CN107215918B - 一种膜光催化反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膜光催化反应装置，包括纤维膜组件和光催化组件，膜组件包括悬置于催化反应槽中的纤维膜，以及与纤维膜连接、用于驱动纤维膜旋转的转轴。催化剂及待过滤液体混合于催化反应槽中，通过光催化组件提供光照实现催化反应，通过悬浮于液体中的纤维膜，过滤和截流滤出液体中的光催化剂及有机污染物，由于纤维膜连接有驱动其旋转的转轴，通过转动作用加强纤维膜的过滤截流作用，并能够有效防止催化剂和有机物在膜面上某一位置形成沉积，从而有效的减少了膜污染，并通过旋转的搅动作用令光催化剂在反应槽内分布更加均匀，增强了膜光催化降解污染物的效果，以解决膜光催化反应器使用中所存在的膜污染等的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种膜光催化反应装置。
背景技术
水资源的匮乏和日益严重的水污染使得工业中水回用问题越来越引起人们的关注，解决这一难题，是保证我国可持续发展战略顺利实施的关键。由于高效节能、工艺简单、易于自动控制和出水水质稳定等优点，膜分离技术在工业废水深度处理及中水回用方面占有重要位置。以印染废水的深度处理为例，经过传统的生化法处理后，印染废水二级出水中残留的染料进入水体会造成严重环境污染，尤其是染料含有苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质。通常采用“超滤+纳滤/反渗透”的双膜法来截留工业废水中微量污染物，以达到深度处理和中水回用的目的。然而有机污染物易吸附于膜面/内和形成膜污染，不仅会造成膜通量衰减和分离性能下降，而且在膜清洗时候，有机污染物会被洗脱出来，极易造成二次污染。此外，有机污染物大量存在于纳滤和反渗透的浓水中，这也加大了浓水的处理难度。
光催化氧化，以半导体材料作为催化剂降解有机污染物，具有高效节能、条件温和、可深度完全氧化等优点，是一种重要的高级氧化工艺。然而，传统的光催化反应器也具有催化剂无法回收、反应器不能连续操作和催化剂流失带来生态危险性等缺点。基于光催化/膜分离耦合工艺生成的膜光催化反应器，结合了光催化快速彻底降解污染物和膜分离高效无相变的优点，避免了光催化中催化剂难以回收利用和不能连续操作及膜分离中污染物无法降解的缺陷，其具备了污染物去除效率高、操作简单、废水可循环处理等优点，是解决工业废水深度处理和中水回用问题的新方法。
但是，膜光催化反应器也会面临膜污染这一难题。在膜污染层中，主要成分是催化剂，少量废水中的有机物也会起“加固”作用。在膜过滤的早期阶段，膜堵塞是膜污染的主要形式。随着过滤的进行，更多催化剂和有机物累积在膜面/内，会增大过滤阻力，减少膜通量、增大膜过滤时间和运行能量消耗。同时，膜污染也会使膜清洗频率加快和缩短膜组件的使用寿命。
综上所述，如何有效地解决膜光催化反应器使用中所存在的膜污染等的技术问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种膜光催化反应装置，该膜光催化反应装置的结构设计可以有效地解决膜光催化反应器使用中所存在的膜污染等的技术问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种膜光催化反应装置，包括纤维膜组件和光催化组件，所述膜组件包括悬置于催化反应槽中的纤维膜，以及与所述纤维膜连接、用于驱动所述纤维膜旋转的转轴。
优选的，上述膜光催化反应装置中，所述纤维膜的顶端与所述转轴安装固定，所述转轴内部呈中空管状，并连接有用于从所述催化反应槽中抽取滤出液的出水管。
优选的，上述膜光催化反应装置中，所述纤维膜的顶部扎堆构成用于所述转轴连接的固定端，所述纤维膜的底部呈游离状悬浮于所述催化反应槽的液体内。
优选的，上述膜光催化反应装置中，所述出水管连接有用于抽吸的抽水泵，所述出水管末端接入出水箱。
优选的，上述膜光催化反应装置中，还包括曝气组件，所述曝气组件包括设置于所述催化反应槽底部的扩散器、及与所述扩散器连通的气泵。
优选的，上述膜光催化反应装置中，所述光催化组件包括均匀分布于所述纤维膜周围的四个或四个以上的紫外光源。
优选的，上述膜光催化反应装置中，所述催化反应槽的底部还设置有用于搅拌槽内液体的磁力搅拌器。
优选的，上述膜光催化反应装置中，所述出水管连接有流量计，用于测量通过所述出水管抽出液体的流量。
优选的，上述膜光催化反应装置中，所述转轴顶部通过传动机构连接有可控转速及旋向的输出电机。
优选的，上述膜光催化反应装置中，所述纤维膜的中部及下部连接有配重组件。
本发明提供的膜光催化反应装置，包括纤维膜组件和光催化组件，所述膜组件包括悬置于催化反应槽中的纤维膜，以及与所述纤维膜连接、用于驱动所述纤维膜旋转的转轴。本发明提供的这种膜光催化反应装置，催化剂及待过滤液体混合于催化反应槽中，通过光催化组件提供光照实现催化反应，通过悬浮于液体中的纤维膜，过滤和截流滤出液体中的光催化剂及有机污染物，由于纤维膜连接有驱动其旋转的转轴，通过转动作用加强纤维膜的过滤截流作用，并能够有效防止催化剂和有机物在膜面上某一位置形成沉积，从而有效的减少了膜污染，并通过旋转的搅动作用令光催化剂在反应槽内分布更加均匀，增强了膜光催化降解污染物的效果。综上所述，本发明提供的膜光催化反应装置有效地解决了膜光催化反应器使用中所存在的膜污染等的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的膜光催化反应装置的结构示意图。
附图中标记如下：
进水箱1、进水泵2、气泵3、抽水泵4、出水箱5、输出电机6、固定端7、紫外光源8、磁力搅拌器9、扩散器10、转轴11、纤维膜12。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种膜光催化反应装置，以解决膜光催化反应器使用中所存在的膜污染等的技术问题。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的膜光催化反应装置的结构示意图。
本发明的实施例提供的膜光催化反应装置，包括纤维膜组件和光催化组件，所述膜组件包括悬置于催化反应槽中的纤维膜12，以及与所述纤维膜12连接、用于驱动所述纤维膜12旋转的转轴11。
其中需要说明的是，催化反应槽连通有进出水机构，如进出水泵，并分别连通进水箱1、出水箱5，并可以通过进出水的灵活设置进一步优化纤维膜对催化剂及机污染物的截留过滤效果。
此外，为了避免由于旋转离心力引起的纤维膜的膜丝或者膜丝接头断裂，可优选的采用如下设计：纤维膜选择较低的旋转速度和较小的往复方向变化频率以减少离心力，该方案可以通过选用可控的旋转动力输入解决；中空纤维选用具有较好支撑层的膜丝以提高拉伸性能。
本实施例提供的这种膜光催化反应装置，催化剂及待过滤液体混合于催化反应槽中，通过光催化组件提供光照实现催化反应，通过悬浮于液体中的纤维膜，过滤和截流滤出液体中的光催化剂及有机污染物，由于纤维膜连接有驱动其旋转的转轴，通过转动作用增强了膜面与槽内液体之间的剪切力，从而加强纤维膜的过滤截流作用，并能够有效防止催化剂和有机物在膜面上某一位置形成沉积，有效的减少了膜污染，并通过旋转的搅动作用令光催化剂在反应槽内分布更加均匀，增强了膜光催化降解污染物的效果。综上所述，本发明提供的膜光催化反应装置有效地解决了膜光催化反应器使用中所存在的膜污染等的技术问题。
该膜光催化反应装置可实现对各类有机废水二级出水的高效深度处理，所述各类有机废水包括：生活污水、印染、食品、制药、造纸、皮革、含油和养殖废水。
为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述膜光催化反应装置中，所述纤维膜12的顶端与所述转轴11安装固定，所述转轴11内部呈中空管状，并连接有用于从所述催化反应槽中抽取滤出液的出水管。
本实施例提供的技术方案中，进一步将转轴设计成中空状，并连接出水管，该设计令反应槽的抽吸出水位置恰好位于旋转的纤维膜的旋转中心位置，保证了从反应槽内抽出的液体一定会先通过旋转的纤维膜的过滤截流，保证了纤维膜的截流过滤效果，防止出现过滤不充分的情况。
为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述膜光催化反应装置中，所述纤维膜12的顶部扎堆构成用于所述转轴11连接的固定端7，所述纤维膜12的底部呈游离状悬浮于所述催化反应槽的液体内。
本实施例提供的技术方案中，通过在纤维膜顶部扎堆构成固定端加强了纤维膜与转轴连接位置的牢固程度，防止由于纤维膜的旋转受到阻力拉伸纤维膜造成连接位置脱落或断裂，纤维膜的膜丝下端独自封口，在槽液内呈游离状态。
为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述膜光催化反应装置中，所述出水管连接有用于抽吸的抽水泵4，所述出水管末端接入出水箱5。本实施例提供的技术方案，出水管连接有抽水泵，并连通出水箱，进一步优化了装置的出水设计，通过对抽水泵工作输出的控制可以达到控制流量的效果。
为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述膜光催化反应装置中，还包括曝气组件，所述曝气组件包括设置于所述催化反应槽底部的扩散器10、及与所述扩散器10连通的气泵3。
本实施例提供的技术方案通过曝气组件的设计，在工作中，在反应槽底部产生大量的气泡，气泡上浮与悬浮于槽液中的纤维膜发生作用，气泡能够更加充分的搅动槽液令槽液更加均匀高效的与纤维膜接触或者剪切，进一步提升了过滤拦截的效果；优选的选用可控输出气泡量的气泵，通过对输出气泡量的调节可以实现对过滤效果与节能的综合考虑。
为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述膜光催化反应装置中，所述光催化组件包括均匀分布于所述纤维膜12周围的四个或四个以上的紫外光源8。
本实施例提供的技术方案中，为保证光催化的充分进行，在纤维膜周围均匀分布多个紫外光源，通过这种光源的大面积均匀分布的设计保证了光催化过程能够在整个槽体范围内都能够充分进行。
为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述膜光催化反应装置中，所述催化反应槽的底部还设置有用于搅拌槽内液体的磁力搅拌器9。本实施例提供的技术方案中在反应槽内的底部设施磁力搅拌器，用于充分搅动槽内液体，令催化剂与待处理污水更加充分的混合保证了催化反应的效果。
为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述膜光催化反应装置中，所述出水管连接有流量计，用于测量通过所述出水管抽出液体的流量。进一步的也可在反应槽的进水处的进水泵2管路上设置流量计，用于更加精准的控制反应槽的进出水，令反应槽的工作更容易实现自动化的控制管理，减少直接的人力参与，降低了人力成本。
为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述膜光催化反应装置中，所述转轴11顶部通过传动机构连接有可控转速及旋向的输出电机6。传动机构可以包括齿轮组或者传动带轮等等之类的结构，此处不再具体例举。
本实施例提供的技术方案考虑到实际的催化反应情况，可综合调节各部件的工作参数，以到达最优的效果，其中此处提供一种优选的运行条件：转轴的旋转速度在0～300rpm,往复方向变化频率在0～60s；曝气强度在0～4L/min，反应器的液体停留时间控制在1～20h，出水通量控制在0～40L/h。
为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述膜光催化反应装置中，所述纤维膜12的中部及下部连接有配重组件。本实施例提供的技术方案主要是为了保证在纤维膜的旋转过程中，依然能够保证纤维膜的工作姿态防止纤维膜打结成团，造成过滤的效果下降。
采用上述各实施例中的膜光催化反应装置，进行自动化的污水处理大致的工作过程如下：启动进水泵2，废水进入催化反应槽中；往催化反应槽内加入光催化剂；启动气泵3，使整个反应槽处于曝气状态；开启转轴11连接的输出电机6，令纤维膜处于旋转状态；进水过程如下，当水位低于最低水位时候，进水泵通电，开始进水，水位达到最高水位时，进水停止。打开紫外光源8，开启光催化反应，最后启动抽水泵4通过纤维膜抽吸完成反应器出水。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种膜光催化反应装置，包括纤维膜组件和光催化组件，其特征在于，所述膜组件包括悬置于催化反应槽中的纤维膜(12)，以及与所述纤维膜(12)连接、用于驱动所述纤维膜(12)旋转的转轴(11)；所述纤维膜(12)的顶端与所述转轴(11)安装固定，所述转轴(11)内部呈中空管状，并连接有用于从所述催化反应槽中抽取滤出液的出水管；所述纤维膜(12)的顶部扎堆构成用于所述转轴(11)连接的固定端(7)，所述纤维膜(12)的底部呈游离状悬浮于所述催化反应槽的液体内。
2.根据权利要求1所述的膜光催化反应装置，其特征在于，所述出水管连接有用于抽吸的抽水泵(4)，所述出水管末端接入出水箱(5)。
3.根据权利要求2所述的膜光催化反应装置，其特征在于，还包括曝气组件，所述曝气组件包括设置于所述催化反应槽底部的扩散器(10)、及与所述扩散器(10)连通的气泵(3)。
4.根据权利要求3所述的膜光催化反应装置，其特征在于，所述光催化组件包括均匀分布于所述纤维膜(12)周围的四个以上的紫外光源(8)。
5.根据权利要求4所述的膜光催化反应装置，其特征在于，所述催化反应槽的底部还设置有用于搅拌槽内液体的磁力搅拌器(9)。
6.根据权利要求5所述的膜光催化反应装置，其特征在于，所述出水管连接有流量计，用于测量通过所述出水管抽出液体的流量。
7.根据权利要求3所述的膜光催化反应装置，其特征在于，所述转轴(11)顶部通过传动机构连接有可控转速及旋向的输出电机(6)。
8.根据权利要求7所述的膜光催化反应装置，其特征在于，所述纤维膜(12)的中部及下部连接有配重组件。
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| CN205035142U (zh) * | 2015-09-16 | 2016-02-17 | 三达膜科技（厦门）有限公司 | 一种旋转式中空纤维膜生物反应器 |
-
2017
- 2017-07-14 CN CN201710576289.5A patent/CN107215918B/zh active Active
Patent Citations (8)
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