CN105481154B - 一种集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜再生水处理装置 - Google Patents

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再生水处理装置，属于水污染治理设备领域。该再生水处理装置包括一个密闭罐体，放置在罐体内部的超滤膜组件，该超滤膜组件中负载催化剂的超滤膜与紫外灯间隔布置，超滤膜的下方布置有曝气器和臭氧释放器，可以推动水流自下而上运动，水流和富含臭氧的气泡的双重作用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，从而提高催化氧化的效果。本发明集合了截留悬浮物、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

一种集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜再生水处理装置

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再生水处理装置。

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COD_Cr浓度为20～45mg/L的污水处理厂的二级排水时，超滤出水中的COD_Cr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再生水处理装置，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。

本发明提供了一种集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜再生水处理装置，包括：一个密闭反应罐体，罐体上设置有密闭检修盖板和臭氧尾气还原柱，安装在罐体内部的超滤膜组件。所述超滤膜组件包括臭氧释放器、曝气器、紫外灯以及超滤膜，所述曝气器和臭氧释放器位于超滤膜组件的底部，所述曝气器布置在所述超滤膜下方，通过管道穿过反应罐体与鼓风机相连，所述臭氧释放器布置在曝气器的下方，通过管道穿过反应罐体与臭氧发生器相连接，所述超滤膜组件的出水通过管道穿过反应罐体与抽吸泵连接。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，所述超滤膜组件中的超滤膜与紫外灯间隔平行布置。

进一步的，所述臭氧尾气还原柱的底部装填有二氧化锰颗粒，上部装填有颗粒活性炭。

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再生水处理装置，本发明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。本发明将超滤膜与紫外灯平行并以一定的距离间隔布置，同时在超滤膜的底部设置曝气器和臭氧释放器，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再生水处理装置，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为集成催化氧化和负载催化剂的超滤膜再生水处理装置示意图。

图2为负载催化剂的超滤膜组件布置平面示意图。

图中标号：1-臭氧释放器，2-曝气器，3-紫外灯，4-负载催化剂的超滤膜，5-密闭反应罐(池)体，6-鼓风机，7-臭氧发生器，8-超滤膜组件，9-密闭检修盖板，10-臭氧尾气还原柱，11-控制器，12-流量计，13-抽吸泵。

具体实施方式

下面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再生水处理装置由密闭反应罐体5和负载催化剂的超滤膜组件8组成，其中负载催化剂的超滤膜组件8由臭氧释放器1、曝气器2、紫外灯3和负载催化剂的超滤膜4、连通管道及支撑架组成。鼓风机6输出的空气经由管道送入负载催化剂的超滤膜组件8中，经曝气器2释放出来，臭氧发生器7产生的臭氧经由管道送入负载催化剂的超滤膜组件8中，经臭氧释放器1释放出来，形成自下而上的气液混合流，促使负载催化剂的超滤膜4处于不规则的抖动状态，以利于均匀的接受紫外灯3的辐照，提高了催化氧化的效果。紫外灯3由控制器11实现自动控制，罐体5由密闭检修盖板9密封，处理过程中产生的臭氧尾气经由臭氧尾气还原柱10还原无害后排出，经过负载催化剂的超滤膜和催化氧化耦合作用处理后的水由流量计12计量后用抽吸泵13排出，从而获得再生水或用作纳滤、反渗透的预处理。

显然，为了方便安装、维护与管理，负载催化剂的超滤膜组件的尺寸不可能做到非常大，可根据实际需要或者处理水量的大小，增加或减少负载催化剂的超滤膜和紫外灯的间隔数目是一种非常实用的方法，而增加或减少负载催化剂的超滤膜组件的数目是另外一种非常实用的方法，如图2所示。

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；采用蠕动气泵通过穿孔管曝气，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的超滤膜排成两排平行放入有效容积为1.5L的长方形有机玻璃容器(尺寸为0.1×0.05×0.4m)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20mm。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：pH 7.6，TOC 14mg/L，细菌总数1.92×10⁶counts/ml；经本发明的装置处理4h后，超滤出水TOC浓度降至3.3mg/L，去除率达76.4％，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再生水处理装置处理后，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再生水处理装置，包括：一个密闭反应罐体(5)，罐体上设置有密闭检修盖板(9)和臭氧尾气还原柱(10)，安装在罐体内部的超滤膜组件(8)，其特征在于：

所述超滤膜组件(8)包括臭氧释放器(1)、曝气器(2)、紫外灯(3)以及超滤膜(4)，所述曝气器(2)和臭氧释放器(1)位于超滤膜组件(8)的底部，所述曝气器(2)布置在所述超滤膜(4)下方，通过管道穿过反应罐体(5)与鼓风机(6)相连，所述臭氧释放器(1)布置在曝气器(2)的下方，通过管道穿过反应罐体(5)与臭氧发生器(7)相连接，所述超滤膜组件(8)的出水通过管道穿过反应罐体(5)与抽吸泵(13)连接；

所述超滤膜(4)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；所述超滤膜组件(8)中的超滤膜(4)与紫外灯(3)间隔平行布置。

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再生水处理装置，其特征在于，所述臭氧尾气还原柱(10)的底部装填有二氧化锰颗粒，上部装填有颗粒活性炭。

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再生水处理装置，其特征在于，所述超滤膜(4)为中空纤维结构，材质为聚偏氟乙烯。