CN106219896A - 一种微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置，该装置是从进水口起至出水口由生物反应单元与光催化处理单元顺序连接构成的一体化水处理容器，其中所述水处理容器中设置有动力单元、自动控制单元用于分别调控生物反应单元与光催化处理单元。本发明装置为保证降解产物的分离，采用了膜过滤的方法，该装置将不同的水处理方法置于一个装备中，克服了单一水处理方法带来的缺点，水处理效率高，不产生污泥和有毒有害的副产物，便于整体安装和自动化和远程操作，即装即用，预示其将在小型和中等水量的污水处理中具有重要的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种光催化污水处理装置，尤其涉及一种微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置，属于水处理装备技术领域。
背景技术
生物降解是工业水处理中常用的方法，但是，一些小分子的有机物仍然难以降解。膜处理作为一种有效地隔离颗粒物、大分子、过滤处理污水的方法也在工业水处理中得到了广泛应用。但是，一些小分子的有机污染物在进行上述处理之后，仍然难以氧化分解，所以，废水中的COD仍然达不到排放标准。近年来，几种污水深度处理的方法得到了广泛的应用，其中包括芬顿法和铁-碳微电解法。这两种方法或者涉及双氧水，或者需要调节pH值，因而提高了成本和操作复杂程度，同时，这两种方法都需要对铁离子进行沉淀，因而产生污泥类二次污染物，所以，不但难以实现全自动操作，而且增加处理工序。最近，光催化技术作为一种特别适合小分子氧化的污水深度处理技术受到了人们广泛关注。
光催化是利用半导体材料在光的作用下，产生电子和空穴后，在水中生产的羟基自由基和超氧自由基对有机污染物的强氧化作用，实现对水中有机物的降解作用。由于光催化降解可以实现对有机物的完全矿化，且不需要调节pH值，无需二次沉淀，操作简单，因此特别适合污水深度处理。然而，由于一般的高效光催化剂难以过滤，所以，很难实现规模化水处理，也难以用于水处理装备。一维氧化钛纳米结构与复合光催化剂，因为其具有长度方向达到微米尺度，容易在催化反应后过滤分离，适于工业光催化装置。
目前为止，生物处理技术与膜处理技术连用只可以解决部分污水处理问题，而光催化技术还没有与生物处理与膜处理技术连用的先例。利用常规的分离水处理技术，很难将常规水处理与水深度处理结合在一起形成一套完整的设备，而目前，由于中等或者小型水处理设备的大量需求，迫切需要一种可以即装即用的污水深度处理的一体化设备，实现污水的分散、及时处理。
发明内容
针对现有技术中小规模整体式污水处理存在的问题，本发明的目的是将微生物降解(生化过程)、光催化技术和膜处理技术相结合，提出了一种新型的微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置。
本发明所述的微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置，该装置是从进水口起至出水口由生物反应单元与光催化处理单元顺序连接构成的一体化水处理容器，其中所述水处理容器中设置有动力单元、自动控制单元用于分别调控生物反应单元与光催化处理单元；
其特征在于：
所述生物反应单元为置入所述一体化水处理容器中的长方体容器，由生物反应容器、鼓气系统、给水系统、设置有曝气管的曝气系统、过滤膜系统和排水系统顺序构成；其中生物反应容器内装有微生物反应液，且利用容器末端的膜过滤系统实现对微生物降解反应后的污水与微生物进行分离，使处理后的污水通过管道直接输入光催化处理单元；或者利用移动床生物膜反应器(MBBR)代替生物反应单元里面微生物和过滤膜系统实现对污水的初级处理，并使其通过管道直接输入光催化处理单元；所述的给水系统和排水系统由自吸泵和管道构成，流量为10～500升/分钟；所述的过滤膜系统为高分子膜或者陶瓷膜；所述生物反应容器内的温度由自动控制单元调控，鼓气装置由动力单元中安装的气泵供给；
所述的光催化反应单元为通过管道直接与生物反应单元连接的且置入所述一体化水处理容器中的长方体容器，该光催化反应单元为单一单元或者是多单元联用，由光催化反应容器、紫外灯阵列、曝气系统、分离光催化剂的过滤膜系统和排水系统构成，其中光催化反应容器内装有一维二氧化钛光催化剂和平行于容器底部排列的功率为15～200瓦的紫外灯阵列，经生物反应单元输入到光催化反应容器内的初级处理污水在紫外灯辐照下进行光催化反应实现有机物降解，反应后的污水由过滤膜系统除去光催化剂进入下一级光催化反应单元或者从水处理容器中排出；所述的曝气系统由风机和气体管道系统组成，通入的气体是空气或者氧气；所述分离光催化剂的过滤膜系统是高分子膜或者陶瓷膜；所述的排水系统由自吸泵和管道构成；
所述的动力单元由风机、气泵、水泵组成，并通过管道与生物反应单元和光催化反应单元中的反应容器和过滤膜连接；
所述的自动控制单元通过传感器与连接线路对生物反应单元和光催化反应单元中的反应容器的温度、流量、时间、pH、水质指标进行控制。
上述微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置中：所述装置的一体化水处理容器为不锈钢长方体箱体结构，外形尺寸为长×宽×高为12000mm×5000mm×5000mm。
上述微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置中：所述生物反应单元中的生物反应容器为金属或者塑料容器，其尺寸为500～10000mm×200～5000mm×500～5000mm；所述的微生物反应液中的微生物为含有厌氧菌、好氧菌和硝化菌的污水生化处理菌群，其浓度为1×105～1×1010个/ml。
上述微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置中：所述光催化反应单元中的长方体容器为金属或者玻璃容器，尺寸为200～2800mm×200～1500mm×2000～5000mm；所述一维二氧化钛光催化剂为二氧化钛纳米棒、纳米带、纳米管及其它纳米结构，其浓度为500g～3000g/m3；所述紫外灯阵列数量为4-24根，分为2-8层排列。
上述微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置中：所述一维二氧化钛光催化剂优选为二氧化钛纳米带。
本发明所述微生物、光催化、过滤膜一体化污水处理装置在污水深度处理中的应用。
利用本发明所述微生物、光催化、过滤膜一体化污水处理装置，以COD浓度为100～2000mg/L的生活污水、造纸、印染或者其它工业废水为处理物实施处理。
生物降解条件：微生物浓度为1×105～1×1010个/ml或者通用MBBR系统，光催化降解条件：功率为15～200W的紫外灯作为光源，4～24根进行水平或者垂直均匀排列，光催化剂浓度为500g～3000g/m3。
具体实验方案：COD含量150mg/L，以120mL/分钟流速通过本发明所述微生物、光催化、过滤膜一体化污水处理装置，检测流出溶液的COD浓度，结果：测得出水的COD浓度为30mg/L，证实本发明所述一体化污水处理装置的污水去除率为66％。
本发明公开了一种高效一体化的连续水处理装置，水处理效率高，不产生污泥和有毒有害的副产物，便于整体安装和自动化和远程操作，即装即用，预示其在小型和中等水量的污水处理中具有重要的推广应用价值。
附图说明
图1为微生物、光催化、过滤膜一体化污水处理装置布局图。
其中，1.进水口；2.生物反应容器；3.曝气管；4.滤膜；5.光催化反应容器-1；6.紫外灯-1；7.滤膜-1；8.光催化反应容器-2；9.紫外灯-2；10.滤膜-2；11.动力单元；12.自动控制单元；13.出水口。
具体实施方式
实施例1：
本发明所述的微生物、光催化、过滤膜一体化污水处理装备如图1所示。
具体为：
所述装置是从进水口起至出水口由生物反应单元与光催化处理单元顺序连接构成的一体化水处理容器，其中所述水处理容器中设置有动力单元、自动控制单元用于分别调控生物反应单元与光催化处理单元；其中：
所述生物反应单元为置入所述一体化水处理容器中的长方体容器，由生物反应容器、鼓气系统、给水系统、设置有曝气管的曝气系统、过滤膜系统和排水系统顺序构成；其中生物反应容器内装有微生物反应液，且利用容器末端的膜过滤系统实现对微生物降解反应后的污水与微生物进行分离，使处理后的污水通过管道直接输入光催化处理单元；或者利用移动床生物膜反应器(MBBR)代替生物反应单元里面微生物和过滤膜系统实现对污水的初级处理，并使其通过管道直接输入光催化处理单元；所述的给水系统和排水系统由自吸泵和管道构成，流量为10～500升/分钟；所述的过滤膜系统为高分子膜或者陶瓷膜；所述生物反应容器内的温度由自动控制单元调控，鼓气装置由动力单元中安装的气泵供给；
所述的光催化反应单元为通过管道直接与生物反应单元连接的且置入所述一体化水处理容器中的长方体容器，该光催化反应单元为单一单元或者是多单元联用，由光催化反应容器、紫外灯阵列、曝气系统、分离光催化剂的过滤膜系统和排水系统构成，其中光催化反应容器内装有一维二氧化钛光催化剂和平行于容器底部排列的功率为15～200瓦的紫外灯阵列，经生物反应单元输入到光催化反应容器内的初级处理污水在紫外灯辐照下进行光催化反应实现有机物降解，反应后的污水由过滤膜系统除去光催化剂进入下一级光催化反应单元或者从水处理容器中排出；所述的曝气系统由风机和气体管道系统组成，通入的气体是空气或者氧气；所述分离光催化剂的过滤膜系统是高分子膜或者陶瓷膜；所述的排水系统由自吸泵和管道构成；
所述的动力单元由风机、气泵、水泵组成，并通过管道与生物反应单元和光催化反应单元中的反应容器和过滤膜连接；
所述的自动控制单元通过传感器与连接线路对生物反应单元和光催化反应单元中的反应容器的温度、流量、时间、pH、水质指标进行控制。
其中：
所述装置的一体化水处理容器为不锈钢长方体箱体结构，外形尺寸为长×宽×高为12000mm×5000mm×5000mm。
所述生物反应单元中的生物反应容器为金属或者塑料容器，其尺寸为500～10000mm×200～5000mm×500～5000mm；所述的微生物反应液中的微生物为含有厌氧菌、好氧菌和硝化菌的污水生化处理菌群，其浓度为1×105～1×1010个/ml。
所述光催化反应单元中的长方体容器为金属或者玻璃容器，尺寸为200～2800mm×200～1500mm×2000～5000mm；所述一维二氧化钛光催化剂为二氧化钛纳米带，其浓度为500g～3000g/m3；所述紫外灯阵列数量为4-24根，分为2-8层排列。
实施例2：
本发明所述微生物、光催化、过滤膜一体化污水处理装置为不锈钢长方体箱体结构，外形尺寸为长×宽×高为12000×4000×4500mm，外壁密封，仅在箱体的前段留有进水口1，后端留有出水口13。一体化污水处理箱体与进水口1连接的是生物降解单元，降解单元为高分子容器，其尺寸为6000×4000×4500mm。细菌为生化处理通用菌群，细菌2×109个/ml的密度悬浮在反应液中，用风机通过管路在容器底部曝气，生物降解反应单元的后端装有滤膜装置4，生物反应装置的温度由控制单元12进行控制；生物反应过程的鼓气装置由动力单元11中的安装的气泵完成；经过生物处理的污水由安装在动力单元11的自吸泵抽出，通过管道直接输入光催化单元，容器的尺寸为4000×2000×4500mm，在紫外灯阵列6作为辐照源，紫外灯的功率为200W，4根紫外灯排成上下两排，光催化在浓度为500g/m3的氧化钛纳米带光催化剂进行光催化降解后，通过滤膜7抽滤进入下一级光催化处理单元8，在24根15W紫外灯组成的光源阵列9的辐照下，进行光催化污水深度处理，形成再生水经过滤膜10和出口13排出一体化水处理装置。
利用上述一体化污水处理装置，可以将3立方米COD为400mg/L的造纸废水，经过1小时处理，COD降低至60mg/L，降解前后污水的透明度和颜色明显改善。
实施例3：
本发明所述的微生物、光催化、过滤膜一体化污水处理装备如图1所示。
所述的反应装置为丙烯酸长方体箱体结构，外形尺寸为长×宽×高3000×2000×2000mm，外壁密封，仅在箱体的前段留有进水口1，后端留有出水口10。一体化污水处理箱体与进水口1连接的是生物降解单元2，降解单元为不锈钢容器，其尺寸为2000×1000×2000mm。细菌为生化处理通用菌群，细菌6×109个/ml的密度悬浮在反应液中，用风机通过管路3在容器底部曝气，生物降解反应单元的后端装有滤膜装置4，生物反应装置的温度由控制单元12进行控制；生物反应过程的鼓气装置由动力单元11中的安装的气泵完成；经过生物处理的污水由安装在动力单元11的自吸泵抽出，通过管道直接输入光催化单元5，容器的尺寸为4000×2000×4500mm，在紫外灯阵列6作为辐照源，紫外灯的功率为200W,4根紫外灯排成上下两排，光催化在浓度为500g/m3的氧化钛纳米带光催化剂进行光催化降解后，通过滤膜7抽滤进入下一级光催化处理单元8，在24根15W紫外灯组成的光源阵列9的辐照下，进行光催化污水深度处理，形成再生水经过滤膜10和出口13排出一体化水处理装置。
利用上述一体化污水处理装置，可以将1立方米COD为200mg/L的造纸废水，经过1小时处理，COD降低至50mg/L。
实施例4：
与实施例2相似，主要不同在于反应装置尺寸为1500×1250×1250mm，生物降解单元尺寸为500×200×1250mm，光催化反应不锈钢应容器的尺寸为1300×250×1250mm。利用上述一体化污水处理装置，可以将10升COD为150mg/L的造纸废水，经过1小时处理，COD降低到45mg/L。
实施例5:
与实施例2相似，主要不同在生物降解单元中用MBBR系统代替生物菌群悬浊液和过滤膜，实现生化处理过程和预处理污水分离。利用上述一体化污水处理装置，可以将3立方米COD为100mg/L的造纸废水，经过1小时处理，COD降低到30mg/L。
Claims (5)
1.一种微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置，所述装置是从进水口起至出水口由生物反应单元与光催化处理单元顺序连接构成的一体化水处理容器，其中所述水处理容器中设置有动力单元、自动控制单元用于分别调控生物反应单元与光催化处理单元；
其特征在于：
所述生物反应单元为置入所述一体化水处理容器中的长方体容器，由生物反应容器、鼓气系统、给水系统、设置有曝气管的曝气系统、过滤膜系统和排水系统顺序构成；其中生物反应容器内装有微生物反应液，且利用容器末端的膜过滤系统实现对微生物降解反应后的污水与微生物进行分离，使处理后的污水通过管道直接输入光催化处理单元；或者利用移动床生物膜反应器(MBBR)代替生物反应单元里面微生物和过滤膜系统实现对污水的初级处理，并使其通过管道直接输入光催化处理单元；所述的给水系统和排水系统由自吸泵和管道构成，流量为10～500升/分钟；所述的过滤膜系统为高分子膜或者陶瓷膜；所述生物反应容器内的温度由自动控制单元调控，鼓气装置由动力单元中安装的气泵供给；
所述的光催化反应单元为通过管道直接与生物反应单元连接的且置入所述一体化水处理容器中的长方体容器，该光催化反应单元为单一单元或者是多单元联用，由光催化反应容器、紫外灯阵列、曝气系统、分离光催化剂的过滤膜系统和排水系统构成，其中光催化反应容器内装有一维二氧化钛光催化剂和平行于容器底部排列的功率为15～200瓦的紫外灯阵列，经生物反应单元输入到光催化反应容器内的初级处理污水在紫外灯辐照下进行光催化反应实现有机物降解，反应后的污水由过滤膜系统除去光催化剂进入下一级光催化反应单元或者从水处理容器中排出；所述的曝气系统由风机和气体管道系统组成，通入的气体是空气或者氧气；所述分离光催化剂的过滤膜系统是高分子膜或者陶瓷膜；所述的排水系统由自吸泵和管道构成；
所述的动力单元由风机、气泵、水泵组成，并通过管道与生物反应单元和光催化反应单元中的反应容器和过滤膜连接；
所述的自动控制单元通过传感器与连接线路对生物反应单元和光催化反应单元中的反应容器的温度、流量、时间、pH、水质指标进行控制。
2.根据权利要求1所述的微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置，其特征在于：所述装置的一体化水处理容器为不锈钢长方体箱体结构，外形尺寸为长×宽×高为12000mm×5000mm×5000mm。
3.根据权利要求1所述的微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置，其特征在于：所述生物反应单元中的生物反应容器为金属或者塑料容器，其尺寸为500～10000mm×200～5000mm×500～5000mm；所述的微生物反应液中的微生物为含有厌氧菌、好氧菌和硝化菌的污水生化处理菌群，其浓度为1×105～1×1010个/ml。
4.根据权利要求1所述的微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置，其特征在于：所述光催化反应单元中的长方体容器为金属或者玻璃容器，尺寸为200～2800mm×200～1500mm×2000～5000mm；所述一维二氧化钛光催化剂为二氧化钛纳米棒、纳米带、纳米管及其它纳米结构，其浓度为500g～3000g/m3；所述紫外灯阵列数量为4-24根，分为2-8层排列。
5.根据权利要求4所述的微生物、光催化、过滤膜一体化污水自动处理装置，其特征在于：所述一维二氧化钛光催化剂为二氧化钛纳米带。
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