CN112624451A - 一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统 - Google Patents
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Abstract
一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，涉及一种污水处理系统，本发明系统分为预处理系统、光催化系统、膜分离系统和反洗系统四个子系统：预处理系统包括污水罐（1）、离心泵（2）、压力表（3）、光源（12）降器（14）、离心泵（15）、机械过滤器（16）、精密过滤器（17）、储液罐（18）、压力表（21）；多级膜分离系统包括微滤膜分离器（23）、超滤膜分离器（24）、储液罐（25）、高压泵（26）、压力表（27）、电磁阀（28）、纳滤膜分离器（29）；反洗系统包括出水箱（30）、反洗泵（31）、压力表（32）。通过光催化过程将有机污染物及危险病毒等有效降解，利用多级分离膜分级过滤净化污水，实现水体的超深度净化。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机污水处理系统，具体涉及一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统。
背景技术
目前，常用的污水处理方法有物理处理法、化学处理法和生物处理法。一般情况下实际污水中常含有多种污染物质，仅采用单一的处理方法往往无法达到预期的效果。为了以较低的处理成本获取较理想的处理效果，往往需要根据污水的水质、水量、处理程度、回收有用物质的可能性以及资金场地条件等多种因素，将数种处理技术方法按一定的主次关系和前后顺序进行合理组合，形成一个完整的净化处理系统。
光催化技术作为一种高级氧化技术，几乎可将任何有机物直接矿化为无机小分子，且降解反应可在常温常压下进行，被广泛用来处理难生化降解的有机污水及含危险病毒的污水，例如容易导致污水处理厂生化系统污泥失活的印染废水、制药厂废水、含抗生素废水、医院污水等。
膜分离技术是近年迅速发展起来的一种新型分离技术。膜分离过程中一般无相变和二次污染，可在常温下连续操作，具有能耗低、设备体积小、操作方便、易于规模化放大等优势。目前，膜分离技术已经广泛用于水处理领域，例如海水淡化、苦咸水利用、污水处理等。其中，在污水处理方面，因污水成分复杂、部分污染物吸附在分离膜表面，导致膜通量下降，膜的反洗困难，大幅缩短膜的使用寿命，解决或降低膜污染是当前膜法污水处理的关键问题。
将光催化和膜分离技术耦合起来处理难生化降解有机物污水，既能利用光催化氧化降解能力强的优势，又可以发挥膜分离选择透过小分子降解物、阻挡大分子有机污染物以及设备体积小、操作方便、易于规模化放大等工艺特性。更重要的是，将光催化-膜分离技术耦合起来可以发挥两者的协同优势：一方面，有膜分离作为后续处理工艺，光催化过程可以实现连续操作，克服了以往光催化过程只能进行间歇操作的问题；另一方面，有光催化作为前处理工艺，降低了到分离系统的污水浓度，可有效改善因为膜污染而导致的膜通量下降问题。
发明内容
本发明提出一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，本发明系统通过光催化过程将有机污染物及危险病毒等有效降解，利用多级分离膜分级过滤净化污水，实现水体的超深度净化，污水处理系统造价低、易维护，可根据废水处理量定制相应尺寸。
本发明的技术方案如下：
一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，所述系统包括预处理系统、光催化系统、膜分离系统和反洗系统四个子系统：预处理系统包括污水罐、离心泵、压力表、机械过滤器、pH调节箱、精密过滤器、储液罐、增压泵、压力表、电磁阀和连接管线；光催化系统包括光催化反应器、光源、空气压缩机、重力沉降器、离心泵、机械过滤器、精密过滤器、储液罐、离心泵、高压泵、压力表、电磁阀和连接管线；多级膜分离系统包括微滤膜分离器、超滤膜分离器、储液罐、高压泵、压力表、电磁阀、纳滤膜分离器；反洗系统包括出水箱、反洗泵、压力表和连接管线；
其处理系统流程如下：
预处理系统处理后污水通过水泵进入光催化系统，光催化处理后废水经取样检测达到标准后通过水泵进入多级膜分离系统，多级膜分离处理后废水经取样检测达标后通过水泵进入出水箱；污水罐中的污水经离心泵先后泵入机械过滤器、pH调节箱和精密过滤器后进入储液罐，预处理后的污水经增压泵泵入光催化系统；经光催化反应器处理污水进入重力沉降器，在此收集的光催化剂经离心泵再泵入光催化反应器，分离的污水依次经过机械过滤器和精密过滤器后进入储液罐；未达到相关标准的污水由离心泵再泵入光催化反应器，达到相关标准的污水由高压泵泵入多级膜分离系统；其多级膜分离系统、光催化系统处理过的污水经高压泵泵入微滤膜分离器和超滤膜分离器后进入储液罐，再由高压泵泵入纳滤膜分离器；其反洗系统经纳滤膜分离器处理后的超深度净化水进入出水箱。
所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，所述光催化系统和多级膜分离系统相对独立、且多级膜系统内部也相对独立，根据所处理污水的水质和即时检测指标即时开关所需要的子系统；如，若储液罐中取样检测达到排放标准，则不启动高压泵，即不需进入多级膜分离系统排放；若进入多级膜分离系统后，且储液罐中取样检测达到排放标准，则不需启动高压泵，即不需进入纳滤膜分离器排放。
所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，所述系统光源为普通白炽灯光源、或氙灯光源或紫外光源，依据选用的光催化剂类型及污水中污染物的特性选定。
所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，所述系统各装置之间的连接由管线连接。
所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，所述系统装置出水箱中设有反洗系统，离心泵后连有压力表，增压泵后连有压力表和电磁阀作为旁路管线，用于启停水泵时泄压使用；光催化反应器上设有光源照射，并由空气压缩机进行曝气，储液罐中连接有在线取样检测，高压泵后连接有压力表和电磁阀作为旁路管线，用于启停水泵时泄压使用；高压泵后连有压力表和电磁阀作为旁路管线，用于启停水泵时泄压使用；出水箱外接有反洗泵、压力表和连接管线，用于对微滤膜分离器、超滤膜分离器和纳滤膜分离器的反洗操作。
所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，所述系统装置机械过滤器外壳为不锈钢材质，根据过滤介质不同选择天然石英砂过滤器、或多介质过滤器、或活性炭过滤器。
所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，所述系统装置精密过滤器外壳为不锈钢材质，根据过滤介质不同选择PP熔喷、线烧、折叠、钛滤芯、活性炭滤芯过滤元件。
所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，所述装置微滤膜分离器能截留大于0.1微米的颗粒，超滤膜分离器能截留大于0.01微米的物质，纳滤膜分离器能截留大于0.001微米的物质。
本发明的优点与效果是：
本发明发挥光催化技术和膜分离技术的协同效应，可广泛应用于印染废水、制药厂废水、含抗生素废水、医院污水、含危险病毒污水等有机废水的深度净化。装置造价低、能量消耗少、净化效果好，使用过程维修少、有效处理时间长。
光催化多级膜分离耦合污水处理系统分为四个子系统，子系统既相互联系又相互独立，可以根据所降解污水实际成分及浓度进行子系统的组合。
1. 光催化反应系统为连续操作单元，提高了整体污水处理效率。根据实际需要，光催化系统可独立完成污水处理。
2. 膜分离系统为多级膜串联系统，且将微滤、超滤膜分离器与纳滤膜分离器分开串联，可依据实际需要，即时启停纳滤膜分离器。膜分离系统也为连续操作单元，提高污水处理效率。
3. 本发明提出的光催化多级膜分离污水处理系统对污水的降解效率高、设备造价低、能量消耗少，可有效应用于难生化降解的印染废水、制药厂废水、含抗生素废水、医院污水、含危险病毒污水等等有机废水。
附图说明
图1 本发明 光催化-多级膜分离污水处理工艺流程示意图；
图2 本发明预处理系统工艺流程示意图；
图3 本发明光催化系统工艺流程示意图；
图4 本发明膜分离系统及反洗系统工艺流程示意图
附图标记：1-污水罐，2-离心泵，3-压力表，4-机械过滤器，5-pH调节箱，6-精密过滤器，7-储液罐，8-增压泵，9-压力表，10-电磁阀，11-光催化反应器，12-光源，13-空气压缩机，14-重力沉降器，15-离心泵，16-机械过滤器，17-精密过滤器，18-储液罐，19-离心泵，20-高压泵，21-压力表，22-电磁阀，23-微滤膜分离器，24-超滤膜分离器，25-储液罐，26-高压泵，27-压力表，28-电磁阀，29-纳滤膜分离器，30-出水箱，31-反洗泵，32-压力表。
具体实施方式
本发明光催化多级膜分离耦合污水处理系统，包括有预处理系统、光催化系统、膜分离系统和反洗系统等四个子系统。预处理系统中包括污水罐、离心泵、机械过滤器、pH调节箱、精密过滤器、储液罐、增压泵、电磁阀等，污水罐中的污水通过离心泵进入机械过滤器、pH调节箱和精密过滤器进行物理净化，主要用于去除污水中的悬浮物固体物；去除悬浮物固体物的污水经增压泵泵入光催化系统，并通过设置的旁路管线调控进水流量。
光催化系统中包括光催化反应器、光源、空气压缩机、重力沉降器、离心泵、机械过滤器、精密过滤器、储液罐、离心泵、高压泵、电磁阀等，经过预处理的污水在光催化反应器中、在光源照射下，被光催化剂降解。本发明中设计的光催化反应过程为连续操作，从光催化反应器中连续流出含有光催化剂的污水，并进入重力沉降器，以分离光催化剂和污水。分离开的光催化剂经催化剂回路被离心泵重新泵入光催化反应器，分离开的污水先后进入机械过滤器和精密过滤器，以去除未充分沉降的光催化剂。之后，污水进入储液罐，并被在线取样检测，根据检测结果及污水中含有的污染物，确定下一步操作：如达到排放标准，则直接排放；如未达到排放标准、且污水浓度较大，则利用溶液回路，将储液罐中的再次泵入光催化反应器进行光降解处理，回流污水测试根据检测结果而定；如未达到排放标准、污水浓度较低、且利用光催化过程降解的效率已下降或难以降解，则将储液罐中的污水通过高压泵泵入膜分离系统，并通过设置的旁路管线调控进水流量。
多级膜分离系统包括微滤膜分离器、超滤膜分离器、储液罐、高压泵、电磁阀、纳滤膜分离器等，经光催化系统处理后浓度较低的污水经高压泵依次泵入微滤膜分离器和超滤膜分离器，经膜分离后进入储液罐，并被在线取样检测。如检测结果达标，则污水由储液罐直接排放；如检测结果未达标，则由高压泵泵入纳滤膜分离器，并通过设置的旁路管线调控进水流量，经纳滤膜分离后进入出水箱。
装置运行一段时间后，会有部分污染物分子负载到滤膜上，降低膜通量，此时可开启反洗泵，通过反洗管线泵入部分达标废水对滤膜进行反冲洗，以提高滤膜使用寿命。
实施例1
污水罐1中的污水经离心泵2先后泵入机械过滤器4、pH调节箱5和精密过滤器6，污水经物理过滤掉悬浮物固体物后进入储液罐7，预处理后的污水经增压泵8泵入光催化反应器11，在光源12照射及由空气压缩机13曝气下进行光催化降解反应，随后污水进入重力沉降器14进行光催化剂和污水分离，收集的光催化剂经离心泵15再泵入光催化反应器，分离的污水依次经过机械过滤器16和精密过滤器17后进入储液罐18。储液罐18中接有在线取样检测，未达到相关标准的污水由离心泵19再泵入光催化反应器。
依据实际需要，储液罐18中的污水由高压泵20泵入微滤膜分离器23和超滤膜分离器24后进入储液罐25，并在此再次进行在线取样检测，达标污水可直接排放。未达标污水再由高压泵26泵入纳滤膜分离器29，经纳滤膜分离后进入出水箱30。装置运行一段时间后，通过反洗管路中设置的反洗泵31对滤膜进行反冲洗操作。
在离心泵2后连有压力表3，用于监测水流压力。在增压泵8后连有压力表9和电磁阀10作为旁路管线，在高压泵20后连有压力表21和电磁阀22作为旁路管线，在高压泵26后连有压力表27和电磁阀28作为旁路管线，用于启停水泵时泄压使用。在反洗泵31后连有压力表32，用于监测反洗水流压力。
Claims (8)
1.一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，其特征在于，所述系统包括预处理系统、光催化系统、膜分离系统和反洗系统四个子系统：预处理系统包括污水罐（1）、离心泵（2）、压力表（3）、机械过滤器（4）、pH调节箱（5）、精密过滤器（6）、储液罐（7）、增压泵（8）、压力表（9）、电磁阀（10）和连接管线；光催化系统包括光催化反应器（11）、光源（12）、空气压缩机（13）、重力沉降器（14）、离心泵（15）、机械过滤器（16）、精密过滤器（17）、储液罐（18）、离心泵（19）、高压泵（20）、压力表（21）、电磁阀（22）和连接管线；多级膜分离系统包括微滤膜分离器（23）、超滤膜分离器（24）、储液罐（25）、高压泵（26）、压力表（27）、电磁阀（28）、纳滤膜分离器（29）；反洗系统包括出水箱（30）、反洗泵（31）、压力表（32）和连接管线；预处理系统、光催化系统和多级膜分离系统；
其处理系统流程如下：
预处理系统处理后污水通过水泵进入光催化系统，光催化处理后废水经取样检测达到一定标准后通过水泵进入多级膜分离系统，多级膜分离处理后废水经取样检测达标后通过水泵进入出水箱；污水罐（1）中的污水经离心泵（2）先后泵入机械过滤器（4）、pH调节箱（5）和精密过滤器（6）后进入储液罐（7），预处理后的污水经增压泵（8）泵入光催化系统；经光催化反应器处理污水进入重力沉降器（14），在此收集的光催化剂经离心泵（15）再泵入光催化反应器，分离的污水依次经过机械过滤器（16）和精密过滤器（17）后进入储液罐（18）；未达到相关标准的污水由离心泵（19）再泵入光催化反应器，达到相关标准的污水由高压泵（20）泵入多级膜分离系统；其多级膜分离系统、光催化系统处理过的污水经高压泵（20）泵入微滤膜分离器（23）和超滤膜分离器（24）后进入储液罐（25），再由高压泵（26）泵入纳滤膜分离器（29）；其反洗系统经纳滤膜分离器（29）处理后的超深度净化水进入出水箱（30）。
2.根据权利要求1所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，其特征在于，所述光催化系统和多级膜分离系统相对独立、且多级膜系统内部也相对独立，根据所处理污水的水质和即时检测指标即时开关所需要的子系统；如，若储液罐（18）中取样检测达到排放标准，则可不启动高压泵（20），即不需进入多级膜分离系统排放；若进入多级膜分离系统后，且储液罐（25）中取样检测达到排放标准，则不需启动高压泵（26），即不需进入纳滤膜分离器（29）排放。
3.根据权利要求1所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，其特征在于，所述系统光源（12）为普通白炽灯光源、或氙灯光源或紫外光源，依据选用的光催化剂类型及污水中污染物的特性选定。
4.根据权利要求1所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，其特征在于，所述系统各装置之间的连接由管线连接。
5.根据权利要求1所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，其特征在于，所述系统装置出水箱中设有反洗系统，离心泵（2）后连有压力表（3），增压泵（8）后连有压力表（9）和电磁阀（10）作为旁路管线，用于启停水泵时泄压使用；光催化反应器（11）上设有光源（12）照射，并由空气压缩机（13）进行曝气，储液罐（18）中连接有在线取样检测，高压泵（20）后连接有压力表（21）和电磁阀（22）作为旁路管线，用于启停水泵时泄压使用；高压泵（26）后连有压力表（27）和电磁阀（28）作为旁路管线，用于启停水泵时泄压使用；出水箱外接有反洗泵（31）、压力表（32）和连接管线，用于对微滤膜分离器（23）、超滤膜分离器（24）和纳滤膜分离器（29）的反洗操作。
6.根据权利要求1所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，其特征在于，所述系统装置机械过滤器外壳为不锈钢材质，根据过滤介质不同选择天然石英砂过滤器、或多介质过滤器、或活性炭过滤器。
7.根据权利要求1所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，其特征在于，所述系统装置精密过滤器外壳为不锈钢材质，根据过滤介质不同选择PP熔喷、线烧、折叠、钛滤芯、活性炭滤芯过滤元件。
8.根据权利要求1所述的一种光催化多级膜分离耦合污水处理系统，其特征在于，所述装置微滤膜分离器（23）能截留大于0.1微米的颗粒，超滤膜分离器（24）能截留大于0.01微米的物质，纳滤膜分离器（29）能截留大于0.001微米的物质。
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