CN111718062A - 一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺，包括：(1)无机多孔材料的预处理；(2)光芬顿催化剂的制备；(3)光芬顿处理高浓度有机废水；(4)光芬顿催化剂的回收；(5)膜生物反应器的运行。本发明基于异相光芬顿与膜生物反应器对高浓度有机废水中的物质处理效果的差异性，具有互补作用的特点，因此具有以下优势：在膜生物反应器之前去除其难降解物质，降低了废水对活性污泥的毒性，同时保证了催化剂的回收再利用，提高了对废水的处理效率，不仅降低了膜污染，而且延长了膜寿命，从而解决了传统膜生物反应器对高浓度有机废水处理效率低，膜污染严重以及膜寿命短暂的问题。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺。
背景技术
均相芬顿不仅反应条件苛刻，而且存在着芬顿试剂难以分离回收的缺点，并需要添加大量的酸和碱来调节废水中的PH值，增加了运行成本。反应结束后产生了大量难处理的铁泥，造成二次污染。异相光芬顿是针对均相芬顿中芬顿试剂无法回收利用的问题出现的处理高浓度有机废水的新兴技术，其反应PH范围较宽，避免了添加大量酸和碱调节废水中的PH，同时不产生铁泥，避免了二次污染。
膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)是一种结合生物处理与膜分离过程强化的高效废水处理技术。膜生物反应器基本能将泥水混合液体中所有的污泥颗粒及细菌截留在反应器内，使得生物反应池内活性污泥不随出水流出，活性污泥具有较长的停留时间和较高的浓度。基于膜生物反应器容积负荷高、出水水质好、占地面积小、污泥产率低等特点，至今已成为工业化应用研究的热点。但是MBR技术处理高浓度有机废水时，仍存在微生物分解效率低和膜污染严重等问题，阻碍了其在工业废水处理中的广泛应用。
均相芬顿与膜生物反应器的耦合处理高浓度有机废水，一定程度上解决了其难处理的问题，但是均相芬顿反应后产生了大量铁泥，造成了二次污染，并且催化剂不能回收重复利用，增大了运行成本。其催化剂大量进入膜生物反应器系统，长期运行，会使生物分解效率降低，并且极大地加速了膜污染。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，从而提供一种结构简单，不仅避免了均相芬顿中产生的大量铁泥，同时提高了高浓度有机废水的处理效果，降低了膜生物反应器中的膜污染，长期运行，对生物没有明显影响，膜污染速率始终保持在较低水平的高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺，包括光芬顿催化剂、搅拌器、滤网、原水箱、光芬顿反应器、膜生物反应器、空气泵、紫外灯、膜组件、温度计、蠕动泵、微孔曝气系统、真空压力表和控制阀，所述紫外灯和搅拌器分别设置于光芬顿反应器内，所述光芬顿反应器与蠕动泵相连，所述蠕动泵另一端连接滤网，所述滤网另一端连接膜生物反应器，所述膜生物反应器还连接有温度计、膜组件和微孔曝气系统，所述膜组件另一端连接真空压力表，所述真空压力表另一端连接有隔膜泵。
进一步地，所述的光芬顿催化剂代替均相芬顿中的Fe2+，采用无机多孔材料作为负载物，具有比表面积大，可吸附的优点，煅烧后其中的铁牢固地负载在无机多孔材料上，可以重复回收利用。
进一步地，所述光芬顿催化剂采用无机多孔材料用浓硝酸进行酸化处理，增大其比表面积，从而使铁负载量增大，提高了催化效果。
进一步地，所述搅拌器可以使光芬顿催化剂与高浓度有机废水混合均匀，提高处理效率。
进一步地，所述滤网可以有效截留异相光芬顿反应后的催化剂，保持系统稳定连续运行。
进一步地，所述微孔曝气系统是在生物反应器内安装有曝气管进行穿孔曝气，其与空压机相连，按曝气形式分为中心曝气或圆形曝气管，通过曝气增强生物反应器内流体的湍流程度，增强对膜表面污染物的剪切冲刷。
进一步地，所述内置式膜分离系统是由外压式帘式、柱状、一端开放式中空纤维膜组件或平板膜组件组成，可选用微滤膜或超滤膜，膜材质为PP、PVDF、PES、PAN、PS以及PE等。
进一步地，所述异相光芬顿可以降解废水中的有毒有害物质，因此可用来处理有毒废水，如印染废水、造纸废水、皮革废水、含油废水等。
进一步地，所述光芬顿水力停留时间为2h，膜生物反应器水力停留时间为24h。
本发明高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺的有益效果：由于所述高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺利用无机多孔材料作负载材料，采用浸渍法制备光芬顿催化剂，反复使用多次，光催化效果没有明显降低，几乎没有铁泄漏；滤网的加入，保证催化剂的全部回收，保证了耦合工艺的连续进行；过异相光芬顿，废水中的有害物质得到去除，降低了膜生物反应器的运行压力，降低了膜污染。
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为本发明一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺的结构示意图；
图2为本发明一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺的技术框图；
图3为本发明一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺不同负载材料的光芬顿催化剂COD的去除率；
图4为本发明一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺活性炭做负载材料的催化剂连续使用对COD的去除率；
图5为本发明一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺与传统膜生物反应器对印染废水的COD去除率；
图6为本发明一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺与传统膜生物反应器的膜通量随时间变化图；
图7为本发明一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺对皮革废水的COD去除率。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参阅图1至图7所示，本发明采用如下技术方案：一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺，包括光芬顿催化剂、搅拌器1-3、滤网1-5、原水箱、光芬顿反应器1-2、膜生物反应器1-7、空气泵、紫外灯1-1、膜组件1-9、温度计1-8、蠕动泵1-4、微孔曝气系统1-6、真空压力表1-10和控制阀，所述紫外灯1-1和搅拌器1-3分别设置于光芬顿反应器1-2内，所述光芬顿反应器1-2与蠕动泵1-4相连，所述蠕动泵1-4另一端连接滤网1-5，所述滤网1-5另一端连接膜生物反应器1-7，所述膜生物反应器1-7还连接有温度计1-8、膜组件1-9和微孔曝气系统1-6，所述膜组件1-9另一端连接真空压力表1-10，所述真空压力表1-10另一端连接有隔膜泵1-11。
所述的光芬顿催化剂代替均相芬顿中的Fe2+，采用无机多孔材料作为负载物，具有比表面积大，可吸附的优点，煅烧后其中的铁牢固地负载在无机多孔材料上，可以重复回收利用。
所述光芬顿催化剂采用无机多孔材料用浓硝酸进行酸化处理，增大其比表面积，从而使铁负载量增大，提高了催化效果。
所述搅拌器1-3可以使光芬顿催化剂与高浓度有机废水混合均匀，提高处理效率。
所述滤网1-5可以有效截留异相光芬顿反应后的催化剂，保持系统稳定连续运行。
所述微孔曝气系统1-6是在生物反应器内安装有曝气管进行穿孔曝气，其与空压机相连，按曝气形式分为中心曝气或圆形曝气管，通过曝气增强生物反应器内流体的湍流程度，增强对膜表面污染物的剪切冲刷。
所述内置式膜分离系统是由外压式帘式、柱状、一端开放式中空纤维膜组件或平板膜组件组成，可选用微滤膜或超滤膜，膜材质为PP、PVDF、PES、PAN、PS以及PE等。
所述异相光芬顿可以降解废水中的有毒有害物质，因此可用来处理有毒废水，如印染废水、造纸废水、皮革废水、含油废水等。
所述光芬顿水力停留时间为2h，膜生物反应器水力停留时间为24h。
紫外灯1-1，为异相光芬顿提供紫外光，搅拌器1-3，使光芬顿反应器内的光芬顿催化剂与高浓度有机废水混合充分，确保光芬顿的顺利进行。
蠕动泵1-4，滤网1-5，保证光芬顿反应器1-2的有机废水流向膜生物反应器，同时截留光芬顿反应器1-2中的光芬顿催化剂。
微孔曝气系统1-6，为膜生物反应器1-7提供空气，使细菌快速繁殖，温度计1-8，实时监测膜生物反应器1-7中的温度，膜组件1-9，保证泥水分离，真空表1-10，记录其跨膜压差，隔膜泵1-11，为膜生物反应器1-7运行提供压力，光芬顿催化剂是以活性炭为载体，利用硝酸酸化，增大活性炭的比表面积，与硫酸亚铁混合，利用浸渍法负载铁到活性炭上，煅烧法使铁与活性炭结合牢固，减小了铁泄漏。
实施例1：
采用异相光芬顿与膜生物反应器新型耦合工艺对印染废水进行处理，测定光芬顿反应器与膜生物反应器出水的COD以及膜通量随时间的变化。光芬顿反应器的运行条件：5000ml高浓度印染废水，加入1.8g催化剂，紫外光照2h，催化剂循环使用十次。膜生物反应器的运行条件：采用间歇式抽水方式，抽吸8min，停止2min，水力停留时间24h，反应器容积40L，PVDF微滤膜，跨膜压差在0.04MPa之间，污泥浓度在5000mg/L左右。图3分别是活性炭、粘土、沸石、二氧化钛作负载材料制备的光芬顿催化剂进行光芬顿对印染废水COD的去除效果，结果显示以活性炭作负载材料的催化剂去除效果最好，去除率达到51％。由图4是为了证明光芬顿催化剂的稳定性，每2天取出清洗一次然后放回，结果发现光芬顿催化剂一直保持较高的催化活性，第十次使用仍能具有49％的COD去除率。由图5可知，此耦合系统运行60天，COD的去除率都在90％以上，而传统的膜生物反应器COD去除率在40％左右。由图6可知，此耦合系统的通量相对于传统膜生物反应器保持在较高水平，清洗后通量恢复性高。
实施例2：
采用异相光芬顿与膜生物反应器新型耦合工艺对皮革废水进行处理，测定光芬顿反应器与膜生物反应器出水的COD。光芬顿反应器的运行条件：5000ml高浓度皮革废水，加入1.8g催化剂，紫外光照2h，催化剂循环使用十次。膜生物反应器的运行条件：采用间歇式抽水方式，抽吸8min，停止2min，水力停留时间24h，反应器容积40L，PSF超滤膜，跨膜压差在0.04之间，污泥浓度在5000mg/L左右。由图7可知，光芬顿过程COD去除率保持在50％左右，耦合系统用超滤膜代替微滤膜，COD的去除率由90％左右达到97％以上。
仅采用膜生物反应器处理印染废水，测定膜出水COD与膜通量的变化。
膜生物反应器中的污泥浓度为5000mg/L左右，水力停留时间为24h，采用间歇式抽水方式，抽水8min，停止2min，PVDF微滤膜，跨膜压差在0.04MPa。由图5可知，系统运行60天，COD的去除率在40％左右，由图6可知，膜通量迅速下降，清洗后恢复性相对于耦合系统较差。
本发明高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺的有益效果：由于所述高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺利用无机多孔材料作负载材料，采用浸渍法制备光芬顿催化剂，反复使用多次，光催化效果没有明显降低，几乎没有铁泄漏；滤网的加入，保证催化剂的全部回收，保证了耦合工艺的连续进行；过异相光芬顿，废水中的有害物质得到去除，降低了膜生物反应器的运行压力，降低了膜污染。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺，其特征在于：包括光芬顿催化剂、搅拌器、滤网、原水箱、光芬顿反应器、膜生物反应器、空气泵、紫外灯、膜组件、温度计、蠕动泵、微孔曝气系统、真空压力表和控制阀，所述紫外灯和搅拌器分别设置于光芬顿反应器内，所述光芬顿反应器与蠕动泵相连，所述蠕动泵另一端连接滤网，所述滤网另一端连接膜生物反应器，所述膜生物反应器还连接有温度计、膜组件和微孔曝气系统，所述膜组件另一端连接真空压力表，所述真空压力表另一端连接有隔膜泵。
2.根据权利要求1所述的一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺，其特征在于：所述的光芬顿催化剂代替均相芬顿中的Fe2+，采用无机多孔材料作为负载物，具有比表面积大，可吸附的优点，煅烧后其中的铁牢固地负载在无机多孔材料上，可以重复回收利用。
3.根据权利要求2所述的一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺，其特征在于：所述光芬顿催化剂采用无机多孔材料用浓硝酸进行酸化处理，增大其比表面积，从而使铁负载量增大，提高了催化效果。
4.根据权利要求1所述的一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺，其特征在于：所述搅拌器可以使光芬顿催化剂与高浓度有机废水混合均匀，提高处理效率。
5.根据权利要求1所述的一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺，其特征在于：所述滤网可以有效截留异相光芬顿反应后的催化剂，保持系统稳定连续运行。
6.根据权利要求1所述的一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺，其特征在于：所述微孔曝气系统是在生物反应器内安装有曝气管进行穿孔曝气，其与空压机相连，按曝气形式分为中心曝气或圆形曝气管，通过曝气增强生物反应器内流体的湍流程度，增强对膜表面污染物的剪切冲刷。
7.根据权利要求1所述的一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺，其特征在于：所述内置式膜分离系统是由外压式帘式、柱状、一端开放式中空纤维膜组件或平板膜组件组成，可选用微滤膜或超滤膜，膜材质为PP、PVDF、PES、PAN、PS以及PE等。
8.根据权利要求1所述的一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺，其特征在于：所述异相光芬顿可以降解废水中的有毒有害物质，因此可用来处理有毒废水，如印染废水、造纸废水、皮革废水、含油废水等。
9.根据权利要求1所述的一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺，其特征在于：所述光芬顿水力停留时间为2h，膜生物反应器水力停留时间为24h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010548703.3A CN111718062A (zh) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | 一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010548703.3A CN111718062A (zh) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | 一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111718062A true CN111718062A (zh) | 2020-09-29 |
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ID=72566871
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| CN202010548703.3A Pending CN111718062A (zh) | 2020-06-16 | 2020-06-16 | 一种高效异相光芬顿与膜生物反应器耦合工艺 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN111718062A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112791562A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-05-14 | 广东环境保护工程职业学院 | 一种离子液体吸收协同异相光芬顿处理voc的系统 |
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2020
- 2020-06-16 CN CN202010548703.3A patent/CN111718062A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112791562A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-05-14 | 广东环境保护工程职业学院 | 一种离子液体吸收协同异相光芬顿处理voc的系统 |
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