CN103819054A - 一种光催化耦合生物转筒 - Google Patents

Abstract

一种光催化耦合生物转筒，包括生物转盘和光催化网筒，生物转盘由转轴和生物转轮组成，各个生物转轮间隔地排布并连接在转轴上，生物转轮外围套装有光催化网筒，光催化网筒由内网筒和外网筒构成，内网筒套装在外网筒内，内网筒的外壁上均匀分布有突刺，并在内网筒的外壁上围裹有三维二氧化钛纤维层。所述生物转轮由内环、外环、隔板和筋片组成，内环和外环同轴，内环和外环之间设置有与其轴线垂直的隔板，隔板两侧在内环和外环之间设置有筋片。该转筒实现了光催化反应与好氧膜生物反应的有机结合，充分发挥了光催化与生物降解的协同作用，从而实现了对污废水中难生物降解物质的高效降解，保证了净化效果，提高了污废水的处理效率。

Description

一种光催化耦合生物转筒

技术领域

本发明涉及一种用于对污废水进行处理，净化水质的生物和光催化处理装置，属于水处理技术领域。

背景技术

在污废水处理中，处理设备与技术至关重要。目前广泛使用的生物转盘水处理设备即是一种高效的污废水生物膜水处理设备，它由水槽和一组圆盘构成，圆盘下部浸没在水中，圆盘上部暴露在空气中，圆盘表面生长有生物群落，转动的转盘周而复始地吸附和生物氧化有机污染物，使污废水得到净化。生物转盘盘片上的生物膜交替地与水和空气接触，从而形成了一个连续的覆氧、吸附、传质和氧化降解的好氧生物处理全过程。生物转盘技术特别适宜于可生化性良好的污废水处理，但无法对难降解有机污废水进行有效处理。因此，寻求一种经济高效的难降解有机物去除技术与之相结合，在实现优势互补的基础上彻底去除水中各类有机物，业已成为普适性水处理设备研究与开发的重点。

中国专利文献CN101935134B公开的《一种生物转盘污水处理设备》，包括好氧生物转盘处理装置、厌氧生物转盘处理装置和过滤装置；所述好氧生物转盘处理装置的出水口与厌氧生物转盘处理装置的进水口连接，厌氧生物转盘处理装置末端设置过滤装置。该设备将好氧生物转盘处理装置、厌氧生物转盘处理装置及过滤装置有机组合，通过对污水分段进行好氧、厌氧和沉淀过滤处理，同时实现去除有机污染物、脱氮、沉淀、过滤等多项功能。但是该设备仍然是以现有的好氧、厌氧和沉淀过滤等常规处理工艺净化水质，流程复杂且不适用于难降解有机污废水的净化处理。净化效果和净化效率有待进一步提高。

光催化技术可简单高效地氧化乃至矿化水中的难降解有机物且无选择性，常用的光催化剂二氧化钛具有活性高、成本低、稳定性好、降解效率高及无二次污染等特点，从而成为深度水处理新技术的研究热点。但常规的二氧化钛纳米微粉存在着易凝聚、难回收及透光率低等固有缺陷，极大地限制了这项技术走向实用。基于二氧化钛纳米基质的水处理功能化纤维，也即二氧化钛纤维的出现为全面解决上述瓶颈问题提供了可能：在不降低纳米二氧化钛光催化性能的前提下，使用中可大幅提高光量子效率，使用后可直接分离催化剂。然而，二氧化钛纤维在实际应用中还缺少简便适配的光催化水处理装置。

综上，研制开发出一种能够将生物转盘与光催化这两种技术组合一体的水处理装置，实现包括难降解物质在内的水中各类有机物的同步高效降解，具有良好的开发应用前景。

发明内容

本发明针对现有生物转盘存在的局限性（无法处理水中难降解有机物），提供一种净化效

果好、效率高的好氧生物处理和光催化技术优势互补的光催化耦合生物转筒。

本发明的光催化耦合生物转筒，采用下述技术方案：

该转筒，包括生物转盘和光催化网筒，生物转盘由转轴和生物转轮组成，各个生物转轮间隔地排布并连接在转轴上，在所有生物转轮的外围套装有一个光催化网筒，光催化网筒由内网筒和外网筒构成，内网筒套装在外网筒内，内网筒的外壁上均匀分布有突刺，并在内网筒的外壁上围裹有三维二氧化钛纤维层。

所述生物转轮由内环、外环、隔板和筋片组成，内环和外环同轴，内环和外环之间设置有与其轴线垂直的隔板，隔板两侧在内环和外环之间设置有筋片。整个生物转轮为高分子塑料制成。

所述三维二氧化钛纤维层为二氧化钛连续纤维（光催化剂）构成。

所述光催化网筒的内网筒和外网筒均为不锈钢材质，内网筒外壁上的突刺长度可设定为5cm。

上述转筒运行时，在光催化网筒的上方通过支架设置紫外灯，在白天日光充足时可直接采集太阳光作为自然光源；当日光不足或当遇有阴雨天或在夜晚时，开启紫外灯为光催化网筒上的光催化剂提供光源。转轴带动生物转轮和光催化网筒一起转动，微生物可挂在生物转轮的内外环内壁、隔板及各个筋片上，紫外灯开启且正常工作时，由于生物转轮外环的阻挡，光线不会照射到生物转轮内壁、隔板及筋片上，因此，生物转轮内壁、隔板及筋片上的微生物不会因紫外线照射而失活，故而可实现好氧生物法与光催化法的有效组合。

本发明具有以下优点：

1.本发明实现了光催化氧化与好氧膜生物反应的有机结合，生物转轮上的微生物因受到生物转轮外环的保护，不会因紫外线照射而失活，可实现自身的繁殖，同时在不降低生物作用的前提下，光催化网筒上的二氧化钛纤维可利用紫外光或太阳光对水中的污染物进行光催化降解，充分发挥了光催化与生物降解的协同作用，可实现对污废水中难生物降解物质的高效降解；

2.本发明适用于微污染水源水、中小型企业难降解有机污废水的预处理和或深度处理以及城镇水质净化厂（污水处理厂）的三级处理，出水水质好且效果持续稳定，在水质控制领域具有独特而广阔的应用前景；

3.本发明中光催化网筒的内网筒带有突刺，二氧化钛纤维可均匀牢固地围裹于其外壁，增加了耐水力冲击负荷的能力，可使装置运行周期延长；

4.本发明在运行过程中可同步实现二氧化钛纤维的吸附富集与光催化能力的再生。

5.本发明中采用生物转轮，增大了表面积，增加了挂膜量；

6.本发明还具有结构简单，操作方便，易于装卸的特点。

附图说明

图1是本发明光催化耦合生物转筒的结构示意图。

图2是本发明中生物转轮的立体结构示意图。

图3是本发明中生物转轮的剖视图。

其中：1、转轴，2、生物转轮，3、内网筒，4、突刺，5、三维二氧化钛纤维层，6、外网筒，7、外环，8、内环，9、筋片，10、隔板。

具体实施方式

如图1所示，本发明的光催化耦合生物转筒，包括生物转盘和光催化网筒。生物转盘由转轴1和生物转轮2组成。各个生物转轮2间隔地平行排布并固定连接在转轴1上，生物转轮2的数量根据具体情况或整个生物转盘的大小设置。生物转轮2为高分子塑料制成，其结构如图2和图3所示，由内环8、外环7、隔板10和筋片9组成，内环8和外环7同轴，内环8和外环7之间设置有与其轴线垂直的隔板10，隔板10将内环8与外环7之间的空间分为左右两部分，隔板10左右两侧在内环8和外环7之间设置有多个筋片9，通过内环8套装在转轴1上，外环7起到保护内环8、外环内壁、隔板10及筋片9上的微生物不受紫外线照射的作用。生物转轮2的表面积比现有常规生物转盘上的盘片的表面积大得多，增加了挂膜量。在所有生物转轮的外围套装有一个光催化网筒，即所有生物转轮2套装在一个光催化网筒内，该光催化网筒由内网筒3和外网筒6构成，内网筒3套装在外网筒6内，内网筒3的外壁上均匀分布有突刺4，突刺4的长度可设定为5cm，在内网筒3的外壁上围裹有三维二氧化钛纤维层5（采用二氧化钛连续纤维），突刺4的作用是使三维二氧化钛纤维层5牢固地挂在内网筒4的外壁上，不致脱落。三维二氧化钛纤维层5夹在内网筒3和外网筒6之间，外网筒6的作用也是防止三维二氧化钛纤维层5脱落，从而增强使其耐水力冲击负荷的能力。内网筒3与生物转轮2中的外环7固定连接在一起。内网筒3和外网筒6均为不锈钢材质。转轴1、生物转轮2、内网筒3和外网筒6连接为一个整体，可随转轴1一起转动。

将上述光催化耦合生物转筒横置于污废水中，整个转筒外径的40%～60%浮出水面，污废水透过整个光催化网筒的外网筒6、三维二氧化钛纤维层5、内网筒3以及相临生物转轮2的间隙进入生物转轮2，在生物转轮2的内环8和外环7的内壁、隔板10及各个筋片9上均可生成生物膜，微生物量大。通过支架在其光催化网筒的上方设置紫外灯，当日光不足或当遇有阴雨天或在夜晚时开启紫外灯，为光催化网筒上的光催化剂提供光源；在白天日光充足时可直接采集太阳光作为自然光源。在启动运行之前，根据实际处理情况使整个转筒以一定的转速转动，紫外灯为光催化网筒内的光催化剂提供光源时，由于生物转轮外环7的阻挡，光线不会照射到生物转轮2的内壁、隔板10及各个筋片9上，因此，生物转轮2上的微生物不会因紫外线的照射而失活。

光催化耦合生物转筒连续运行的某个时刻，光催化网筒的水上部分利用二氧化钛光催化反应将水中难生物降解物质、微生物残体及代谢产物进行高效降解，打断其大分子链，形成易生物降解的小分子物质，最后交由生物转轮2上的好氧微生物进行进一步分解。此时，生物转轮2的水上部分会使空气所含的氧扩散溶解到生物膜表层的水膜中去，不断补充其生物降解所需的溶解氧。生物膜交替与水和空气接触，从而形成了一个连续的覆氧、吸附、传质、氧化降解的水处理生物过程。水中有机物被生物转轮2的水下部分及光催化网筒上的纤维层5吸附富集，生物转轮2上的有机物好氧分解。有效处理周期内，在该装置周而复始的运转过程中，实现了好氧生物与光催化作用的协同互补，从而大大提高了有机物的去除效果和处理效率。

Claims (2)

1.一种光催化耦合生物转筒，包括生物转盘和光催化网筒，其特征是：生物转盘由转轴和生物转轮组成，各个生物转轮间隔地排布并连接在转轴上，在所有生物转轮的外围套装有一个光催化网筒，光催化网筒由内网筒和外网筒构成，内网筒套装在外网筒内，内网筒的外壁上均匀分布有突刺，并在内网筒的外壁上围裹有三维二氧化钛纤维层。

2.根据权利要求1所述的光催化耦合生物转筒，其特征是：所述生物转轮由内环、外环、隔板和筋片组成，内环和外环同轴，内环和外环之间设置有与其轴线垂直的隔板，隔板两侧在内环和外环之间设置有筋片。

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