申请日2010.02.10
公开(公告)日2012.05.09
IPC分类号C02F1/32; C02F1/44; C02F1/36
摘要
本发明公开一种膜分离浓水处理方法及装置，属于污水处理技术领域。膜分离浓水处理方法是膜分离浓水经过预处理后进入悬浮型光催化反应器中，在紫外光的照射下进行光催化反应，同时还通过光催化及超声波的协同作用，提高污染物的降解速率及降解效果;经过光催化氧化和超声波降解处理的废水，进入浸没式超滤系统过滤后分成过滤水和浓水，经过浸没式超滤系统过滤后的过滤水进入产水池，而浓水及光催化反应剂回流至光催化反应池中，其中光催化反应剂可循环利用，浓水中未降解的污染物则进一步降解，配合上述工艺用的一体化耦合装置将光催化氧化技术与超声波技术、膜分离技术相结合，具有分离效率高、成本低、节能、环保等优点。
摘要附图
权利要求书
1.一种膜分离浓水处理方法，其特征是步骤如下：
(1)膜分离浓水经过预处理后进入悬浮型光催化氧化池中，光催化氧化池 中加入大量光催化反应剂TiO2颗粒，在紫外光的照射下，进行光催化反应，同 时光催化氧化池中还安装有超声波发生装置，通过光催化及超声波的协同作用， 提高污染物的降解速率及降解效果;
(2)经过光催化氧化和超声波降解处理的废水，进入浸没式超滤系统过滤 后分成过滤水和浓水，经过浸没式超滤系统过滤后的过滤水进入产水池，而浓 水及光催化反应剂回流至光催化氧化池中，其中光催化反应剂TiO2颗粒可循环 利用，浓水中未降解的污染物则进入下一轮过滤降解处理。
2.根据权利要求1所述的一种膜分离浓水处理方法，其特征是：所述的光 催化氧化池内TiO2颗粒平均粒径为0.2-0.3μm，TiO2溶液浓度为1-3g/L。
3.根据权利要求1所述的一种膜分离浓水处理方法，其特征是：所述的浸 没式超滤系统包括中空纤维膜超滤膜组件，膜孔径为0.001-0.1μm，超滤膜材质 为PVDF、PES、PVC或PAN。
4.一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：包括罐体，该罐体分为光催化 氧化池和膜滤池，光催化氧化池与污水进水管连通，光催化氧化池中加有光催 化剂，光催化氧化池内还设有紫外灯照射组件，光催化氧化池的底部及侧壁安 装超声波发生装置，光催化氧化池和膜滤池之间由挡板相隔，挡板的高度足以 遮挡紫外灯照射组件发出的紫外光并被光催化氧化过的水漫过而进入到膜滤 池，膜滤池内设有浸没式超滤膜组件，膜滤池底安装有超声波发生装置，膜滤 池过滤的水通过产水/反洗水管道进入到产水池中。
5.根据权利要求4所述的一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：所述的 光催化氧化池内安装曝气管道及微孔曝气器，该微孔曝气器安装于紫外灯照射 组件的下面。
6.根据权利要求4所述的一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：所述的 超声波发生装置包括振盒和超声波换能器，振盒内安装超声波换能器，光催化 氧化池和膜滤池内的各超生波换能器通过电缆线与超声波发生器相连接。
7.根据权利要求4所述的一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：所述的 紫外灯照射组件包括紫外灯管和石英管，紫外灯管外部由透光性好的石英管套 住，紫外灯管与灯管控制器通过电缆相连，通过灯管控制器控制紫外灯管的开 关。
8.根据权利要求4所述的一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：所述膜 滤池中浸没式超滤膜组件中安装有曝气管道进行穿孔曝气，同时在整个膜组件 下方也安装有曝气管道及微孔曝气器;穿孔曝气器及微孔曝气器同时曝气实现 立体式曝气，且膜滤池中曝气管道和光催化氧化池内安装曝气管道共同连接于 鼓风机上实现对各曝气器的供气。
9.根据权利要求4所述的一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：所述膜 滤池的产水/反洗水管道上安装产水/反洗水泵，产水/反洗水管道通过阀门切换 实现产水或在线反冲洗。
10.根据权利要求4所述的一种膜分离浓水处理装置，其特征在于：所述 的膜滤池底部通过回流管道与光催化氧化池相通，回流管道上安装回流泵。
说明书
一种膜分离浓水处理方法及一体化耦合装置
技术领域
本发明公开一种膜分离浓水处理方法及一体化耦合装置，属于污水处理技 术领域，尤其是涉及光催化氧化、超声波技术及膜分离技术耦合为一体的处理 装置及方法。
背景技术
膜分离技术已经在工业污水处理和回用中得到了广泛的应用，然而膜分离 技术终究是物理分离，只是将污水浓缩的过程，经过膜分离技术处理的透析水 能够满足生产回用，但是污染物都聚集在浓水端，污水物浓度大大提高，可生 化性差，增大处理的难度。膜分离浓水的处理方法，困扰着众多的膜工程公司 以及膜使用公司，同时也制约着膜分离技术迅速发展的主要问题之一。
光催化氧化是处理高浓度有机废水的有效技术。光催化氧化技术以其氧化 能力强、无二次污染、耗能低、操作简单等优点而受到国内外研究者的广泛重 视，成为废水处理的有效方法，并已获得了一定的应用，其中催化活性高、稳 定性好、成本低的TiO2被广泛用作光催化剂。
光催化反应器按催化剂在溶液中的存在状态，可分为悬浮型、镀膜型和填 充型反应器。其中镀膜型和填充型反应器由于催化剂接触表面积相对较小，造 成了催化效率低等缺点。悬浮型光催化反应器中TiO2颗粒悬浮在液相中，颗粒 与废水接触面积大，TiO2的比表面积得到充分利用，提高了光子利用率，具有反 应速率高、反应器结构简单、操作方便等优点。然而，TiO2颗粒的分离和回收问 题制约着该技术的进一步应用。另外单纯使用光催化，效率的偏低也是制约该 项技术发展的主要问题之一。
通过将光催化氧化与膜技术耦合可以很好解决悬浮型光催化反应器的分 离、回收问题。由于有机膜表面长时间被紫外灯照射下会造成膜材料的分解， 因此所用的膜材料多为无机膜，但是无机膜也具有分离效率低，且成本高等缺 点。而有机膜具有高分离效率、设备简单、易操作、能耗少等优点，如能够解 决紫外光对有机膜的分解，将光催化反应与有机膜分离相耦合，设计出一种一 体式耦合设备，具有设备简单、占地面积小、分离效率高、成本低等特点，具 有很大的市场前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种膜分离浓水处理方法，将光催化 氧化技术与超声波技术、膜分离技术相结合，以达到高效、节能、环保的处理 高浓度有机废水的目的。
同时，配合上述工艺方法还公开了一种一体化耦合装置，具有分离效率高、 成本低、设备结构紧凑、占地面积小等优点。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种膜分离浓水处理方法，过程如下：
(1)膜分离浓水经过预处理后进入悬浮型光催化反应器中，光催化反应器 中加入大量光催化反应剂TiO2颗粒，在紫外光的照射下，进行光催化反应，同 时光催化反应池中还安装有超声波发生装置，通过光催化及超声波的协同作用， 提高污染物的降解速率及降解效果;
(2)经过光催化氧化和超声波降解处理的废水，进入浸没式超滤系统过滤 后分成过滤水和浓水，经过浸没式超滤系统过滤后的过滤水进入产水池，而浓 水及光催化反应剂回流至光催化反应池中，其中光催化反应剂TiO2颗粒可循环 利用，浓水中未降解的污染物则进一步降解进入下一轮过滤处理。
进一步，所述的光催化反应器TiO2颗粒平均粒径为0.2-0.3μm，TiO2溶液 浓度为1-3g/L。
进一步，所述的浸没式超滤系统包括膜孔径为中空纤维膜超滤膜组件，膜 孔径为0.001-0.1um，超滤膜材质为PVDF、PES、PVC或PAN。
一种膜分离浓水处理装置，包括罐体，该罐体分为光催化氧化池和膜滤池， 光催化氧化池与污水进水管连通，光催化氧化池中加有光催化剂，光催化氧化 池内还设有紫外灯照射组件，光催化氧化池的底部及侧壁安装超声波发生装置， 光催化氧化池和膜滤池之间由挡板相隔，挡板的高度足以遮挡紫外灯照射组件 发出的紫外光并被光催化氧化过的水漫过而进入到膜滤池，膜滤池内设有浸没 式超滤膜组件，膜滤池底安装有超声波发生装置，膜滤池过滤的水通过产水/反 洗水管道进入到产水池中。
进一步，所述的光催化氧化池内安装曝气管道及微孔曝气器，该微孔曝气 器安装于紫外灯照射组件的下面。
进一步，所述的超声波发生装置包括振盒和超声波换能器，振盒内安装超 声波换能器，光催化氧化池和膜滤池内的各超生波换能器通过电缆线与超声波 发生器相连接。
进一步，所述的紫外灯照射组件包括紫外灯管和石英管，紫外灯管外部由 透光性好的石英管套住，紫外灯管与灯管控制器通过电缆相连，通过灯管控制 器控制紫外灯管的开关。
进一步，所述膜滤池中浸没式超滤组件中安装有曝气管道进行穿孔曝气， 同时在整个膜组件下方也安装有曝气管道及微孔曝气器;穿孔曝气器及微孔曝 气器同时曝气实现立体式曝气。
进一步，所述膜滤池的产水/反洗水管道上安装产水/反洗水泵，产水/反洗 管道通过阀门切换实现产水或在线反冲洗。
进一步，所述的膜滤池底部通过回流管道与光催化氧化池相通，回流管道 上安装回流泵。
进一步，所述的光催化氧化池内安装曝气管道及膜滤池中曝气管道共同连 接于鼓风机上实现对各曝气器的供气。
本发明的罐体分为光催化氧化池和膜滤池，两池之间由挡板相隔，光催化 氧化池中加有TiO2颗粒，污水进入光催化氧化池后，经过紫外灯照射，进行光 催化氧化。污水漫过挡板进入膜滤池，挡板不透光，防止紫外线对浸没式超滤 膜的损害。光催化氧化池中安装有紫外灯管，紫外灯管外部由透光性好的石英 管套住。浸没式超滤组件中安装有曝气管道，进行穿孔曝气，同时在整个膜组 件下方也安装有曝气管道及微孔曝气器;穿孔曝气器及微孔曝气器同时曝气， 实现立体式曝气，大大减少了曝气量。同时浸没式超滤池底部也安装有振盒， 振盒内有安装有超声波换能器，超声波换能器通过电缆与超声波发生器相连接， 产生超声波。通过曝气气体及超声波联合作用，曝气气流及超声波使膜丝抖动， 膜丝表面在气泡剪切力及超声波的作用下避免光催化剂、污染物等的附着，有 效地减轻膜污染。浸没式超滤产水与反洗共用同一台泵，产水/反洗管道通过阀 门切换，实现产水或在线反冲洗。浸没式超滤膜组件下方还安装有回流管道， 高浓度的污水及光催化剂通过回流泵及回流管道进入光催化氧化池。膜滤池中 的高浓度的TiO2溶液通过回流泵及回流管道，进入光催化反应池中，进行循环 利用，未充分降解的高浓度的污水也一并进入光催化氧化池，进行光催化及超 声波降解。
本发明将光催化氧化技术与超声波技术、膜分离技术相结合，解决了光催 化反应效率偏低以及催化剂回收利用难等问题，大大地提高了污水处理能力以 及处理效果，具有以下优点：
1)超声波与光催化协同作用，使有机物降解效率大大提高;
2)膜分离技术应用于悬浮型光催化反应器中，彻底解决了催化剂回收难 题，同时也使悬浮型光催化反应器可用于连续水处理处理;
3)浸没式超滤采用立体曝气技术，大大减少了曝气量、降低了能耗。同 时立体曝气与超声波实时清洗技术相结合，避免光催化剂、污染物等附着 在膜丝表面，有效地减轻膜污染，从而减少了反冲洗及化学清洗的次数;
4)污水处理效率高、设备结构紧凑、占地面积小、产水水质好;采用全 自动PLC控制，大大减少了人力成本。