利要求1所述水处理器处理污水的方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：

（1）打开紫外光光源、将污水沿进水管泵入所述的气提筒；

（2）所述污水在气提筒内与二氧化钛的轻质颗粒混合均匀，在紫外光光源照射下、二氧化钛催化作用下，污水中的难生物降解有机物降解为可生化降解化合物；污水上升至三相分离器：所述气体沿出气管排出；所述二氧化钛的轻质颗粒被三相分离器挡回气提筒内；所述污水回流至反应筒的沉降区；

（3）污水在沉降区经曝气处理，与好氧活性污泥充分混合，污水中的可生化降解化合物被降解；

（4）污水沿曝气盘上的微孔流入反应筒的回流区，重复步骤（2）-（3），直至污水达到排放指标；

（5）处理完毕的污水沿出水管排出反应筒。