CN207659245U - 一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种芬顿‑光催化膜反应器废水处理装置，包括桶形的膜反应器，膜反应器连接进水阀，膜反应器内设有紫外光发生装置，所述紫外发生装置包括紫外光灯，紫外光灯外套有石英套管，膜反应器内均布的设有催化剂，所述催化剂为三氧化二铁负载的二氧化钛纳米管/纳米线；膜反应器的底部设有双氧水加药装置；膜反应器内还设有超滤膜组件，超滤膜组通过出水管路连接出水阀。本实用新型的有益效果是：可以有效回收催化剂，减少污泥产生量，优化处理过程，提高处理效率。

Description

一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置

技术领域

本实用新型属于环保领域，具体是一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置。

背景技术

印染废水是我国工业废水污染的主要来源之一，具有COD高，BOD/COD较小，可生化性差、色度高、组分复杂等特点，给生态环境和动植物健康带来一定危害。目前我国处理染料废水多采用生物法，但生物法对COD和色度的去除往往不高；其它处理方法有活性炭吸附法，超滤法，化学混凝法等，效果也都不太理想。中国专利文献CN106745662A于2017年5月31日公开了“一种非均相紫外光催化氧化降解有机废水的方法”，包括先采用化学共沉淀法制备铁锰氧体，再将铁锰氧体、有机废水和双氧水依次加入有机废水处理装置中，最后打开有机废水处理装置的紫外光源照射处理有机废水。根据该申请人介绍，该技术方案以紫外光芬顿反应，铁锰氧体及双氧水三者共同作用，充分发挥三者优势，得到良好的有机废水处理效果，利用紫外光和铁锰氧体共同催化H2O2降解50mg/L的1.2.4-酸模拟的染料废水，降解率可达85.93％，借助X射线衍射仪表征，结果表明在降解废水前后铁锰氧体的晶体结构无明显差异，铁锰氧体催化降解1.2.4酸的效果在多次使用后无明显变化。但是，紫外光芬顿反应也存在一定的缺点，芬顿反应体系的pH值要求小于3，同时消耗大量的Fe2+，反应过程产生铁污泥，造成二次污染；二氧化钛有较大的频带宽度，对应光相应频谱范围窄且自身电子-空穴复合率较高，导致光能利用率低，降解效率低，同时悬浮态的二氧化钛较难从处理后的废水中分离或回收利用，造成催化剂使用成本较高，且会带来二次污染。这些不足限制了芬顿和光催化技术的广泛应用。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是，现有芬顿-光处理装置效率较低、催化剂耗用偏高，产生污泥量较多，整体处理成本居高不下，从而提供一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置，可以有效回收催化剂，减少污泥产生量，优化处理过程，提高处理效率。

为了实现发明目的，本实用新型采用如下技术方案：一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置，包括桶形的膜反应器，膜反应器连接进水阀，膜反应器内设有紫外光发生装置，所述紫外发生装置包括紫外光灯，紫外光灯外套有石英套管，膜反应器内均布的设有催化剂，所述催化剂为三氧化二铁负载的二氧化钛纳米管/纳米线；膜反应器的底部设有双氧水加药装置；膜反应器内还设有超滤膜组件，超滤膜组通过出水管路连接出水阀。

本方案设计的芬顿-光催化膜反应器废水处理装置，在膜反应器中除了设置了紫外光发生装置外，还均布的设有三氧化二铁负载的二氧化钛纳米管/纳米线催化剂，并在膜反应器的底部设置有双氧水加药装置，并且在膜反应器内设置了超滤膜组件，超滤膜组件连接出水阀，作为处理后净水的流出通道。二氧化钛纳米管/纳米线相对于传统二氧化钛催化剂，比表面积大，是良好的催化剂和载体，易于回收利用。在本方案中，将废水置于膜处理器中，废水与三氧化二铁负载的二氧化钛纳米管/纳米线催化剂、双氧水充分混合，此时打开紫外光发生装置，启动芬顿-光催化反应。在紫外光照射下，三氧化二铁负载的二氧化钛纳米管/纳米线1产生电子及空穴，空穴与水分子形成羟基自由基等强氧化性基团；电子与三价体反应产生，促进三价铁转化为二价铁，增加了反应体系中二价铁的量，同时抑制二氧化钛纳米管/纳米线电子-空穴对的复合，二价铁与双氧水反应产生羟基自由基等强氧化性基团；双氧水在紫外光的激发下产生羟基自由基等强氧化性基团；羟基自由基等强氧化性基团氧化有机物和活性基团，将其降解为CO2、H2O和其它无毒害物质。处理后的混合液经过超滤膜组件过滤后，由出水阀流出。由于二氧化钛纳米管/纳米线与三氧化铁间的协同作用改善了各自缺陷，光催化反应、芬顿反应及紫外光直接激发双氧水三种产生羟基自由基途径，增加体系中羟基自由基含量，降低药剂消耗量，提高了有机物降解效果。铁以三氧化二铁颗粒的形式负载于二氧化钛纳米管/纳米线上，相比于传统均相芬顿，污泥生成量少，且铁能够重复利用，可显著降低催化剂使用成本。超滤膜组件又将铁和二氧化钛纳米管/纳米线截留在膜反应器中，更进一步减少了催化剂消耗。

作为优选，超滤膜组件出水管路上还并联设有反冲阀。反冲阀通过水管连接水泵。在长期使用后，超滤膜的孔会被部分堵塞，透过性能下降，此时只需要开启反冲阀，用净水反向冲刷超滤膜，就能将堵塞的孔冲开，恢复透过性。

作为优选，所述紫外光发生装置为一个或多个；当紫外光发生装置为一个时，设于膜反应器的中心位置；当紫外光发生装置为多个时，在膜反应器中均布。为了适应不同的处理量或者不同的废水中污染浓度，可以选择使用一个或若干个紫外光发生装置，分别放置在膜反应器的中部或者是在膜反应器中均布，以实现更高效更均衡的芬顿-光催化处理。

作为优选，三氧化二铁负载的二氧化钛纳米管/纳米线催化剂中的二氧化钛晶型为锐钛矿型。锐钛矿型是二氧化钛晶型中比表面积最大的一种，使用该晶型的反应效率最高。

作为优选，所述超滤膜组件中采用的膜为中空纤维膜。中空纤维膜有效面积大，减小了膜组件体积，节省设备占地。

作为优选，膜反应器中还设有搅拌装置。搅拌装置可以加快废水和催化剂的充分混合，提高处理效率。

作为优选，所述膜反应器为圆筒形，超滤膜组件位于圆筒形的一侧；搅拌装置为电动搅拌桨叶，电动搅拌桨叶位于超滤膜组件的原点对称位置的侧壁上，其轴向为圆筒形的径向。这样设计，可以使电动搅拌桨叶推动的水流朝向超滤膜组件，不仅对膜反应器中的废水起到了最大的搅拌效果，还可以通过水流冲击膜反应器，减少覆盖沉积在超滤膜组件中膜上的污渍，延缓孔被堵塞的时间。

综上所述，本实用新型的有益效果是：可以有效回收催化剂，减少污泥产生量，优化处理过程，提高处理效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

其中：1催化剂，2膜反应器，3进水泵，4进水阀，6紫外光灯，7石英套管，8双氧水加药装置，9搅拌装置，10超滤膜组件，11出水泵，12出水阀，13反冲泵，14反冲阀。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

如图1所示的实施例，为一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置，应用在印染废水处理过程中。本装置设有圆筒形的膜反应器2，膜反应器通过管道连接进水泵3和进水阀4，用来放入待处理废水。膜反应器内设有紫外光发生装置，每个紫外光发生装置内设有紫外光灯6，紫外光灯外套有石英套管7。紫外光发生装置可以是一个，设于膜反应器的中部，也可以是若干个，均布在膜反应器内，可确保紫外光的照射均匀。膜反应器的底部设有双氧水加药装置8，用来向膜反应器内添加双氧水。膜反应器内还设有催化剂1，该催化剂为三氧化二铁负载的二氧化钛纳米管/纳米线，且本例中的二氧化钛晶型为锐钛矿型。由于本装置可以连续运转，因此催化剂始终留存在膜反应器中。膜反应器内还设有超滤膜组件10，超滤膜组件使用的是中空纤维膜。超滤膜组件通过出水管路并联的连接出水水路和反冲水路，出水水路上设有出水阀12及出水泵11，反冲水路上设有反冲阀14及反冲泵13。通过出水阀和出水泵，可以将经过超滤膜组件过滤后的清水排出；在长期使用后膜上的孔被堵塞后，可以开启反冲阀和反冲泵，对膜进行反冲，恢复其透过性。膜反应器中还设有搅拌装置9，本例的搅拌装置为电动搅拌桨叶。超滤膜组件在位于膜反应器的圆筒形的一侧，而电动搅拌桨叶位于超滤膜组件的原点对称位置的侧壁上，其轴向为圆筒形的径向，动搅拌桨叶转动时形成的水流朝向超滤膜组件，可以减少超滤膜组件上污泥的沉积。

本装置在使用时，打开进水阀和进水泵，将废水置于膜处理器中，废水与三氧化二铁负载的二氧化钛纳米管/纳米线催化剂、双氧水充分混合，此时打开紫外光发生装置，启动芬顿-光催化反应。在紫外光照射下，三氧化二铁负载的二氧化钛纳米管/纳米线产生电子及空穴，空穴与水分子形成羟基自由基等强氧化性基团；电子与三价体反应产生，促进三价铁转化为二价铁，增加了反应体系中二价铁的量，同时抑制二氧化钛纳米管/纳米线电子-空穴对的复合，二价铁与双氧水反应产生羟基自由基等强氧化性基团；双氧水在紫外光的激发下产生羟基自由基等强氧化性基团；羟基自由基等强氧化性基团氧化有机物和活性基团，将其降解为CO2、H2O和其它无毒害物质。处理后的混合液经过超滤膜组件过滤后，由出水阀流出。由于二氧化钛纳米管/纳米线与三氧化铁间的协同作用改善了各自缺陷，光催化反应、芬顿反应及紫外光直接激发双氧水三种产生羟基自由基途径，增加体系中羟基自由基含量，降低药剂消耗量，提高了有机物降解效果。铁以三氧化二铁颗粒的形式负载于二氧化钛纳米管/纳米线上，相比于传统均相芬顿，污泥生成量少，且铁能够重复利用，可显著降低催化剂使用成本。超滤膜组件又将铁和二氧化钛纳米管/纳米线截留在膜反应器中，更进一步减少了催化剂消耗。

Claims (7)

1.一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置，包括桶形的膜反应器（2），膜反应器连接进水阀（4），膜反应器内设有紫外光发生装置，所述紫外光发生装置包括紫外光灯（6），紫外光灯外套有石英套管（7），其特征是，膜反应器内均布的设有催化剂（1），所述催化剂为三氧化二铁负载的二氧化钛纳米管/纳米线；膜反应器的底部设有双氧水加药装置（8）；膜反应器内还设有超滤膜组件（10），超滤膜组通过出水管路连接出水阀（12）。

2.根据权利要求1所述的一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置，其特征是，超滤膜组件出水管路上还并联设有反冲阀（14）。

3.根据权利要求1或2所述的一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置，其特征是，所述紫外光发生装置为一个或多个；当紫外光发生装置为一个时，设于膜反应器的中心位置；当紫外光发生装置为多个时，在膜反应器中均布。

4.根据权利要求1或2所述的一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置，其特征是，三氧化二铁负载的二氧化钛纳米管/纳米线催化剂中的二氧化钛晶型为锐钛矿型。

5.根据权利要求1或2所述的一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置，其特征是，所述超滤膜组件中采用的膜为中空纤维膜。

6.根据权利要求1或2所述的一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置，其特征是，膜反应器中还设有搅拌装置（9）。

7.根据权利要求6所述的一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置，其特征是，所述膜反应器为圆筒形，超滤膜组件位于圆筒形的一侧；搅拌装置为电动搅拌桨叶，电动搅拌桨叶位于超滤膜组件的原点对称位置的侧壁上，其轴向为圆筒形的径向。