CN202643372U

CN202643372U - 微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置

Info

Publication number: CN202643372U
Application number: CN2012202756734U
Authority: CN
Inventors: 魏永
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2022-06-12

Abstract

本实用新型涉及一种微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置，包括反应器主体、进水箱和出水箱，反应器主体内设有一挡光板，挡光板将反应器主体分为光催化反应区和膜分离区，光催化反应区和膜分离区的上下两端连通，光催化反应区中设有透明灯套，透明灯套中设有紫外线光源，进水箱的出口通过管路连通光催化反应区的进口；膜分离区中设有浸没在原水的平板膜组件，平板膜组件的正下方设有气体扩散装置，气体扩散装置通过管路连接提供气源的空气泵，平板膜组件的出口通过抽吸泵及管路连通出水箱。本实用新型不仅强化了对天然有机物的去除，而且能够降低膜污染。两者构成互补关系，延长膜的使用寿命，加强了其实际使用性能。

Description

微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种饮用水处理技术领域，具体是采用TiO₂/UV催化氧化耦合膜分离去除微污染水中天然有机物（NOM）的水处理技术。

背景技术

低压操作的膜系统，即微滤（MF）和超滤（UF）膜，正越来越多地应用于饮用水处理。然而，对天然有机物（NOM）低去除率及天然有机物所造成的膜污染限制了它的实际应用，因此在膜分离之前采取合适的预处理措施是一项必要的选择。这些预处理措施中包括混凝、活性炭吸附、离子交换、臭氧氧化法和光催化氧化法等。光催化正不断发展成为一项很有前景的环境净化技术，许多研究表明，光催化技术不仅能够提高处理出水水质而且能够改变处理水中的有机物化学结构来控制膜污染。因此，耦合光催化与膜滤技术（MPR）已经得到了广泛地研究，特别是浸没式膜光催化反应器（SMPR）。由于其制备及维护成本低，浸没式膜已被广泛应用于膜生物反应器（MBR）技术中。浸没式膜组件应用的一个重要特点是利用膜组件底部的空气为膜提供机械清洗，以便减少因抽吸造成的膜反应器中过高的压力。因此这种低压甚至可以无外压的操作方式极大地降低了浸没式膜操作系统的成本。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术中天然有机物（NOM）低去除率及天然有机物所造成的膜污染的技术难题，提供一种微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置，包括反应器主体、存放原水的进水箱和存放净化水的出水箱，所述的反应器主体内设有一挡光板，所述的挡光板将反应器主体分为光催化反应区和膜分离区，光催化反应区和膜分离区的上下两端连通，光催化反应区中设有透明灯套，透明灯套中设有紫外线光源，进水箱的出口通过管路连通光催化反应区的进口；膜分离区中设有浸没在原水的平板膜组件，所述的平板膜组件的正下方设有气体扩散装置，所述的气体扩散装置通过管路连接提供气源的空气泵，所述的平板膜组件的出口通过抽吸泵及管路连通出水箱。

为控制反应时的温度，达到最佳的反应效率和效果，所述的反应器主体外壁设有冷却水循环筒，冷却水循环筒的下部设有进水口、上部设有出水口。为达到最佳的反应效率和效果，控制温度在25℃左右。

为提高反应速率，所述的反应器主体底部设有搅拌器。

进一步的，所述的搅拌器为磁力搅拌器，磁力搅拌器的搅拌子置于反应器主体内。

为了强化反应器主体两区之间的水质均匀，还具有循环泵，所述的循环泵通过管路使光催化反应区和膜分离区形成循环回路。循环流量为1L/min。

为实现自动化控制，所述的空气泵、抽吸泵和循环泵由智能控制系统控制工作。

所述的平板膜组件与抽吸泵之间的管路上具有开关阀和精密压力表。

作为优先，所述的反应器主体的长度为18cm、宽度为12cm、高度为40cm，挡光板的宽度为17.5cm、高度为22.5cm、厚度为1mm，挡光板的下端距反应器主体的底部5cm，所述的反应器主体的光催化反应区和膜分离区的体积比例为1:1。

作为优选，所述的透明灯套为石英灯套，所述的紫外线光源包括至少三个可分开控制开关的紫外线灯，所述的紫外线灯的功率为16W、所发出的紫外线波长为253.7nm，所述的紫外线灯垂直放置。

为保持反应器主体中恒定的水位，所述的反应器主体中设有显示液位高度的水位计。

本实用新型的有益效果是，本实用新型的微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置采用浸没式平板膜光催化反应器（FSMPR），配合采用悬浮的二氧化钛（P25）作为光催化剂来降解NOM，平板膜分离一方面限定了催化剂的反应环境，同时可以通过膜抽吸通量的大小来调节目标物在反应器内的停留时间，并解决了光催化剂在反应器中同时参与反应与分离的问题。两者的组合兼具有两个主要优点：不仅强化了对天然有机物的去除，而且能够降低膜污染。两者构成互补关系，延长膜的使用寿命，加强了其实际使用性能。对于平板膜组件而言，上升的气液两相流体与膜面接触面积更大，向上的剪切力会更有效地擦洗膜表面，减少光催化剂在膜表面的沉积与堵塞。强大的水气两相错流，会显著提高对平板膜表面的擦洗效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置的最佳实施例结构示意图；

图中：1.反应器主体，11.搅拌器，12.水位计，2.进水箱，3.出水箱，4.挡光板，5.光催化反应区，51.透明灯套，52.紫外线光源，6.膜分离区，61.平板膜组件，62.气体扩散装置，63.空气泵，64.抽吸泵，65.精密压力表，7.冷却水循环筒，8.循环泵，9.智能控制系统。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，本实用新型一种微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置最佳实施例，包括反应器主体1、存放原水的进水箱2和存放净化水的出水箱3，反应器主体1内设有一挡光板4，挡光板4将反应器主体1分为光催化反应区5和膜分离区6，光催化反应区5和膜分离区6的上下两端连通，光催化反应区5中设有透明灯套51，透明灯套51中设有紫外线光源52，进水箱2的出口通过管路连通光催化反应区5的进口；膜分离区6中设有浸没在原水的平板膜组件61，平板膜组件61的正下方设有气体扩散装置62，气体扩散装置62通过管路连接提供气源的空气泵63，平板膜组件61的出口通过抽吸泵64及管路连通出水箱3。

为控制反应时的温度，达到最佳的反应效率和效果，反应器主体1外壁设有冷却水循环筒7，冷却水循环筒7的下部设有进水口、上部设有出水口。为达到最佳的反应效率和效果，控制温度在25℃左右。

为提高反应速率，反应器主体1底部设有搅拌器11。

搅拌器11为磁力搅拌器，磁力搅拌器的搅拌子置于反应器主体1内。

为了强化反应器主体两区之间的水质均匀，还具有循环泵8，循环泵8通过管路使光催化反应区5和膜分离区6形成循环回路。循环流量为1L/min。

为实现自动化控制，空气泵63、抽吸泵64和循环泵8由智能控制系统9控制工作。

平板膜组件61与抽吸泵64之间的管路上具有开关阀和精密压力表65。

作为优先，反应器主体1的长度为18cm、宽度为12cm、高度为40cm，挡光板4的宽度为17.5cm、高度为22.5cm、厚度为1mm，挡光板4的下端距反应器主体1的底部5cm，反应器主体1的光催化反应区5和膜分离区6的体积比例为1:1。

作为优选，透明灯套51为石英灯套，紫外线光源52包括三个可分开控制开关的紫外线灯，紫外线灯的功率为16W、所发出的紫外线波长为253.7nm，所述的紫外线灯垂直放置。

为保持反应器主体中恒定的水位，反应器主体1中设有显示液位高度的水位计12。

以下结合具体实施介绍本实用新型：先在进水箱2及反应器主体1内充满待处理水样，然后加入TiO₂光催化剂，接着打开空气泵63和紫外线光源52开始进行反应，待处理水样连续的加入反应槽主体1内。水位计12可保证反应器主体1中恒定的水位，通过调节抽吸泵64转速可以控制平板膜组件61的膜通量的变化，通过调节时间继电器可控制抽吸泵64的运行工况（间隙抽吸，抽吸10min后停止1min），系统反应温度在冷凝循环水的辅助下控制在25℃左右。实验过程中，通过抽吸泵64的抽吸控制其恒定的膜通量30L/m²·h~90L/m²·h范围内运行。膜压差（TMP）通过安装在出水管路上的精密压力表65测试。光催化耦合平板超滤膜技术不仅保留了TiO₂在反应器主体1中悬浮的浓度，解决了细小的TiO₂分离问题，同时降解了对平板膜污染的有机物，减少了膜污染。在本研究中，采用连续模式处理太湖水，试验结果如下：

（1）一种新型的FSMPR技术被用于地表水的净化处理。反应器主体1底部的大气泡曝气，避免了TiO₂在平板膜组件61表面的沉积，保留了悬浮液中TiO₂的浓度。

（2）水力停留时间HRT为13.4h，膜通量为30L/m²·h时连续运行420min出水水质达到稳定，UV₂₅₄去除率达86%，DOC去除率也有70%，出水THMFP满足生活饮用水标准CHNSDWQ（GB5749-2006）。

（3）表观分子量AMW及亲疏水性分离结果表明，FSMPR能几乎完全去除分子量2000Da-5000Da以上的疏水性腐殖酸类物质及部分亲水性物质。在处理过程中光催化首先将疏水性的大分子腐殖酸有机物裂解为亲水性的小分子有机物，随后矿化为CO₂与H₂O，稳定出水中虽仍留有部分难以降解的亲水性有机物，但这部分有机物对膜的污染影响不大。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置，其特征是：包括反应器主体（1）、存放原水的进水箱（2）和存放净化水的出水箱（3），所述的反应器主体（1）内设有一挡光板（4），所述的挡光板（4）将反应器主体（1）分为光催化反应区（5）和膜分离区（6），光催化反应区（5）和膜分离区（6）的上下两端连通，光催化反应区（5）中设有透明灯套（51），透明灯套（51）中设有紫外线光源（52），进水箱（2）的出口通过管路连通光催化反应区（5）的进口；膜分离区（6）中设有浸没在原水的平板膜组件（61），所述的平板膜组件（61）的正下方设有气体扩散装置（62），所述的气体扩散装置（62）通过管路连接提供气源的空气泵（63），所述的平板膜组件（61）的出口通过抽吸泵（64）及管路连通出水箱（3）。

2.如权利要求1所述的微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置，其特征是：所述的反应器主体（1）外壁设有冷却水循环筒（7），冷却水循环筒（7）的下部设有进水口、上部设有出水口。

3.如权利要求1所述的微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置，其特征是：所述的反应器主体（1）底部设有搅拌器（11）。

4.如权利要求3所述的微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置，其特征是：所述的搅拌器（11）为磁力搅拌器，磁力搅拌器的搅拌子置于反应器主体（1）内。

5.如权利要求1所述的微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置，其特征是：还具有循环泵（8），所述的循环泵（8）通过管路使光催化反应区（5）和膜分离区（6）形成循环回路。

6.如权利要求5所述的微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置，其特征是：所述的空气泵（63）、抽吸泵（64）和循环泵（8）由智能控制系统（9）控制工作。

7.如权利要求1所述的微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置，其特征是：所述的平板膜组件（61）与抽吸泵（64）之间的管路上具有开关阀和精密压力表（65）。

8.如权利要求1所述的微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置，其特征是：所述的反应器主体（1）的光催化反应区（5）和膜分离区（6）的体积比例为1:1。

9.如权利要求1所述的微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置，其特征是：所述的透明灯套（51）为石英灯套，所述的紫外线光源（52）包括至少三个可分开控制开关的紫外线灯，所述的紫外线灯的功率为16W、所发出的紫外线波长为253.7nm，所述的紫外线灯垂直放置。

10.如权利要求1所述的微污染原水净化的光催化耦合膜分离反应装置，其特征是：所述的反应器主体（1）中设有显示液位高度的水位计（12）。