CN118724150A - 一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置及其应用方法 - Google Patents

一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置及其应用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN118724150A
CN118724150A CN202410664389.3A CN202410664389A CN118724150A CN 118724150 A CN118724150 A CN 118724150A CN 202410664389 A CN202410664389 A CN 202410664389A CN 118724150 A CN118724150 A CN 118724150A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
reactor
ultrafiltration
aeration
reactor body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202410664389.3A
Other languages
English (en)
Inventor
周志伟
王天阳
赵元添
李星
王国霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongzhuo Environmental Technology Shandong Co ltd
Beijing University of Technology
Original Assignee
Zhongzhuo Environmental Technology Shandong Co ltd
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongzhuo Environmental Technology Shandong Co ltd, Beijing University of Technology filed Critical Zhongzhuo Environmental Technology Shandong Co ltd
Priority to CN202410664389.3A priority Critical patent/CN118724150A/zh
Publication of CN118724150A publication Critical patent/CN118724150A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/18—Arsenic, antimony or bismuth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/745—Iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39—Photocatalytic properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/444—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by ultrafiltration or microfiltration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F7/00—Aeration of stretches of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)

Abstract

一种悬浮型光催化氧化‑超滤耦合反应装置及其应用方法，属于水处理领域。包括反应器，用于光催化氧化反应；原水系统，用于向反应器输入待处理水；清水系统，用于输出反应器处理后的清水；曝气系统，用于向反应器内曝入空气。原水系统与反应器由原水管路连接，清水系统与反应器由清水管路连接，曝气系统与反应器由曝气管路连接。本发明将悬浮型光催化氧化技术与超滤技术耦合应用，提高了有机污染物去除效能，降低了光催化剂泄露风险。本装置通过外腔独特的斜板沉淀结构设计与运行方式，可显著提高催化剂的分离效率，减轻催化剂在膜表面的沉积，极大程度延缓膜污染，实现耦合反应装置的稳定运行。

Description

一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置及其应用方法
技术领域
本发明属于水处理领域，尤其涉及一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置及其水质深度净化的应用方法。
背景技术
光催化氧化是一种绿色高效的高级氧化技术，凭借其反应条件温和、无选择性氧化多种污染物、氧化能力强、运行成本低廉和无毒等优点被广泛应用于水处理领域，被认为是最有潜力的水处理技术之一。其中，催化剂在处理水中呈均匀悬浮状态的悬浮型光催化氧化技术因具有更高的光利用率、催化剂重复利用性佳和催化氧化效能好受到广泛关注。然而，悬浮型光催化氧化技术在应用过程中面临着光催化材料难以从水中分离和催化剂泄露的潜在风险，限制了其在水处理中的应用。超滤技术可有效截留水中的颗粒悬浮物、胶体和大分子物质，将超滤技术用于悬浮型光催化氧化技术出水后续处理的组合应用可以发挥多级屏障作用，在实现污染物及其降解产物的逐级降解去除的同时减少催化剂泄露风险。
目前，基于悬浮型光催化氧化和超滤净水特性，将两种技术协同作用构建的反应装置可将光催化氧化过程和膜分离过程集成在一个处理单元中，具有占地面积小、传质效率高、运行稳定性好、催化剂可重复利用等优点，显著提高了污染物去除效果，并且该技术具有广泛应用潜力。然而，该类型反应装置在运行过程中催化剂易沉积在超滤膜上，会带来超滤膜磨损、跨膜压差增加、膜清洗难度增大等问题。此外，长时间的紫外线照射还会导致有机膜结构受损，对超滤的运行维护产生较大影响。为了将光催化氧化技术与超滤技术有效结合，实现装置长期高效稳定运行，亟需开发新型反应装置，构建除污效能高、催化剂分离高效、超滤运行稳定性强的反应体系，以实现光催化氧化技术与超滤技术的高效耦合。
发明内容
本发明为解决以上技术问题，提供一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置及其应用方法，在高效去除水中污染物的前提下提高了催化剂分离效率，降低了催化剂泄露风险，同时延长超滤膜稳定运行的周期，实现了光催化氧化技术与超滤技术的高效耦合。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
提供了一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置，其特征在于：包括反应器、原水系统、清水系统和曝气系统。
所述反应器(100)包括反应器本体(101)、导流板(102)、光源(103)、斜板(104)、机械搅拌器(105)、超滤膜组件(106)、催化剂(107)、溢流回收水箱(108)、溢流口(109)和放空管(110)；原水系统(200)包括原水箱(201)、原水流量计(202)和进水泵(203)，用于向所述反应器(100)内输送原水。清水系统(300)包括清水箱(301)、产水泵(302)、反冲洗泵(303)、反洗水流量计(304)、压力传感器(305)和数据记录仪(306)，用于储存所述反应器(100)处理后的清水。曝气系统(400)包括曝气泵(401)、气体流量计(402)、气体控制阀组(403)、气冲曝气头(404)和纳米曝气头(405)。原水系统(200)与反应器(100)通过原水管路连接，清水系统(300)与反应器(100)通过清水管路连接，曝气系统(400)与反应器(100)通过曝气管路连接。
所述反应器本体(101)为封闭柱型，环形的导流板(102)同轴固定于反应器本体(101)内，自反应器本体(101)顶端并向下延伸，导流板底端与反应器本体底之间具有空隙从而形成反应器本体底部导流通道，环形的导流板将所述反应器本体(101)内部空间分为内腔和外腔，内腔和外腔通过反应器本体(101)底部导流通道连接；所述内腔为光催化反应区，导流板(102)内表面一侧设有光源(103)(所述的光源采用灯管灯泡等形式)，内腔投放有催化剂(107)，能够受所述光源(103)激发从而对待处理水样进行光催化氧化反应；所述外腔下部为设置有斜板(104)的固液分离区，上部为设置有超滤膜组件(106)的超滤膜区，使得携带催化剂(107)的待处理水经过固液分离区后，催化剂颗粒实现固液分离与回流，固液分离后的水经上部超滤膜区超滤后进入清水系统；所述溢流口(109)位于反应器本体(101)顶部并沿反应器本体(101)径向向外延伸溢流口(109)与溢流回收水箱(108)连接，能够使得反冲洗废水经过超滤膜区后通过堰溢流进入溢流回收水箱(108)；所述机械搅拌器(105)上部驱动装置固定于反应器本体(101)顶端，机械搅拌器(105)用于对内腔的待处理水样及催化剂进行搅拌。
根据所述的原水系统(200)，其特征在于：所述原水箱(201)、进水泵(203)、原水流量计(202)、原水控制阀组和反应器本体(101)由原水管线依次串联连接，原水管线连接在所述反应器本体(101)上部靠近导流板(102)处，并延伸入反应器本体(101)内腔。
根据所述的清水系统(300)，其特征在于：所述反应器本体(101)的超滤膜组件(106)、产水泵(302)和清水箱(301)由清水管线依次串联连接，超滤膜组件(106)安装于反应器本体(101)的外腔。同时清水箱(301)、反冲洗泵(303)、反洗水流量计(304)、反冲洗控制阀组和超滤膜组件(106)依次采用反冲洗管路连接，所述反冲洗控制阀组连接于所述超滤膜组件(106)的出水端，组成反冲洗系统；在反应器(100)与清水系统(300)之间的清水管线上安装有压力传感器(305)和数据记录仪(306)。
所述曝气系统(400)包括两组曝气组件，其中第一组由曝气管线依次串联的曝气泵(401)、气体流量计(402)、气体控制阀组(403)和纳米曝气头(405)构成，其中纳米曝气头(405)置于反应器本体(101)内腔底部，用于光催化氧化反应时向内腔曝气使催化剂颗粒呈悬浮态均匀分撒在待处理水中；第二组由曝气管线依次串联的第二曝气泵(401’)、第二气体流量计(402’)、第二气体控制阀组(403’)和第二气冲曝气头(404’)构成，其中第二气冲曝气头(404’)置于反应器本体(101)外腔中部超滤膜组件(106)下端，用于对污染的超滤膜组件(106)进行气冲；同时反应器本体(101)底部设有放空管。
所述导流板(102)为不透光抗腐蚀材料以避免所述光源(103)照射到反应器本体(101)和超滤膜组件(106)。
反应器本体(101)外腔对应的底部为倾斜结构，自反应器本体(101)桶壁处向内腔底部与外腔底部连接处逐渐倾斜向下。
本发明还提供了一种如上所述的悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置的应用方法，其包含如下步骤：
步骤1:待处理水中从所述反应器上部注入内腔的光催化氧化反应区，待水注满后启动所述第一组曝气组件和所述机械搅拌器，然后向内腔中投加催化剂并开启光源，催化剂在曝气系统产生的气泡推动下均匀悬浮在待处理水中并且在紫外线的激发下产生活性氧自由基对待处理水进行净化；
步骤2:光催化氧化处理后的水通过底部的导流通道首先流入所述反应器外腔的固液分离区，经过斜板沉淀后，催化剂与水分离并回流至内腔继续进行光催化氧化反应，经过固液分离后的水进入外腔上部的超滤膜区，通过所述超滤膜组件过滤后输出至所述清水系统；
步骤3:所述悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置运行过程中定时采用第二组曝气组件和反冲洗系统进行反冲洗；当跨膜压差超过预设值时取出超滤膜组件进行化学清洗恢复通量，当化学清洗后的通量仍无法有效回复则认为超滤膜组件已损坏，须进行更换；
作为优选，所述的悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置的应用方法，其特征在于：步骤1中，所述催化剂为二氧化钛(TiO2)、氧化铋/二氧化钛(Bi2O3/TiO2)、二氧化钛/粉末活性炭(TiO2/PAC)、氧化铋/还原氧化石墨烯/二氧化钛(Bi2O3/rGO/TiO2)、氧化铋/二氧化钛/粉末活性炭(Bi2O3/TiO2/PAC)、尖晶石型铁氧体(MeFe2O4)、尖晶石型铁氧体/粉末活性炭(MeFe2O4/PAC)等现有或新开发的光催化剂，催化剂投加量为0.1～1.5g/L，催化剂投加前须使用分散剂分散均匀再投加入水中；
作为优选，根据所述的悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置的应用方法，其特征在于：步骤1中，所述光源为可见光光源或紫外光源，光源功率使得所处理水的能量密度达到4W/L及以上，曝气量为100～300mL/min，水力停留时间为0.5～4h；
作为优选，根据所述的悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置的应用方法，其特征在于：步骤2中，所述斜板与水平面夹角为60°，所述超滤膜组件由中空纤维膜构成，可选聚偏二氟乙烯(PVDF)等有机聚合物膜或无机陶瓷膜；
作为优选，根据所述的悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置的应用方法，其特征在于：步骤3中，超滤膜组件通量范围为15～45LMH，反冲洗频率为60～120min/次，反冲洗时间1～3min；
作为优选，根据所述的悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置的应用方法，其特征在于：步骤3中，跨膜压差(TMP)超过30～40kPa时，将污染膜放入有效氯含量0.5％的次氯酸钠溶液中浸泡并持续曝气进行维护清洗，浸泡时间为60～90min。
相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：
(1)本发明将悬浮型光催化氧化技术与超滤技术耦合，相比现有技术，提升了有机污染物及其中间产物的去除效能，降低了催化剂泄露风险；
(2)通过反应器内外腔体结构与功能的独特设计与运行方式，显著提高了催化剂的分离效率，缓解了催化剂在膜表面的沉积和跨膜压差的增长，实现了超滤的长期稳定运行；
(3)可根据原水污染程度及催化剂性质调控反应器运行方法及参数，实现对各类水的高效处理，大幅度拓宽了光催化氧化技术在水处理领域的应用范围。
附图说明
图1为本发明提供的一个实施实例的示意图。
图2为本发明提供的一个实施实例的反应装置纵截面剖面图。
图3为本发明提供的一个实施实例的反应装置横截面剖面图。
图4为本发明提供的一个实施例的反应器斜板布置示意图。
图5为本发明实施例1对某河水的UV254去除效果图。
图6为本发明实施例3对某再生水厂二级处理出水的UV254和四环素去除效果图。
图7为本发明实施例1对某河水的浊度去除效果图。
图8为本发明对跨膜压差增长控制效果图。
附图中标号为：
反应器100；反应器本体101；导流板102；光源103；斜板104；机械搅拌器105；超滤膜组件106；催化剂107；溢流回收水箱108；溢流口109；放空管110；搅拌轴111；搅拌叶轮112；原水系统200；原水箱201；原水流量计202；进水泵203；清水系统300；清水箱301；产水泵302；反冲洗泵303；反洗水流量计304；压力传感器305；数据记录仪306；曝气系统400；曝气泵401；气体流量计402；气体控制阀组403；气冲曝气头404；纳米曝气头405。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶”、“水平”、“内”、“外”、“前”，“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合实施实例对本发明进行进一步说明。
实施例1
以某河水为目标水样进行光催化氧化-超滤处理，河水平均DOC为2.37mg/L，平均UV254为0.083cm-1，平均浊度为4.02NTU，光催化剂为氧化铋/还原氧化石墨烯/二氧化钛(Bi2O3/rGO/TiO2)，投加量为1.0g/L，反应器本体内腔设置两个单功率为6W的紫外灯管，曝气量为200mL/min，水力停留时间为3h，超滤采用恒通量出水，运行过程中膜通量为30LMH。
处理过程中河水从反应器上部注入内腔，待内腔注满水后暂停注水并启动曝气系统和机械搅拌器，然后将催化剂投加入主反应装置内腔，启动紫外光源后运行3h，然后以1.8L/h的流量重新开始注水并启动产水泵以与进水相同的流量进行超滤出水，出水由清水箱收集以备反冲洗使用，运行过程中数据记录仪实时记录超滤膜组件跨膜压差变化情况。
反应装置长期稳定运行后，经检测出水平均DOC、UV254和浊度可稳定在1.34mg/L、0.043cm-1和0.1NTU，去除率分别稳定在41.69％(光催化贡献去除率35.55％)、47.63％(光催化贡献去除率39.47％)和93.39％，处理过程中所述反应装置的膜组件平均跨膜压差为14.9kPa，相较于直接超滤降低了34.07％。从数据可看出相较光催化氧化技术，所述反应装置提高了污染物去除率且极大延缓了膜污染进程。所述反应装置连续运行5d，内腔中催化剂减少7.4％，通过溢流回收水箱可回收6.9％的催化剂，催化剂净流失0.5％，说明耦合反应装置显著提升了催化剂的回收效果，避免了催化剂的流失。
实施例2
以实际藻源水为目标水样进行光催化氧化-超滤处理，待处理水样的平均DOC、UV254和浊度分别为3.23mg/L、0.0828cm-1和1.51NTU，光催化剂为氧化铋/二氧化钛/粉末活性炭(Bi2O3/TiO2/PAC)，投加量为1.0g/L，光源为2支6W的紫外灯管，曝气量为200mL/min，水力停留时间为4h，超滤部分采用恒通量出水，运行过程中膜通量为30LMH。
处理过程中实际藻源水从反应器上部注满内腔后暂停注水并启动曝气系统和机械搅拌器，然后将催化剂投加入主反应装置内腔，启动紫外光源后运行4h，然后以1.2L/h的流量重新开始注水并启动产水泵以与进水相同的流量进行超滤出水，出水由清水箱收集以备反冲洗使用，运行过程中数据记录仪实时记录超滤膜组件跨膜压差变化情况。
反应装置长期稳定运行后，经检测，出水平均DOC、UV254和浊度可稳定在1.40mg/L、0.0271cm-1和0.09NTU，去除率分别稳定在55.00％(光催化贡献去除率44.00％)、68.00％(光催化贡献去除率52.00％)和93.85％，处理过程中所述反应装置的膜组件平均跨膜压差为15.3kPa，反冲洗后降低至11.1kPa，直接超滤平均TMP为25.4kPa，反冲洗后降低至15.2kPa。
实施例3
以某再生水厂二级处理出水为目标水样进行光催化氧化-超滤处理，待处理水样的平均DOC、UV254和四环素浓度分别为12.36mg/L、0.1729cm-1和522.67μg/L，催化剂为尖晶石型铁氧体(MeFe2O4)，投加量为0.1g/L，光源为2支6W的紫外灯管，曝气量为150mL/min，水力停留时间为2h，超滤部分采用恒通量出水，运行过程中膜通量为30LMH。
处理过程中二级处理出水从反应器上部注满内腔后暂停注水并启动曝气系统和机械搅拌器，然后将催化剂投加入主反应装置内腔，启动紫外光源后运行2h，然后以1.5L/h的流量重新开始注水并启动产水泵以与进水相同的流量进行超滤出水，出水由清水箱收集以备反冲洗使用，运行过程中数据记录仪实时记录超滤膜组件跨膜压差变化情况。
经检测，出水平均DOC、UV254和四环素浓度可稳定在4.51mg/L、0.0480cm-1和37.38μg/L，去除率分别稳定在63.54％(光催化贡献去除率49.96％)、72.21％(光催化贡献去除率66.97％)和92.85％(光催化贡献去除率79.25％)，二级处理出水处理完毕后超滤膜组件比通量为0.3912，膜污染阻力为24.4×1011m-1，相较于直接超滤，比通量降幅和膜污染阻力分别降低了0.1998和27.2×1011m-1。
实施例4
以蜡染纺织废水为目标水样进行光催化氧化-超滤处理，待处理水样的平均TDS、COD和染料浓度分别为25.53mg/L、894.62mg/L和10.38mg/L，催化剂为Ni@ZnO，投加量为1.0g/L，光源为1支30W的紫外灯管，曝气量为100mL/min，水力停留时间为2h，超滤部分采用恒通量出水，运行过程中膜通量为15LMH。
处理过程中蜡染纺织废水从反应器上部注满内腔后暂停注水并启动曝气系统和机械搅拌器，然后将催化剂投加入主反应装置内腔，启动紫外光源后运行2h，然后以1.6L/h的流量重新开始注水并启动产水泵以与进水相同的流量进行超滤出水，出水由清水箱收集以备反冲洗使用，运行过程中数据记录仪实时记录超滤膜组件跨膜压差变化情况。
经检测，所述反应装置出水平均TDS、COD和染料的去除率为28.5％、36.8％和97.2％，在连续过滤10h后膜通量仅下降28.57％，而直接过滤10h膜通量下降93.70％，表明所述反应装置中膜组件有良好的抗污性能。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置，其特征在于：包括反应器、原水系统、清水系统和曝气系统；
所述反应器(100)包括反应器本体(101)、导流板(102)、光源(103)、斜板(104)、机械搅拌器(105)、超滤膜组件(106)、催化剂(107)、溢流回收水箱(108)、溢流口(109)和放空管(110)；原水系统(200)包括原水箱(201)、原水流量计(202)和进水泵(203)，用于向所述反应器(100)内输送原水。清水系统(300)包括清水箱(301)、产水泵(302)、反冲洗泵(303)、反洗水流量计(304)、压力传感器(305)和数据记录仪(306)，用于储存所述反应器(100)处理后的清水。曝气系统(400)包括曝气泵(401)、气体流量计(402)、气体控制阀组(403)、气冲曝气头(404)和纳米曝气头(405)。原水系统(200)与反应器(100)通过原水管路连接，清水系统(300)与反应器(100)通过清水管路连接，曝气系统(400)与反应器(100)通过曝气管路连接；
所述反应器本体(101)为封闭柱型，环形的导流板(102)同轴固定于反应器本体(101)内，自反应器本体(101)顶端并向下延伸，导流板底端与反应器本体底之间具有空隙从而形成反应器本体底部导流通道，环形的导流板将所述反应器本体(101)内部空间分为内腔和外腔，内腔和外腔通过反应器本体(101)底部导流通道连接；所述内腔为光催化反应区，导流板(102)内表面一侧设有光源(103)，内腔投放有催化剂(107)，能够受所述光源(103)激发从而对待处理水样进行光催化氧化反应；所述外腔下部为设置有斜板(104)的固液分离区，上部为设置有超滤膜组件(106)的超滤膜区，使得携带催化剂(107)的待处理水经过固液分离区后，催化剂颗粒实现固液分离与回流，固液分离后的水经上部超滤膜区超滤后进入清水系统；所述溢流口(109)位于反应器本体(101)顶部并沿反应器本体(101)径向向外延伸溢流口(109)与溢流回收水箱(108)连接，能够使得反冲洗废水经过超滤膜区后通过堰溢流进入溢流回收水箱(108)；所述机械搅拌器(105)上部驱动装置固定于反应器本体(101)顶端，机械搅拌器(105)用于对内腔的待处理水样及催化剂进行搅拌。
2.按照权利要求1所述的一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置，其特征在于：所述原水箱(201)、进水泵(203)、原水流量计(202)、原水控制阀组和反应器本体(101)由原水管线依次串联连接，原水管线连接在所述反应器本体(101)上部靠近导流板(102)处，并延伸入反应器本体(101)内腔。
3.按照权利要求1所述的一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置，其特征在于：所述反应器本体(101)的超滤膜组件(106)、产水泵(302)和清水箱(301)由清水管线依次串联连接，超滤膜组件(106)安装于反应器本体(101)的外腔。同时清水箱(301)、反冲洗泵(303)、反洗水流量计(304)、反冲洗控制阀组和超滤膜组件(106)依次采用反冲洗管路连接，所述反冲洗控制阀组连接于所述超滤膜组件(106)的出水端，组成反冲洗系统；
在反应器(100)与清水系统(300)之间的清水管线上安装有压力传感器(305)和数据记录仪(306)。
4.按照权利要求1所述的一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置，其特征在于：所述曝气系统(400)包括两组曝气组件，其中第一组由曝气管线依次串联的曝气泵(401)、气体流量计(402)、气体控制阀组(403)和纳米曝气头(405)构成，其中纳米曝气头(405)置于反应器本体(101)内腔底部，用于光催化氧化反应时向内腔曝气使催化剂颗粒呈悬浮态均匀分撒在待处理水中；第二组由曝气管线依次串联的第二曝气泵(401’)、第二气体流量计(402’)、第二气体控制阀组(403’)和第二气冲曝气头(404’)构成，其中第二气冲曝气头(404’)置于反应器本体(101)外腔中部超滤膜组件(106)下端，用于对污染的超滤膜组件(106)进行气冲；同时反应器本体(101)底部设有放空管。
5.按照权利要求1所述的一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置，其特征在于：所述导流板(102)为不透光抗腐蚀材料以避免所述光源(103)照射到反应器本体(101)和超滤膜组件(106)。
6.按照权利要求1所述的一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置，其特征在于：反应器本体(101)外腔对应的底部为倾斜结构，自反应器本体(101)桶壁处向内腔底部与外腔底部连接处逐渐倾斜向下。
7.权利要求1-6任一项所述的一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置的应用方法，其特征在于，包含如下步骤：
步骤1:待处理水中从所述反应器上部注入内腔的光催化氧化反应区，待水注满后启动所述第一组曝气组件和所述机械搅拌器，然后向内腔中投加催化剂并开启光源，催化剂在曝气系统产生的气泡推动下均匀悬浮在待处理水中并且在紫外线的激发下产生活性氧自由基对待处理水进行净化；
步骤2:光催化氧化处理后的水通过底部的导流通道首先流入所述反应器外腔的固液分离区，经过斜板沉淀后，催化剂与水分离并回流至内腔继续进行光催化氧化反应，经过固液分离后的水进入外腔上部的超滤膜区，通过所述超滤膜组件过滤后输出至所述清水系统；
步骤3:所述悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置运行过程中定时采用第二组曝气组件和反冲洗系统进行反冲洗；当跨膜压差超过预设值时取出超滤膜组件进行化学清洗恢复通量，当化学清洗后的通量仍无法有效回复则认为超滤膜组件已损坏，进行更换。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置的应用方法，其特征在于：步骤1中，所述催化剂为二氧化钛(TiO2)、氧化铋/二氧化钛(Bi2O3/TiO2)、二氧化钛/粉末活性炭(TiO2/PAC)、氧化铋/还原氧化石墨烯/二氧化钛(Bi2O3/rGO/TiO2)、氧化铋/二氧化钛/粉末活性炭(Bi2O3/TiO2/PAC)、尖晶石型铁氧体(MeFe2O4)、尖晶石型铁氧体/粉末活性炭(MeFe2O4/PAC)等现有或新开发的光催化剂，催化剂投加量为0.1～1.5g/L，催化剂投加前须使用分散剂分散均匀再投加入水中；
步骤1中，所述光源为可见光光源或紫外光源，光源功率使得所处理水的能量密度达到4W/L及以上，曝气量为100～300mL/min，水力停留时间为0.5～4h。
9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述斜板与水平面夹角为60°，所述超滤膜组件由中空纤维膜构成，为有机聚合物膜或无机陶瓷膜；
作为优选，根据所述的悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置的应用方法，其特征在于：步骤3中，超滤膜组件通量范围为15～45LMH，反冲洗频率为60～120min/次，反冲洗时间1～3min。
10.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤3中，跨膜压差(TMP)超过30～40kPa时，将污染膜放入有效氯含量0.5％的次氯酸钠溶液中浸泡并持续曝气进行维护清洗，浸泡时间为60～90min。
CN202410664389.3A 2024-05-27 2024-05-27 一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置及其应用方法 Pending CN118724150A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410664389.3A CN118724150A (zh) 2024-05-27 2024-05-27 一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置及其应用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410664389.3A CN118724150A (zh) 2024-05-27 2024-05-27 一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置及其应用方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118724150A true CN118724150A (zh) 2024-10-01

Family

ID=92859881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410664389.3A Pending CN118724150A (zh) 2024-05-27 2024-05-27 一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置及其应用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118724150A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119430375A (zh) * 2025-01-08 2025-02-14 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 污水处理装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1147559A (ja) * 1997-07-29 1999-02-23 Nkk Corp 排水処理装置
KR20040015928A (ko) * 2002-08-14 2004-02-21 주식회사 포스코 광촉매-분리막 혼성 수처리 반응기
CN1951828A (zh) * 2006-09-25 2007-04-25 同济大学 一种节能高效的光催化与膜过滤水处理系统
CN101733046A (zh) * 2008-11-18 2010-06-16 南京理工大学 三相流化床反应设备
CN202766327U (zh) * 2012-07-19 2013-03-06 湖南先科环保有限公司 高效可循环利用光催化工业废水处理装置
CN105858993A (zh) * 2016-04-14 2016-08-17 中国石油天然气股份有限公司 一种气田含醇废水竖向流一体化密闭处理装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1147559A (ja) * 1997-07-29 1999-02-23 Nkk Corp 排水処理装置
KR20040015928A (ko) * 2002-08-14 2004-02-21 주식회사 포스코 광촉매-분리막 혼성 수처리 반응기
CN1951828A (zh) * 2006-09-25 2007-04-25 同济大学 一种节能高效的光催化与膜过滤水处理系统
CN101733046A (zh) * 2008-11-18 2010-06-16 南京理工大学 三相流化床反应设备
CN202766327U (zh) * 2012-07-19 2013-03-06 湖南先科环保有限公司 高效可循环利用光催化工业废水处理装置
CN105858993A (zh) * 2016-04-14 2016-08-17 中国石油天然气股份有限公司 一种气田含醇废水竖向流一体化密闭处理装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
段光复: "电镀废水处理及回用技术手册 第2版", 30 June 2016, pages: 304 - 306 *
陈卫等: "河网地区水源水质净化与饮用水安全保障技术", 31 October 2020, pages: 479 - 498 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119430375A (zh) * 2025-01-08 2025-02-14 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 污水处理装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100562500C (zh) 一种饮用水深度净化方法和装置
CN112390324B (zh) 新型声光催化净水装置及其工作方法
CN205419988U (zh) 用于水处理的混合装置及应用其的漂浮式水处理设备
CN104108830B (zh) 中水深度处理及回用系统
CN104649519B (zh) 生物铁法与厌氧mbr法相结合的污水处理装置及方法
CN206447734U (zh) 一种组合式污水处理装置
CN106145343B (zh) 一种复合型厌氧膜生物反应器及其用途
CN101269903B (zh) 炼油污水的进一步深度处理工艺及装置
CN112661239B (zh) 一种陶瓷膜设备双模式水处理系统及方法
CN118724150A (zh) 一种悬浮型光催化氧化-超滤耦合反应装置及其应用方法
CN109179888B (zh) 一体式臭氧耦合膜生物反应器的废水处理装置及工艺
CN209039272U (zh) 污水处理装置
CN110713255A (zh) 一种降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置与方法
CN203999274U (zh) 一种组合深度水处理装置
CN113526728B (zh) 一种用于处理滤池反冲洗废水的快速膜滤装置及其使用方法
CN223175906U (zh) 过碳酸钠氧化强化低压膜法页岩气废水处理系统
CN114262052A (zh) 一种厌氧膜生物反应器和有机污水处理的方法
CN1446618A (zh) 一种可气冲的外压柱式中空纤维膜组件
CN216106204U (zh) 一种旁置错流曝气膜生物反应器
CN215798920U (zh) 一种防止膜污染的饮用水净化装置
CN215208865U (zh) 一种快速去除氨氮及总磷的小型污水处理装置
CN216236165U (zh) 用于页岩气废水脱盐预处理的重力驱动膜过滤系统
CN212504337U (zh) 城镇饮用水臭氧高级氧化深度处理系统
CN108163976A (zh) 一种分散式厌氧膜生物反应器
CN210656586U (zh) 一种基于mbr与臭氧多点投加结合的废水处理装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination