CN102936081A - 一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，包括反应筒、气提筒、三相分离器和膜组件，在所述的反应筒的底部设置有进水管与进气管，在反应筒内放置载有二氧化钛的轻质颗粒；在反应筒的内部轴向自下而上设置有沼气曝气盘、气提筒和三相分离器，在所述气提筒内设置有紫外光光源。本发明还提供一种利用上述反应器处理废水的方法。本发明耦合了多种污水处理技术，实现了难降解废水的高效处理，达到了废水回用的目的，是一种高效、实用的污水废水处理与回用工艺。

Description

一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器及其工作方法，属于废水处理与回用的技术领域。 

背景技术

水资源短缺是21世纪人类面临的最严峻的资源问题之一，中水回用是水资源再生的重要手段之一，与海水淡化、跨流域调水相比，中水成本最低，并且污水再生利用有助于改善生态环境，实现水生态的良性循环。我国水资源严重短缺并且分布不均、水污染问题严重，因此，大力推进污水与废水的再生利用技术是必由之路。 

目前污水废水处理多采用生物法，其中，厌氧生物技术因其具有产能的特点，应用前景广阔。厌氧膜生物反应器是厌氧生物技术与膜分离技术的结合，厌氧絮状污泥或颗粒污泥可以有效地去除污水废水中可生化降解的有机污染物，膜分离作用可实现高效的固液分离，并且进一步提高出水水质。但是，厌氧膜生物反应器对难生化降解和不可生化降解的有机污染物（如偶氮化合物、多氯联苯等）作用很小。因此，单纯的厌氧膜生物法在难降解废水的处理与回用领域有一定的局限性。 

现有采用内循环厌氧膜生物技术处理污水废水的技术：中国专利CN102502957公开了一种单反应区的内循环厌氧膜生物反应器，该装置是对现有单反应区的内循环厌氧反应器的改进，是由反应器主体、进水管、出水管、降流管、升流管、出泥管和沼气管组成，反应区主体内设隔板，将反应区主体分为上下两部分，下部为反应区；上部由所设的第二隔板分为降流区和膜组件区。该装置的突出特征在于：在现有单反应区的内循环厌氧反应器的基础上引入了膜分离技术，实现固液分离。该装置的优点在于：由于膜组件的设置，膜组件区的容积小于原来的沉淀区，使得反应器的总容积减小；由膜组件实现固液分离代替了原有的三相分离沉淀分离，有效克服了现有单反应区的内循环厌氧反应器跑泥的问题，在该反应器中可以获得更高的污泥浓度，提高污水废水处理效率。但是该专利提供的反应器结构复杂，设计、制造和操作技术要求高；内循环是由升流管和降流管结合实现的，由于管径较细，容易发生阻塞，阻碍循环；而且该专利也并未就难降解和不可降解的废水做进一步处理。 

现有的采用光催化法处理污水废水的技术：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属于分离装置，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，并通过紫斥光灯管固定板固定。紫外光灯管安转于石英管内，导线伸出外部。本发明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。该专利利用催化臭氧氧化原理对所述的污水废水进行处理，其处理原料成本较高，且有一定毒性；固体催化剂和紫外光协同催化臭氧氧化容易实现芳烃类、偶氮类等难生化降解的有机物的无机化，但是对于饱和链烃类等易生化降解的有机物矿化效果不明显，不能实现对污水废水中易生化降解和难生化降解有机污染物的同时处理。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器。本发明将改进的内循环厌氧流化膜生物反应器与二氧化钛光催化技术相结合，既克服了现有内循环厌氧膜生物反应器易阻塞的问题，也简化了反应器结构，并且同时实现了易生化降解和难生化降解有机污染物的处理，二氧化钛光催化的引入也降低了催化氧化的成本，减小了反应毒性。 

本发明还提供一种利用上述反应器处理废水的方法。 

技术术语解释： 

超滤膜：是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力，就能筛出小于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2-20纳米的颗粒。 

二氧化钛光催化的机理：TiO₂属于一种n型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev（锐钛矿）,当它受到波长小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子（e^-）;而价带中则相应地形成光生空穴(h⁺)。如果把分散在溶液中的每一颗TiO₂粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应产生的光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到TiO₂表面不同的位置。TiO₂表面的光生电子e^-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴h⁺则可氧化吸附于TiO₂表面的有机物或先把吸附在TiO₂表面的OH^-和 H₂O分子氧化成·OH自由基，·OH自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染物，将其矿化为无机小分子、CO₂和H₂O等无害物质。 

二氧化钛光催化的基本化学反应过程如下： 

TiO₂+hν→TiO₂+h⁺+e^-        (1) 

h⁺+e^-→heat or hν          (2) 

h⁺+OH^-→·OH                (3) 

h⁺+H₂O→·OH+H⁺             (4) 

·OH+有机物→…→CO₂+H₂O    (5) 

TiO₂光催化降解有机物，实质上是一种自由基反应。 

本发明的技术方案如下： 

一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，包括反应筒、气提筒、三相分离器和膜组件，在所述的反应筒的底部设置有进水管与进气管（沼气循环管），在反应筒内放置载有二氧化钛的轻质颗粒；在反应筒的内部轴向自下而上设置有沼气曝气盘、气提筒和三相分离器，在所述气提筒内设置有紫外光光源；在所述气提筒的上方罩设有三相分离器，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，所述导流筒的上端通过所述反应筒的顶盖与外部出气管相连通，并通过气泵与所述的沼气曝气盘相连通；在所述反应筒内、且与所述导流筒水平对应的位置上设置有膜组件，所述膜组件通过反应筒侧壁与外部的出水管相连。 

根据本发明优选的，所述反应筒内放置的载有二氧化钛的轻质颗粒总体积为反应筒体积的1/5-1/4。所选填装二氧化钛轻质颗粒的目的在于保证二氧化钛催化剂的用量在3-5g/L之间，确保光催化效果达到最优。 

根据本发明优选的，所述的膜组件采用的是中空纤维超滤膜，超滤膜的额定孔径为0.01微米。本发明采用超滤膜组件，置于反应桶上部的清水区，而不与厌氧污泥直接接触，大大降低了膜污染。 

根据本发明优选的，所述紫外光光源设置在气提筒的下部1/3处,选择紫外光源功率为300-500W。 

根据本发明优选的，所述反应筒包括由上而下设置的筒状分离区和筒状升降区，所述筒状分离区的内径大于所述筒状升降区的内径，所述筒状分离区和筒状升降区之间设置有倾斜沉降沿。所述的筒状升降区的内径小于筒状分离区的内径的目的在于，所述水流沿较小内径的气提筒上升至筒状分离区，其内径增大使得水流流速缓降，即所述废水水流中的沉淀物沿 筒状升降区沉降至反应筒的底部，加速沉降效果。 

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。 

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%；所述二氧化钛轻质颗粒按重量百分比包括以下原料： 

活性炭颗粒：80-90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1-2%的浓硝酸，所述浓硝酸的浓度为65-68wt%；加入占步骤（1）中得到的淡黄色溶液体积百分比25-27%的乙醇溶液，所述乙醇溶液的浓度为90-95wt%，继续搅拌1-1.5h，得到二氧化钛溶胶； 

（3）将活性炭颗粒浸入步骤(2)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； 

（4）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。 

根据本发明优选的，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厌氧污泥以体积比1:3-1:4混合加入反应筒，关闭紫外光源，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。然后将紫外灯打开，其他条件不变，继续运行反应器，在紫外灯的作用下，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，仅由内部微生物膜实现可生化降解有机物 的降解。挂膜后，载有二氧化钛的活性炭颗粒，微生物（干重）占2%-10%。 

本发明还提供一种利用上述反应器处理污水的方法，包括步骤如下： 

（1）待废水经由反应筒底端的进水管进入反应筒，循环甲烷气体由反应筒底端的进气管进入气提筒，在进水流速与气体提升力的作用下，废水与反应筒内的二氧化钛轻质颗粒混合成混合废水； 

（2）所述步骤（1）中的混合废水进入气提筒，在紫外光光源照射下、二氧化钛催化作用下，混合废水中的难生物降解有机物降解为可生化降解化合物； 

（3）混合废水沿气提筒上流至所述的三相分离器的伞状导流罩，被所述伞状导流罩回挡至气提筒外部，在重力作用下所述混合废水沿反应筒和气提筒之间环形降流区下流，并在反应筒底部在内外筒压力差作用下回流重复至气提筒内，不断的回流过程实现了废水和二氧化钛轻质颗粒的充分接触反应； 

废水中可生化降解有机物产生沼气；在二氧化钛轻质颗粒的催化作用下，紫外光光源照射产生羟基自由基对废水中的不可生物降解的物质进行氧化降解处理；本发明利用二氧化钛光催化作用将污水中的重金属及氧化物等降解为无毒物质、将废水中的难降解有机物转化为易生化降解的简单有机化合物； 

（4）所述的沼气、废水和二氧化钛轻质颗粒在反应筒的上部相互分离：沼气沿三相分离器的导流筒逸出反应筒，沿出气管排出后收集，部分循环；废水中的沉淀物和二氧化钛轻质颗粒沉降回至反应筒下部；在反应筒的上部废水经沉降后产出的上清液经由膜组件、在恒流泵的抽吸作用下经出水管排出。 

根据本发明优选的，所述光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器的容积负荷为6-20g(COD)/L·d。 

本发明的优点在于： 

本发明将所述的二氧化钛光催化技术与生物膜技术结合，将废水中的难降解有机物先经二氧化钛光催化作用转化为易生化降解的简单有机化合物，再经厌氧生物作用，转化为沼气，不但能够将废水中的可生物降解物质顺利处理，还能通过不断的回流催化将废水中不可生物降解的物质有效去除。利用本发明所述的反应器对废水进行处理：其中可生物降解的物质的去除率为90%以上，所述不可生物降解的物质的转化率为90-95%，去除率为90%以上，经处理后的废水可直接作为中水回用。本发明耦合了多种污水处理技术，实现了难降解废水的高效处理，达到了废水回用的目的，是一种高效、实用的污水废水处理与回用工艺。 

附图说明

图1为本发明所述反应器的结构示意图。 

图中：1.反应筒；1-1.筒状分离区；1-2.筒状升降区；1-3.倾斜沉降；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；4.进水管；5.膜组件；6.出水管；7.恒流泵；8.出气管；9.沼气气泡，10.二氧化钛轻质颗粒；11.紫外光光源；12.沼气曝气盘；13.气体流量计；14.气泵。 

具体实施方式

下面结合附图1和实施例进一步说明，但不限于此。 

以下实施例中所用到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%；所述二氧化钛轻质颗粒按重量百分比包括以下原料： 

活性炭颗粒：80-90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：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1-2%的硝酸溶液，所述硝酸溶液的浓度为65-68wt%；加入占步骤（1）中得到的淡黄色溶液体积百分比25-27%的乙醇溶液，所述乙醇溶液的浓度为90-95wt%，继续搅拌1-1.5h，得到二氧化钛溶胶； 

（3）将活性炭颗粒浸入步骤(2)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； 

（4）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厌氧污泥以体积比1:3-1:4混合加入反应筒，关闭紫外光源，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。然后将紫外灯打开，其他条件不变，继续运行反应器，在紫外灯的作用下，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，仅由内部微生物膜实现可生化降解有机物的降解。挂膜后，载有二氧化钛的活性炭颗粒，微生物（干重）占2%-10%。 

实施例1、 

一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，包括反应筒1、气提筒3、三相分离器2和膜组件5，在所述的反应筒1的底部设置有进水管4与进气管，在反应筒1内放置载有二氧化钛的轻质颗粒10；在反应筒1的内部轴向自下而上设置有沼气曝气盘12、气提筒3和三相分离器，在所述气提筒3内设置有紫外光光源11；在所述气提筒3的上方罩设有三相分离器2，所述三相分离器2包括自上而下设置的导流筒2-1和伞状导流罩2-2，在伞状导流罩的外边缘设置有向内翻折的导流沿2-3，所述导流筒2-1的上端通过所述反应筒1的顶盖与外部出气管8相连通，并通过气泵14与所述的沼气曝气盘12相连通；在所述反应筒1内、且与所述导流筒2-1水平对应的位置上设置有膜组件5，所述膜组件5通过反应筒1侧壁与外部的出水管6相连。所述反应筒1包括由上而下设置的筒状分离区1-1和筒状升降区1-2，所述筒状分离区1-1的内径大于所述筒状升降区1-2的内径，所述筒状分离区1-1和筒状升降区1-2之间设置有倾斜沉降沿1-3。所述的倾斜沉降沿1-3的水平位置低于所述导流沿2-3的水平位置。 

所述反应筒内放置的载有二氧化钛的轻质颗粒总体积为反应筒体积的1/5。所述的膜组件采用的是中空纤维超滤膜，超滤膜的额定孔径为0.01微米。所述紫外光光源设置在气提筒的下部1/3处,选择紫外光源功率为300W。 

实施例2、 

一种利用如实施例1述反应器处理某偶氮类活性蓝印染废水，废水中COD_Cr的含量为600-800mg/L，BOD/COD<0.18；反应器内温度维持在35±1℃；具体方法包括步骤如下： 

（1）待废水经由反应筒1底端的进水管进入反应筒1，循环甲烷气体由反应筒底端的进气管进入气提筒，在进水流速与气体提升力的作用下，废水与反应筒内的二氧化钛轻质颗粒混合成混合废水； 

（2）所述步骤（1）中的混合废水进入气提筒3，在紫外光光源11照射下、二氧化钛催化作用下，混合废水中的难生物降解有机物降解为可生化降解化合物； 

（3）混合废水沿气提筒3上流至所述的三相分离器2的伞状导流罩2-2，被所述伞状导流罩2-2回挡至气提筒外部，在重力作用下所述混合废水沿反应筒和气提筒2之间环形降流区下流，并在反应筒1底部在内外筒压力差作用下回流重复至气提筒内，不断的回流过程实现了废水和二氧化钛轻质颗粒的充分接触反应； 

废水中可生化降解有机物产生沼气；在二氧化钛轻质颗粒的催化作用下，紫外光光源11 照射产生羟基自由基对废水中的不可生物降解的物质进行氧化降解处理；本发明利用二氧化钛光催化作用将污水中的重金属及氧化物等降解为无毒物质、将废水中的难降解有机物转化为易生化降解的简单有机化合物； 

（4）所述的沼气、废水和二氧化钛轻质颗粒在反应筒的上部相互分离：沼气沿三相分离器的导流筒逸出反应筒，沿出气管排出后收集，部分循环；废水中的沉淀物和二氧化钛轻质颗粒沉降回至反应筒下部；在反应筒的上部废水经沉降后产出的上清液经由膜组件、在恒流泵的抽吸作用下经出水管排出。 

所述光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器的容积负荷为6g(COD)/L·d。反应器内沼气气体的表观流速为20mm/s。 

经过本实施例所述的反应器处理后的某偶氮类活性蓝印染废水进行检测，其中COD_Cr含量降至50mg/L以下，COD去除率达到90％以上，脱色率达到95％以上。 

实施例3、 

一种利用如实施例1所述反应器及实施例2所述方法处理某焦化废水，废水中COD_Cr的含量为600-1300mg/L，BOD/COD<0.25；反应器内温度维持在35±1℃；其中紫外光光源为500W，所述光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器的容积负荷为8g(COD)/L·d。 

反应器内沼气气体的表观流速为35mm/s。 

经过本实施例所述的反应器处理后的某焦化废水进行检测，其中COD_Cr含量降至50mg/L以下，COD去除率达到90％以上。 

Claims (10)

1.一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，该反应器包括反应筒、气提筒、三相分离器和膜组件，在所述的反应筒的底部设置有进水管与进气管，在反应筒内放置载有二氧化钛的轻质颗粒；在反应筒的内部轴向自下而上设置有沼气曝气盘、气提筒和三相分离器，在所述气提筒内设置有紫外光光源；在所述气提筒的上方罩设有三相分离器，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，所述导流筒的上端通过所述反应筒的顶盖与外部出气管相连通，并通过气泵与所述的沼气曝气盘相连通；在所述反应筒内、且与所述导流筒水平对应的位置上设置有膜组件，所述膜组件通过反应筒侧壁与外部的出水管相连。

2.根据权利要求1所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述反应筒内放置的载有二氧化钛的轻质颗粒总体积为反应筒体积的1/5-1/4。

3.根据权利要求1所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述的膜组件采用的是中空纤维超滤膜，超滤膜的额定孔径为0.01微米。

4.根据权利要求1所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述紫外光光源设置在气提筒的下部1/3处,选择紫外光源功率为300-500W。

5.根据权利要求1所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述反应筒包括由上而下设置的筒状分离区和筒状升降区，所述筒状分离区的内径大于所述筒状升降区的内径，所述筒状分离区和筒状升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。

6.根据权利要求1所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，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%；所述二氧化钛轻质颗粒按重量百分比包括以下原料：

活性炭颗粒：80-90份；

二氧化钛：4-8份。

7.根据权利要求6所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述二氧化钛轻质颗粒是按如下制备方法制备的，该方法包括步骤如下：

（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1-2%的浓硝酸，所述浓硝酸的浓度为65-68wt%；加入占步骤（1）中得到的淡黄色溶液体积百分比25-27%的乙醇溶液，所述乙醇溶液的浓度为90-95wt%，继续搅拌1-1.5h，得到二氧化钛溶胶；

（3）将活性炭颗粒浸入步骤(2)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；

（4）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。

8.根据权利要求7所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，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厌氧污泥以体积比1:3-1:4混合加入反应筒，关闭紫外光源，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。

9.根据权利要求1所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器的容积负荷为6-20g(COD)/L·d。

10.一种利用如权利要求1所述反应器处理污水的方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：

（1）待废水经由反应筒底端的进水管进入反应筒，循环甲烷气体由反应筒底端的进气管进入气提筒，在进水流速与气体提升力的作用下，废水与反应筒内的二氧化钛轻质颗粒混合成混合废水；

（2）所述步骤（1）中的混合废水进入气提筒，在紫外光光源照射下、二氧化钛催化作用下，混合废水中的难生物降解有机物降解为可生化降解化合物；

（3）混合废水沿气提筒上流至所述的三相分离器的伞状导流罩，被所述伞状导流罩回挡至气提筒外部，在重力作用下所述混合废水沿反应筒和气提筒之间环形降流区下流，并在反应筒底部在内外筒压力差作用下回流重复至气提筒内，不断的回流过程实现了废水和二氧化钛轻质颗粒的充分接触反应； 

（4）所述的沼气、废水和二氧化钛轻质颗粒在反应筒的上部相互分离：沼气沿三相分离器的导流筒逸出反应筒，沿出气管排出后收集，部分循环；废水中的沉淀物和二氧化钛轻质颗粒沉降回至反应筒下部；在反应筒的上部废水经沉降后产出的上清液经由膜组件、在恒流泵的抽吸作用下经出水管排出。