CN105461045B - 一种集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜组件，属于水污染治理设备领域。该超滤膜组件包括一个由上封盖、筒体和下封盖组成的壳体，在筒体内由上管板和下管板固定安装负载催化剂的中空纤维超滤膜和紫外灯，下封盖上布置有超滤进水管和进气擦洗管和臭氧投加管，可以推动水流自下而上运动，促使中空纤维超滤膜处于抖动状态，利于超滤膜上负载的催化剂接受紫外光的均匀照射，并强化负载催化剂的超滤膜与臭氧和污染物间的传质作用，从而强化催化氧化的效果。本发明的超滤膜组件集合了截留悬浮物、胶体，降解有机污染物和杀菌等功能为一体，为污水的资源化再生利用或者作为纳滤、反渗透的预处理提供了可靠保障。
Description
技术领域
本发明属于水污染治理设备领域，具体涉及一种新型超滤膜组件。
背景技术
超滤应用于再生水处理或用作纳滤、反渗透的预处理中，是近几年来的研究热点之一。再生水处理或纳滤、反渗透的预处理要求水中的杂质含量如悬浮物、胶体、有机污染物以及微生物等越低越好。超滤膜由于孔径微小，通常在0.002～0.1μm之间，可以有效的拦截悬浮物、大部分的胶体、大分子量的有机物和较大尺寸的微生物等。在污水处理厂的二级排水中，含有一定数量的尤其是溶解性的难生物降解的有机污染物和大量的微生物，如果不进一步的去除，必然对再生水的水质，或者对后续的纳滤、反渗透深度处理造成严重的影响，极易形成有机污染、微生物污染和复合污染。已有的研究和工程实践表明：超滤膜对悬浮物、胶体拦截效果很好，但对绝大多数的有机污染物和微生物的拦截效果很差。曾有报道显示，当采用0.02μm的超滤膜处理CODCr浓度为20～45mg/L的污水处理厂的二级排水时，超滤出水中的CODCr浓度几乎没有降低。因此研究一种新型的超滤装置，尤其是能够大量的同时去除有机污染物和杀灭微生物的超滤装置就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜组件，利用超滤膜上负载的催化剂与紫外光催化氧化、臭氧催化氧化的耦合作用，去除有机污染物和微生物，以期提供一种新型的超滤再生水处理装置，实现了悬浮物、胶体、有机污染物和微生物的同时去除，提高出水水质。
为了实现上述技术目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明一种集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜组件，包括：一个由上封盖、筒体和下封盖组成的壳体，壳体上开有超滤进水管、超滤出水管、浓缩液循环管、进气擦洗管、臭氧投加管和电缆线管，安装在壳体内部的超滤膜和紫外灯，上封盖和下封盖与筒体通过螺纹密封连接，超滤膜和紫外灯通过上管板和下管板安装固定，所述下封盖内部设有释放器，所述释放器与所述进气擦洗管和所述臭氧投加管相连接；所述超滤膜负载催化剂，该催化剂为二氧化钛或氧化石墨烯纳米颗粒或两者的混合。
进一步的，在上封盖和下封盖的宽部开设过水通孔。
进一步的，所述超滤膜与紫外灯平行均匀布置。
更进一步的，所述紫外灯为垂直放置，其在筒体中心布置一只，其余以45°的间距均匀布置在筒体直径的2/3所在的圆周上。
进一步的，所述超滤膜为中空纤维结构，材质为聚偏氟乙烯。
本发明提供了一种集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜组件，本发明的超滤膜组件利用催化氧化和负载催化剂的超滤膜的耦合作用，实现了有机污染物的降解和杀菌功能。本发明的超滤膜组件将负载催化剂的超滤膜与紫外灯平行并以一定的距离均匀布置，同时在超滤膜组件的底部设置进气擦洗管、臭氧投加管和超滤进水管，自下而上的水流和富含臭氧的气泡的共同作用促使超滤膜处于不规则的抖动状态，强化了超滤膜表面的紊流状态，增强了超滤膜上负载的催化剂与臭氧、污染物之间的传质效果，同时有利于超滤膜均匀的接受紫外光的辐照。从而提供了一种新型超滤膜装置，必然在国内外的再生水资源化利用或用作纳滤、反渗透的预处理中成为一种突破性技术。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明所负载的催化剂如二氧化钛、氧化石墨烯纳米颗粒或两者按照不同比例的混合，即能促进紫外光催化氧化又能促进臭氧催化氧化。本发明中负载催化剂的超滤膜在紫外光催化氧化和臭氧催化氧化的耦合作用下，具有降解有机物和杀菌的功效，提高了超滤膜的出水水质，减轻了膜污染，同时延长了膜的使用寿命。
2、常规的纳米颗粒光催化氧化和臭氧催化氧化中面临着纳米颗粒凝聚造成催化氧化效率低下和回收再利用困难等问题，本发明中将催化剂负载在超滤膜上可同时改善上述两个缺点。
3、本发明中自下而上的水流和富含臭氧的气泡的共同作用促使超滤膜处于不规则的抖动状态，强化了超滤膜表面的紊流状态，增强了超滤膜上负载的催化剂与臭氧、污染物之间的传质效果，同时有利于均匀的接受紫外光的辐照。
4、本发明将超滤技术与紫外光催化氧化和臭氧催化氧化有机的结合起来，提高了对污水处理厂二级排水中难降解有机物的去除效果。
附图说明
图1为本发明集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜组件示意图。
图2为图1的A-A向剖视图。
图3为图1的B-B向剖视图。
图中标号：1-超滤进水管，2-进气擦洗管，3-负载催化剂的超滤膜，4-电缆线管，5-筒体，6-超滤出水管，7-上封盖，8-螺纹，9-上管板，10-超滤浓缩液循环管，11-紫外灯，12-下管板，13-密封圈，14-下封盖，15-臭氧投加管，16-释放器，17-过水通孔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明设计的集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜组件由上封盖7、筒体5和下封盖14组成一个壳体，所述上封盖7和下封盖14通过螺纹8与筒体5连接成一个密闭的壳体，其中上封盖7上连接有超滤出水管6，下封盖14上连接有超滤进水管1、进气擦洗管2和臭氧投加管15，下封盖14内部设置有与进气擦洗管2和臭氧投加管15相连接的释放器16。筒体上连接有电缆线管4和超滤浓缩液循环管10。壳体内部设置有负载催化剂的超滤膜3和紫外灯11，所述超滤膜3和紫外灯11通过上管板9和下管板12进行固定，所述紫外灯11贯穿上管板9和下管板12，在连接处设有密封圈13。
本发明的工作原理是：污水处理厂的二级排水经过超滤进水管1进入本发明的超滤膜组件，同时由进气擦洗管2通入压缩空气，臭氧由臭氧投加管15通入，通过释放器16释放到水体中，进而形成自下而上的气液混合流，促使负载催化剂的超滤膜3处于不规则的抖动状态，以利于均匀的接受紫外灯11的辐照，同时膜丝抖动造成的紊流强化了超滤膜负载的催化剂与臭氧和污染物之间的传质效率，提高了催化氧化的效果。经过负载催化剂的超滤膜与紫外光催化氧化和臭氧催化氧化的耦合作用处理后的水由超滤出水管6排出，从而获得再生水或用作纳滤、反渗透的预处理，含臭氧尾气的超滤浓缩液则通过浓缩液循环管10排出后进入下一级处理单元或继续进入本超滤膜组件处理。
为了提高进水进气的均匀性和出水的均匀性，避免短流现象，在上封盖7和下封盖14的宽部(与筒体5的连接处)开设有直径2～5mm的过水通孔17，详见图2。
在本实施例中，采用小型试验装置验证本发明的实际处理效果：超滤膜采用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维超滤膜，超滤膜外径1.8mm，内径1.2mm，超滤膜长度为30cm，膜孔径为0.18μm，采用液相沉积法在超滤膜的外表面负载上二氧化钛纳米颗粒；紫外灯的波长采用254nm，紫外灯直径为16mm，功率为15W；采用蠕动气泵通过刚玉砂芯曝气，曝气量为1.2L/min；采用臭氧发生器通过刚玉砂芯释放臭氧，臭氧投加量为6mg/L；将总表面积约为0.014m2的超滤膜排成4排平行放入有效容积为1.5L的圆柱形有机玻璃容器(尺寸为Ф0.07×0.4m)中，紫外灯放置在超滤膜的两侧中央，每侧一只，距离超滤膜的尺寸为15mm。试验用水采用某污水处理厂曝气生物滤池的出水，经0.45μm的过滤膜过滤去除悬浮物后，水质指标如下：pH7.6，TOC 14mg/L，细菌总数1.92×106counts/ml；经本发明的装置处理4h后，出水TOC浓度降至4.2mg/L，去除率达70.0％，细菌总数未检出，杀菌率达100％，取得了较理想的降解效果。
本发明着重于并实现了催化氧化和超滤膜的有机结合，污水处理厂的二级排水经由本发明的集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜组件处理后，可同时去除悬浮物、胶体、降解有机污染物和杀灭微生物等，突破了以往的局限，必然在国内外的再生水资源化利用或用作纳滤、反渗透的预处理中成为一种突破性技术。
Claims (3)
1.一种集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜组件，包括：一个由上封盖(7)、筒体(5)和下封盖(14)组成的壳体，壳体上开有超滤进水管(1)、超滤出水管(6)、浓缩液循环管(10)、进气擦洗管(2)、臭氧投加管(15)和电缆线管(4)，安装在壳体内部的超滤膜(3)和紫外灯(11)，上封盖(7)和下封盖(14)与筒体(5)通过螺纹(8)密封连接，超滤膜(3)和紫外灯(11)通过上管板(9)和下管板(12)安装固定，其特征在于：
所述下封盖(14)内部设有释放器(16)，所述释放器(16)与所述进气擦洗管(2)和所述臭氧投加管(15)相连接；
所述超滤膜(3)负载催化剂，该催化剂为二氧化钛或氧化石墨烯纳米颗粒或两者的混合；
所述超滤膜(3)与紫外灯(11)平行均匀布置；
所述紫外灯(11)为垂直放置，其在筒体(5)中心布置一只，其余以45°的间距均匀布置在筒体(5)直径的2/3所在的圆周上。
2.如权利要求1所述的集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜组件，其特征在于，在上封盖(7)和下封盖(14)的宽部开设过水通孔(17)。
3.如权利要求1所述的集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜组件，其特征在于，所述超滤膜(3)为中空纤维结构，材质为聚偏氟乙烯。
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