CN105948219B - 污水净化反应器、污水处理系统及污水净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水净化反应器，包含：壳体，包含外壳、设置在外壳底部的底壳及设置在外壳顶部的上盖，外壳、底壳及上盖围成一污水处理反应腔，外壳的外部设有一靠近底壳的进水口及靠近上盖的出水口，进水口及出水口分别与污水处理反应腔连通；光催化高级氧化过滤模块，设置在污水处理反应腔内，光催化高级氧化过滤模块包含陶瓷膜组件、光催化组件及开关阀控制组件，陶瓷膜组件与所述开关阀组件连接，陶瓷膜组件承载所述光催化组件；曝气装置，设置在壳体的外部，通过一设置在底壳上的接头组件与开关阀组件连接。本发明还公开了一种污水处理系统及污水净化方法。本发明能有效提高污染物滤除率。

Description

污水净化反应器、污水处理系统及污水净化方法

技术领域

本发明涉及污水处理装置领域，具体涉及一种污水净化反应器、污水处理系统及污水净化方法，特别涉及到一种基于高级氧化光催化污水净化反应器。

背景技术

近年来，淡水污染日益受到人们的重视，由于工业的发展直接污染可饮用的淡水，使得淡水资源的存储量越来越少，各类污染物质长期滞留在河流主干道内，使得各种与污水相关的疾病渐渐抬头。因此，为了改善河流主干道的环境，针对淡水污染物释放持久性、不确定性等特点，污水净化反应器的使用成为了更多人的选择。

二氧化钛材料在紫外光或太阳光照射下可以发生光催化高级氧化反应，产生强氧化性自由基，快速无选择性地氧化分解水中各种有毒有害有机污染物，直至彻底矿化为CO₂和H₂O，并可迅速杀灭水中的细菌和病毒，且不带来二次污染，还具有反应速度快，反应条件温和等优势，因而被视为一项极有前景的水处理技术。

利用光催化高级氧化的污水处理设备一般将TiO₂催化膜置于反应腔体壁面上，紫外灯置于反应腔体内，利用气泵在反应腔底部进行曝气，从而实现反应腔体内污水的流动，实现对整个反应腔体的污水进行净化处理。

现有技术中，反应腔中污水的流动很不均匀使TiO₂催化膜壁面光催化高级氧化反应不够稳定，使反应腔中污水处理效率偏低，特别是对大分子复杂的有机污染物缺乏有效的降解，导致反应腔体内污水净化效果不佳；同时现有的利用光催化高级氧化污水处理设备中灯膜装置、曝气装置布置在反应腔空间占有率较大，使有效污水处理量相对较低。

为了提高污水处理效率，申请号为201410693648.1的专利文献公开了一种超滤生物膜污水处理装置，存在以下缺陷，生物处理法需要反应器体积大；生物处理法对外界条件要求较高，例如温度、PH等；需要单独的曝气盘，占用有效的处理空间同时成本要高。另外，申请号为201120144726.4的专利文献公开了一种光催化污水处理设备，采用圆柱形污水处理反应腔，将二氧化钛光催化高级氧化剂附着到载体上，存在以下缺陷，反应腔体中污水流动无法控制，使污水与催化剂接触不均匀；没有曝气装置，污水混合不均匀，催化效率较低；无法实现处理后的净水分离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污水净化反应器、污水处理系统及污水净化方法，将陶瓷膜超滤技术与光催化高级氧化技术有机结合成为一体，能有效提高污染物滤除率。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种污水净化反应器，其特点是，包含：

壳体，所述的壳体包含外壳、设置在所述外壳底部的底壳及设置在所述外壳顶部的上盖，并且所述外壳、底壳及上盖围成一污水处理反应腔，所述的外壳呈圆柱形，所述的外壳的外部设有一靠近底壳的进水口及靠近上盖的的出水口，所述的进水口及出水口分别与污水处理反应腔连通；

光催化高级氧化过滤模块，设置在污水处理反应腔内，所述的光催化高级氧化过滤模块包含陶瓷膜组件、光催化组件及开关阀控制组件，所述的陶瓷膜组件与所述开关阀组件连接，所述的陶瓷膜组件承载所述光催化组件；

曝气装置，设置在壳体的外部，通过一设置在底壳上的接头组件与所述开关阀组件连接。

所述的陶瓷膜组件包含若干级陶瓷膜片，延外壳中心轴线方向布置，其中第一级陶瓷膜片靠近所述底壳，最后一级陶瓷膜片靠近所述上盖，所述的陶瓷膜片呈圆环形，并且在所述陶瓷膜片上开设有缺口，所述的陶瓷膜片的外部套设有密封膜套，所述的密封膜套上靠近所述陶瓷膜片的圆周面上设有凹槽，相邻的两陶瓷膜片之间设置有若干个沿外壳轴线布置的可伸缩连接柱，所述的可伸缩连接柱与所述外壳的中心轴线相平行，所述的可伸缩连接柱延其轴线方向上设有通孔，所述的可伸缩接柱与所述密封膜套连接，所述的可伸缩连接柱的通孔与所述密封膜套的凹槽相互连通形成气体通道。

所述的陶瓷膜片上镀有二氧化钛催化剂。

所述的相邻的两个陶瓷膜片上的缺口之间设有一预设角度，并且所有陶瓷膜片上的缺口的连线呈螺旋状。

所述的光催化组件包含若干个紫外灯及套设在紫外灯外部的石英套管；所述的紫外灯沿所述外壳的中心轴线方向设置，并且所述紫外灯贯穿所述上盖及每一级述陶瓷膜片，若干个紫外灯均分外壳所在的圆周。

所述的开关阀控制组件设置在靠近底壳的相邻两级陶瓷膜片之间，所述的开关阀控制组件包含若干个过渡连接柱，与相邻两级陶瓷膜片之间的可伸缩连接柱对应设置，集成管与若干个过渡连接柱连接，所述的集成管上设置有旋钮开关。

所述的曝气装置包含气泵及抽水泵，所述的接头组件可切换连接至气泵或抽水泵。

所述的外壳的进水口处设有压水泵。

一种污水处理系统，其特点是，包含若干个串联的如权利要求1～8任意一项所述的污水净化反应器。

一种污水净化方法，其特点是，所述的污水净化方法包含光催化高级氧化步骤和抽滤步骤：

光催化高级氧化步骤，接头组件与曝气装置的气泵连接，开关阀控制组件的旋钮开关处于开通位置，使空气顺利进入每一级陶瓷膜片，对污水处理反应腔进行曝气，并在紫外线的作用下降解污水中的污染物质和细菌微生物；

抽滤步骤，接头组件与曝气装置的抽水泵连接，开关阀控制组件的旋钮开关处于关闭位置，开关阀控制组件与外壳底部之间的陶瓷膜片对经过光催化高级氧化步骤的污水进行过滤，得到较纯净水，并将无法降解的物质通过进水口排出。

本发明一种污水净化反应器、污水处理系统及污水净化方法与现有技术相比具有以下优点：本发明采用紫外光催化高级氧化净化技术，比传统的光触媒技术对污水中复杂的有机物去除率提高2～3倍，比传统的紫外净化技术效率高，灭菌更彻底；紫外灯与陶瓷膜片呈垂直分布，提高光照有效利用面积，而且可以通过可伸缩连接柱的拼接来改变光照距离，把陶瓷膜超滤技术与光催化高级氧化技术有机结合成为一体，实现了反应、曝气及抽滤过程的集成，提高了污水处理反应腔有效利用空间，大大提高了污水处理效率，减少了污水处理工序，降低投资成本，节省了污水处理设备所占用的空间；通过控制陶瓷膜片的布置方式使污水在污水处理反应腔内形成泰勒涡流方式延长污水在污水处理反应腔内的有效滞留处理时间，使光催化高级氧化反应去除污染物质更加彻底，一次净化效果维持时间更长，特别适用于对污水中复杂有机物的降解清除；本发明结构简单，后续维修方便，同时还可以根据实际需要可以将若干个污水净化反应器串联成不同容量的污水处理系统，使污水处理量更加灵活。

附图说明

图1为本发明一种污水净化反应器的整体结构爆炸图；

图2为本发明一种污水净化反应器的主视图；

图3为陶瓷膜组件的整体结构示意图；

图4为密封膜套的整体结构示意图；

图5为密封膜套与陶瓷膜片连接关系示意图；

图6为可伸缩连接柱的整体结构示意图；

图7为本发明一种污水处理系统的整体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1及图2所示，一种污水净化反应器10，包含：壳体100，所述的壳体100包含外壳101、设置在所述外壳101底部的底壳102及设置在所述外壳101顶部的上盖103，并且所述外壳101、底壳102及上盖103围成一污水处理反应腔，所述的外壳101呈圆柱形，所述的外壳101的外部设有一靠近底壳102的进水口1011及靠近所述上盖103的出水口1012，所述的进水口1011及出水口1012分别与污水处理反应腔连通；光催化高级氧化过滤模块，设置在污水处理反应腔内，所述的光催化高级氧化过滤模块包含陶瓷膜组件、光催化组件及开关阀控制组件，所述的陶瓷膜组件与所述开关阀组件连接，所述的陶瓷膜组件承载所述光催化组件；曝气装置，设置在壳体100的外部，通过一设置在底壳上的接头组件600与所述开关阀组件连接。

在本实施例中，较佳地，所述的外壳101的进水口处设有压水泵，为污水流动提供动力，通过调节压水泵的转速来控制污水在污水处理反应腔内的滞留时间。

在本实施例中，所述的曝气装置包含气泵及抽水泵，所述的接头组件600可切换连接至气泵或抽水泵，气泵驱动可伸缩连接柱303内的空气向上盖103方向流动，用来给陶瓷膜片的曝气及光催化高级氧化结束后的抽滤步骤中的气反冲洗提供动力，抽水泵用于对抽滤步骤中进行抽滤的陶瓷膜片的抽滤提供动力。

在本实施例中，如图3至图6所示，所述的陶瓷膜组件包含若干级陶瓷膜片301，延外壳101中心轴线方向布置，其中第一级陶瓷膜片301靠近所述底壳102，最后一级陶瓷膜片301靠近所述上盖103，所述的陶瓷膜片301呈圆环形，并且在所述陶瓷膜片301上开设有缺口3011，所述的陶瓷膜片301的外部套设有密封膜套302，密封膜套302用来密封陶瓷膜片301，所述的密封膜套302与所述陶瓷膜片301靠近的圆周面上设有凹槽3021，相邻的两陶瓷膜片301之间设置有若干个沿外壳101轴线布置的可伸缩连接柱303，所述的可伸缩连接柱303与所述外壳101的中心轴线相平行，所述的可伸缩连接柱303延其轴线方向上设有通孔3031，所述的可伸缩接柱303与所述密封膜套302连接，所述的可伸缩连接柱303的通孔3031与所述密封膜套302的凹槽3021相互连通形成气体通道。

在本实施例中，如图6所示，可伸缩连接柱303包含相互连通的第一连接段3032及第二连接段3033，之间通过一接帽3034连接，从而可以通过接帽3034实现可伸缩连接柱的拼接来改变光照距离，实现光催化高级氧化的最佳效果。

在本实施例中，如图1并结合图2所示，所述的光催化组件包含若干个紫外灯401及套设在紫外灯401外部的石英套管402，紫外灯401为光催化高级氧化反应提供光源，石英套管402用于对紫外灯401的密封和保护；所述的紫外灯401沿所述外壳101的中心轴线方向设置，并且所述紫外灯401贯穿所述上盖103及每一级述陶瓷膜片301，若干个紫外灯401均分外壳101所在的圆周。

在本实施例中，所述的陶瓷膜片301上镀有二氧化钛催化剂，可以在紫外灯的照射下实现光催化高级氧化反应对污水中的有机物进行降解，由于陶瓷膜片301表面有许多纳米级的微孔，可以对污水处理反应腔进行曝气，使污水处理反应腔中的污染物更加均匀，当反应结束后又可以实现对污水的超滤得到较纯净水。

在本实施例中，如图3所示，所述的相邻的两个陶瓷膜片301上的缺口3011之间设有一预设角度，并且所有陶瓷膜片301上的缺口3011的连线呈螺旋状，陶瓷膜片301与紫外灯401垂直设置，增加紫外灯401光照陶瓷膜片301的有效面积，同时陶瓷膜片301的缺口3011按照预设的角度旋转排列，使污水在污水处理反应腔内，经过每一级陶瓷膜片301，形成泰勒涡流，从而延长污水在污水处理反应腔内的有效滞留时间和提高污水内有机污染物和催化陶瓷膜片301的有效接触面积。

在本实施例中，如图1并结合图2所示，所述的开关阀控制组件设置在靠近底壳102的相邻两级陶瓷膜片301之间，所述的开关阀控制组件包含若干个过渡连接柱501，与相邻两级陶瓷膜片301之间的可伸缩连接柱303对应设置，集成管502与若干个过渡连接柱501连接，过渡连接柱501实现可伸缩连接柱303与集成管502的连接，集成管502用于汇集及分配气泵输入的气体；所述的集成管502上设置有旋钮开关503，旋钮开关503用于控制集成管502内风腔的开启和闭合；较佳地，开关阀控制组件设置在第一级陶瓷膜片与第二级陶瓷膜片之间。

结合上述的污水净化反应器，本发明还公开了一种污水处理系统，包含若干个串联的污水净化反应器，以适应不同的处理量，如图7所示。

结合上述的污水净化反应器及污水处理系统，本发明还公开了一种污水净化方法，所述的污水净化方法包含光催化高级氧化步骤和抽滤步骤：

光催化高级氧化步骤，接头组件与曝气装置的气泵连接，开关阀控制组件的旋钮开关处于开通位置，使空气顺利进入每一级陶瓷膜片，对污水处理反应腔进行曝气，并在紫外线的作用下降解污水中的污染物质和细菌微生物；

抽滤步骤，接头组件与曝气装置的抽水泵连接，开关阀控制组件的旋钮开关处于关闭位置，开关阀控制组件与外壳底部之间的陶瓷膜片对经过光催化高级氧化步骤的污水进行过滤，由于压力差作用，得到较纯净水，并将无法降解的物质通过进水口排出。

具体应用：用户可以将本发明的污水净化反应器立在地面上，使进水口靠近地面，在压水泵的驱动下，待处理的污水由进水口进入污水处理反应腔，由于特定的陶瓷膜片的布置方式，使污水通过陶瓷膜片的缺口时在陶瓷膜片的四周形成泰勒涡流，延长了污水在污水处理反应腔内的有效滞留时间，提高了污染物质与陶瓷膜片表面的二氧化钛催化剂有效接触面积，同时底壳的接头连接气泵并打开旋钮开关，使空气顺利进入每一级陶瓷膜片，对污水处理反应腔进行曝气，并在紫外灯的作用下降解污水中的污染物质和细菌微生物；当光催化高级氧化反应结束后，接头同抽水泵进行连接并关闭旋钮开关，由于压力差作用使反应后的污水通过陶瓷膜片进行过滤(开关阀控制组件与底壳之间的陶瓷膜片)，考虑到陶瓷膜片表面的微孔容易堵塞而影响抽滤效率，定时控制气泵对接头进行通气进行反冲洗(此时关闭抽水泵)，吹掉吸附在附着在陶瓷膜片上的杂质，从而得到较纯净水，对于无法降解的物质通过进水口排出，进入下一道处理工序。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种污水净化反应器，其特征在于，包含：

壳体，所述的壳体包含外壳、设置在所述外壳底部的底壳及设置在所述外壳顶部的上盖，并且所述外壳、底壳及上盖围成一污水处理反应腔，所述的外壳呈圆柱形，所述的外壳的外部设有一靠近底壳的进水口及靠近上盖的出水口，所述的进水口及出水口分别与污水处理反应腔连通；

光催化高级氧化过滤模块，设置在污水处理反应腔内，所述的光催化高级氧化过滤模块包含陶瓷膜组件、光催化组件及开关阀控制组件，所述的陶瓷膜组件与所述开关阀控制组件连接，所述的陶瓷膜组件承载所述光催化组件；

曝气装置，设置在壳体的外部，通过一设置在底壳上的接头组件与所述开关阀控制组件连接；所述的陶瓷膜组件包含若干级陶瓷膜片，延外壳中心轴线方向布置，其中第一级陶瓷膜片靠近所述底壳，最后一级陶瓷膜片靠近所述上盖，所述的陶瓷膜片呈圆环形，并且在所述陶瓷膜片上开设有缺口，所述的陶瓷膜片的外部套设有密封膜套，所述的密封膜套上靠近所述陶瓷膜片的圆周面上设有凹槽，相邻的两陶瓷膜片之间设置有若干个沿外壳轴线布置的可伸缩连接柱，所述的可伸缩连接柱与所述外壳的中心轴线相平行，所述的可伸缩连接柱延其轴线方向上设有通孔，所述的可伸缩接柱与所述密封膜套连接，所述的可伸缩连接柱的通孔与所述密封膜套的凹槽相互连通形成气体通道。

2.如权利要求1所述的污水净化反应器，其特征在于，所述的陶瓷膜片上镀有二氧化钛催化剂。

3.如权利要求1所述的污水净化反应器，其特征在于，所述的相邻的两个陶瓷膜片上的缺口之间设有一预设角度，并且所有陶瓷膜片上的缺口的连线呈螺旋状。

4.如权利要求1所述的污水净化反应器，其特征在于，所述的光催化组件包含若干个紫外灯及套设在紫外灯外部的石英套管；所述的紫外灯沿所述外壳的中心轴线方向设置，并且所述紫外灯贯穿所述上盖及每一级陶瓷膜片，若干个紫外灯沿着外壳横截面所在的圆周方向均匀分布。

5.如权利要求1所述的污水净化反应器，其特征在于，所述的开关阀控制组件设置在靠近底壳的相邻两级陶瓷膜片之间，所述的开关阀控制组件包含若干个过渡连接柱，与相邻两级陶瓷膜片之间的可伸缩连接柱对应设置，集成管与若干个过渡连接柱连接，所述的集成管上设置有旋钮开关。

6.如权利要求1所述的污水净化反应器，其特征在于，所述的曝气装置包含气泵及抽水泵，所述的接头组件可切换连接至气泵或抽水泵。

7.如权利要求1所述的污水净化反应器，其特征在于，所述的外壳的进水口处设有压水泵。

8.一种污水处理系统，其特征在于，包含若干个串联的如权利要求1~7任意一项所述的污水净化反应器。

9.一种采用如权利要求1-7任意一项所述的污水净化反应器的污水净化方法，其特征在于，所述的污水净化方法包含光催化高级氧化步骤和抽滤步骤：

光催化高级氧化步骤，接头组件与曝气装置的气泵连接，开关阀控制组件的旋钮开关处于开通位置，使空气顺利进入每一级陶瓷膜片，对污水处理反应腔进行曝气，并在紫外线的作用下降解污水中的污染物质和细菌微生物；

抽滤步骤，接头组件与曝气装置的抽水泵连接，开关阀控制组件的旋钮开关处于关闭位置，开关阀控制组件与外壳底部之间的陶瓷膜片对经过光催化高级氧化步骤的污水进行过滤，得到较纯净水，并将无法降解的物质通过进水口排出。