专利名称：一种光催化与好氧生物法结合的水处理器及其工作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种光催化与好氧生物法结合的水处理器及其工作方法，属于水处理设备的技术领域。
背景技术：
在污废水处理中，处理设备与技术至关重要，处理设备的好坏与处理技术的优劣直接影响了污废水处理的效果，目前使用的各种水处理设备与技术，对于特定的污废水来说，处理效果基本上能达到排放要求，但这些水处理设备在使用过程中具有一定的局限性仅对单一的易被生物降解的污水污染物进行处理，然而对污水中难以被微生物降解的物质却没有任何效果，为此需要向污废水中加入其它处理药剂以达到更高的处理效果。以上处理方法还需要基于污废水处理前期和后期的检测数据实时调整需要添加的处理药剂，其处理流程繁琐、处理成本较高，针对性单一，应用范围较窄。
发明内容
针对以上的技术不足，本发明提供一种光催化与好氧生物法结合的水处理器。本发明的另一个目的是提供一种利用上述水处理器处理难生物降解废水的方法。本发明的技术方案如下一种光催化与好氧生物法结合的水处理器，包括反应筒和紫外光光源，在所述反应筒的轴向位置设置有紫外光光源；在反应筒内装填有包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒；在反应筒的底部设置有进水口和曝气盘，所述进水口通过进水管、进水泵与进水槽相连通，所述曝气盘与曝气风机相连；在反应筒的上部设置有膜组件，所述膜组件通过出水管和真空泵和集液槽相连。根据本发明优选的，所述所填装的包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒总体积占反应筒体积的1/15-1/8。根据本发明优选的，所述的紫外光光源设置在反应筒下部1/3-1/2处，紫外光光源的功率为100-125W。根据本发明优选的，在反应筒的轴向位置设置有透明有机玻璃管或石英玻璃管，所述紫外光光源设置在透明有机玻璃管或石英玻璃管内。根据本发明优选的，在反应筒外设置有电子液位计，用来计量反应筒内液面的高度，当电子液位计检测到反应筒内液面低于所述的膜组件时，控制所述的进水泵启动向进水口进水。根据本发明优选的，所述包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒，按重量百分比包括如下原料粒径范围为l-2mm的活性炭颗粒85_95份；纳米二氧化钛5-8份；好氧微生物(干重)2-5份；
所述包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒的堆积密度为O. 3-0. 5g/ml,比表面积为1500-2000m2/g，吸水率为 300-450%。根据本发明优选的，所述包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒的具体制备步骤如下(I)使用磁力恒温搅拌器在25°C下将分析纯的钛酸丁酯、分析纯的冰乙酸依次加入无水乙醇中，搅拌15 20min，得到均匀透明的淡黄色溶液；所述钛酸丁酯、冰乙酸和无水乙醇的体积份数分别为钛酸丁酯4.5-6 份；冰乙酸0.8-1. 2 份；无水乙醇12-18份；优选的，所述钛酸丁酯、冰乙酸和无水乙醇的按照体积比分别为钛酸丁酯5份；冰乙酸1份；无水乙醇15份；(2)继续搅拌，加入占步骤(I)中得到的淡黄色溶液体积百分比27-28%的HNO3-乙醇溶液；所述HNO3-乙醇溶液包括以下体积份数比的原料浓度为65-68wt% 的 HNO3 溶液0. 8-1. 2 份；无水乙醇18-22份；去离子水:I. 8-2. 2份；(3)滴加此HNO3-乙醇溶液后，继续搅拌1-1. 5h，得到二氧化钛溶胶；(4)将活性炭颗粒浸入步骤(3)制备的二氧化钛溶胶中，充分浸溃，然后提拉出来后在烘箱中于105°C下烘干2-3h，即为镀膜一次；再重复步骤(3) 2次，即为镀膜三次；(5)将镀膜三次的活性炭颗粒置于石英管式炉中，通入氮气作为保护气，在500-600°C条件下恒温煅烧4-5h，使二氧化钛牢固附着于活性炭颗粒之上，即得二氧化钛轻质颗粒；(6)将步骤(5)中制备的二氧化钛轻质颗粒置于好氧活性污泥中，在遮光、投加养料、曝气搅拌的条件下培养20-30天，即得包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒。该包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒的内部生长有好氧微生物，由于纳米二氧化钛包覆于载体颗粒的外层，即便内层负载小部分纳米二氧化钛也得不到紫外光线的辐射，因此不会产生光催化作用，好氧微生物生长在活性炭颗粒的内部，由活性炭颗粒表面的微孔提供充足的养分与氧气进行新陈代谢，排出的代谢废物在包覆二氧化钛的活性炭颗粒的表面经光催化作用被分解。根据本发明优选的，所述的膜组件中的膜为中空纤维超滤膜，膜孔径为O. 01 μ m。根据本发明优选的，所述反应筒，包括由上而下设置的筒状分离区和筒状升降区，所述筒状分离区的内径大于所述筒状升降区的内径，所述筒状分离区和筒状升降区之间设置有倾斜沉降沿。本设计的优点在于，其反应筒内径的逐步增大，降低筒内污水的扰流效应，防止沉淀物四散，加速沉淀效果，有助于反应筒上部呈现清液，减少污水对膜组件的污染。根据本发明优选的，反应筒的高度范围0. 8_2m;所述筒状分离区的高度范围O. 4-lm,内径范围O. 7-1. 8m ;筒状升降区的高度范围O. 4-lm,内径范围O. 6-1. 5m。本发明的整体尺寸具有运行稳定、占地面积小，基建投资少，便于操作管理等突出优点，整体结构大为简化，堵塞问题可以得到有效缓解。一种利用上述水处理器处理污水的方法，包括步骤如下(I)开启进水泵、曝气风机和紫外光光源，污水沿进水口进入反应筒底部，曝气盘对污水进行曝气处理；在反应筒内填装包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒的总体积占反应筒总体积的1/15-1/8 ；
(2)所述的污水与反应筒内包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒在曝气的作用下充分混合，在紫外光光源照射下、二氧化钛与废水中的难生物降解物质发生光催化反应；本发明利用二氧化钛和光催化作用将污水中难生物降解物质形成小分子易生物降解物质，最后交由颗粒内部生长的好氧微生物进行进一步分解。(3)经过步骤(2)光催化及生化反应处理后的污水上升，经膜组件过滤，再经真空泵、出水管排出。根据本发明优选的，所述步骤(I)中注入污水的流速范围f3L/h。根据本发明优选的，所述步骤(I)中通过曝气盘注入空气流速范围2飞L/h。根据本发明优选的，所述步骤(2)中紫外光光源的波长为365nm，功率为100 125W。本发明的优势在于本发明实现光催化反应与好氧膜生物反应的有机结合，与单纯使用MBR(膜生物反应器)的不同之处在于引入了光催化反应及包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒，利用二氧化钛光催化反应将废水中难生物降解物质进行降解，打断其大分子链，形成小分子易生物降解物质，最后交由载体颗粒内部生长的好氧微生物进行进一步分解，并且由于二氧化钛的光催化作用，可以将微生物残体、代谢废物进行分解。综上，本发明对于含有难生物降解物质的污水(如印染废水)具有较好的去除效果。不仅可以提高难生物降解物质的水处理效果，并且可以有效减少剩余污泥的排放，达到节约资源的目的；而且本发明专利还具有结构简单，操作方便，易于装卸，应用广泛的特点。
图I为本发明所述水处理器的结构示意图；在图I中，I、反应筒；1_1、筒状升降区；1_2、筒状分离区；2、包覆二氧化钛的活性炭颗粒；3、膜组件；4、真空泵；5、进水口 ；6、电子液位计；7、曝气盘；8、曝气风机；9、石英玻璃管；10、紫外光光源。图2是包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒的结构示意图；在图2中，11、纳米二氧化钛包覆层；12、活性炭颗粒。
具体实施例方式下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。以下实施例中所使用的包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒是按照以下原料配比及方法制备的所述包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒，按重量百分比包括如下原料
粒径范围为l_2mm的活性炭颗粒85_95份；纳米二氧化钛5-8份；好氧微生物(干重)2-5份；所述包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒的堆积密度为O. 3-0. 5g/ml,比表面积为1500-2000m2/g，吸水率为 300-450%。所述包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒的具体制备步骤如下(I)使用磁力恒温搅拌器在25°C下将分析纯的钛酸丁酯、分析纯的冰乙酸依次加入无水乙醇中，搅拌15 20min，得到均匀透明的淡黄色溶液；所述钛酸丁酯、冰乙酸和无水乙醇的体积份数分别为钛酸丁酯5份；冰乙酸1份；无水乙醇15份；(2)继续搅拌，加入占步骤(I)中得到的淡黄色溶液体积百分比27-28%的HNO3-乙醇溶液；所述HNO3-乙醇溶液包括以下体积份数比的原料浓度为65_68wt%的HNO3溶液I份；无水乙醇20份；去离子水2份；所述HNO3-乙醇溶液的配制方法为在无水乙醇中依次加入上述体积份数的去离子水和浓硝酸，并持续搅拌至充分溶解。(3)滴加此HNO3-乙醇溶液后，继续搅拌1-1. 5h，得到二氧化钛溶胶； (4)将活性炭颗粒浸入步骤(3)制备的二氧化钛溶胶中，充分浸溃，然后提拉出来后在烘箱中于105°C下烘干2-3h，即为镀膜一次；再重复步骤(3) 2次，即为镀膜三次；(5)将镀膜三次的活性炭颗粒置于石英管式炉中，通入氮气作为保护气，在500-600°C条件下恒温煅烧4-5h，使二氧化钛牢固附着于活性炭颗粒之上，即得二氧化钛轻质颗粒。(6)将步骤(5)中制备的二氧化钛轻质颗粒置于好氧活性污泥中，此处所选的活性污泥为济南光大污水一厂的活性污泥，在遮光、投加养料、曝气搅拌的条件下培养20-30天，或定期取样，直到微生物稳定生长在活性炭颗粒的内部，即得包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒。实施例I、—种光催化与好氧生物法结合的水处理器，包括反应筒I和紫外光光源10，在所述反应筒I的轴向位置、且在反应筒下部1/2处设置有125W的紫外光光源10，所述紫外光光源10设置在石英玻璃管9内；在反应筒I内装填有包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒2，所述所填装的包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒总体积占反应筒体积的1/10 ;在反应筒I的底部设置有进水口 5和曝气盘7，所述进水口 5通过进水管、进水泵与进水槽相连通，所述曝气盘7与曝气风机8相连；在反应筒I的上部设置有膜组件3，所述的膜组件中的膜为中空纤维超滤膜，膜孔径为O. 01 μ m，所述膜组件3通过出水管和真空泵4和集液槽相连。在反应筒外设置有电子液位计，用来计量反应筒内液面的高度，当电子液位计检测到反应筒内液面低于所述的膜组件时，控制所述的进水泵启动向进水口进水。
所述反应筒，包括由上而下设置的筒状分离区1-2和筒状升降区1-1，所述筒状分离区的内径大于所述筒状升降区的内径，所述筒状分离区和筒状升降区之间设置有倾斜沉降沿。所述反应筒的高度1. Sm ;所述筒状分离区1-2的高度O. 6m,内径I. 3m ;筒状升降区1-1的高度I. 2m,内径lm。实施例2、一种利用如实施例I所述水处理器处理某染料废水进行处理，该废水在处理前所含COD :500mg/L，处理方法包括步骤如下(I)开启进水泵、曝气风机和紫外光光源，污水沿进水口进入反应筒底部，注入污水的流速范围l 3L/h ;曝气盘对污水进行曝气处理，通过曝气盘注入空气流速范围2飞L/h;在反应筒内填装包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒的总体积占反应筒总体积的1/10 ；(2)所述的污水与反应筒内包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒在曝气的作用下充分混合，在紫外光光源照射下、二氧化钛与废水中的难生物降解物质发生光催化反应；(3)经过步骤(2)光催化及生化反应处理后的污水上升，经膜组件过滤，再经真空泵、出水管排出。利用实施例I所述一种光催化与好氧生物法结合的水处理器对某染料废水按照实施例2所述的方法进行处理后，其废水中COD :〈100mg/L，其中偶氮基团的消除率达到了80%以上。实施例3、利用实施例I所述一种光催化与好氧生物法结合的水处理器对某厂排出的染料废水按照实施例2所述的方法进行处理处理前，某厂排出的染料废水中COD 800-1200mg/L, B0D/C0D<0. 2。处理后，出水中COD含量降至200mg/L，其中偶氮基团的消除率达到了 80%以上。
权利要求
1.一种光催化与好氧生物法结合的水处理器，其特征在于，该水处理器包括反应筒和紫外光光源，在所述反应筒的轴向位置设置有紫外光光源；在反应筒内装填有包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒；在反应筒的底部设置有进水口和曝气盘，所述进水口通过进水管、进水泵与进水槽相连通，所述曝气盘与曝气风机相连；在反应筒的上部设置有膜组件，所述膜组件通过出水管和真空泵和集液槽相连。
2.根据权利要求I所述的光催化与好氧生物法结合的水处理器，其特征在于，所述所填装的包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒总体积占反应筒体积的I/15-1/8。
3.根据权利要求I所述的光催化与好氧生物法结合的水处理器，其特征在于，所述的紫外光光源设置在反应筒下部1/3-1/2处，紫外光光源的功率为100-125W ;在反应筒的轴向位置设置有透明有机玻璃管或石英玻璃管，所述紫外光光源设置在透明有机玻璃管或石英玻璃管内。
4.根据权利要求I所述的光催化与好氧生物法结合的水处理器，其特征在于，在反应筒外设置有电子液位计，用来计量反应筒内液面的高度，当电子液位计检测到反应筒内液面低于所述的膜组件时，控制所述的进水泵启动向进水口进水。
5.根据权利要求I所述的光催化与好氧生物法结合的水处理器，其特征在于，所述包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒，按重量百分比包括如下原料粒径范围为l_2mm的活性炭颗粒85-95份；纳米二氧化钛5-8份；好氧微生物(干重)2-5份；所述包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒的堆积密度为O. 3-0. 5g/ml,比表面积为1500-2000m2/g，吸水率为 300-450%。
6.根据权利要求5所述的光催化与好氧生物法结合的水处理器，其特征在于，所述包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒的具体制备步骤如下(O使用磁力恒温搅拌器在25°C下将分析纯的钛酸丁酯、分析纯的冰乙酸依次加入无水乙醇中，搅拌15 20min，得到均匀透明的淡黄色溶液；所述钛酸丁酯、冰乙酸和无水乙醇的体积份数分别为钛酸丁酯4. 5-6份；冰乙酸0. 8-1. 2份；无水乙醇12-18份；优选的，所述钛酸丁酯、冰乙酸和无水乙醇的按照体积比分别为钛酸丁酯5份；冰乙酸1份；无水乙醇15份；(2)继续搅拌，加入占步骤(I)中得到的淡黄色溶液体积百分比27-28%的HNO3-乙醇溶液；所述HNO3-乙醇溶液包括以下体积份数比的原料浓度为65-68wt%的HNO3溶液0. 8-1. 2份；无水乙醇18-22份；去离子水=1. 8-2. 2份；(3)滴加此HNO3-乙醇溶液后，继续搅拌1-1.5h，得到二氧化钛溶胶；(4)将活性炭颗粒浸入步骤(3)制备的二氧化钛溶胶中，充分浸溃，然后提拉出来后在烘箱中于105°C下烘干2-3h，即为镀膜一次；再重复步骤(3) 2次，即为镀膜三次；(5)将镀膜三次的活性炭颗粒置于石英管式炉中，通入氮气作为保护气，在500-60(TC条件下恒温煅烧4-5h，使二氧化钛牢固附着于活性炭颗粒之上，即得二氧化钛轻质颗粒；(6)将步骤(5)中制备的二氧化钛轻质颗粒置于好氧活性污泥中，在遮光、投加养料、曝气搅拌的条件下培养20-30天，即得包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒。
7.根据权利要求I所述的光催化与好氧生物法结合的水处理器，其特征在于，所述的膜组件中的膜为中空纤维超滤膜，膜孔径为O. 01 μ m。
8.根据权利要求I所述的光催化与好氧生物法结合的水处理器，其特征在于，所述反应筒，包括由上而下设置的筒状分离区和筒状升降区，所述筒状分离区的内径大于所述筒状升降区的内径，所述筒状分离区和筒状升降区之间设置有倾斜沉降沿；所述反应筒的高度范围0. 8-2m ;所述筒状分离区的高度范围O. 4-lm,内径范围O. 7-1. 8m ;筒状升降区的高度范围O. 4-lm,内径范围O. 6-1. 5m。
9.一种利用如权利要求I所述水处理器处理污水的方法，其特征在于，该方法包括步骤如下(1)开启进水泵、曝气风机和紫外光光源，污水沿进水口进入反应筒底部，曝气盘对污水进行曝气处理；在反应筒内填装包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒的总体积占反应筒总体积的 1/15-1/8 ；(2)所述的污水与反应筒内包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒在曝气的作用下充分混合，在紫外光光源照射下、二氧化钛与废水中的难生物降解物质发生光催化反应；(3)经过步骤(2)光催化及生化反应处理后的污水上升，经膜组件过滤，再经真空泵、出水管排出。
10.根据权利要求9所述的处理污水的方法，其特征在于，所述步骤(I)中注入污水的流速范围f3L/h ;通过曝气盘注入空气流速范围2飞L/h ;所述紫外光光源的波长为365nm，功率为 100 125W。
全文摘要
本发明涉及一种光催化与好氧生物法结合的水处理器，包括反应筒和紫外光光源，在所述反应筒的轴向位置设置有紫外光光源；在反应筒内装填有包覆二氧化钛的好氧微生物颗粒；在反应筒的底部设置有进水口和曝气盘，所述进水口通过进水管、进水泵与进水槽相连通，所述曝气盘与曝气风机相连；在反应筒的上部设置有膜组件，所述膜组件通过出水管和真空泵和集液槽相连。本发明还公开了一种利用上述水处理器处理难生物降解废水的方法。本发明实现光催化反应与好氧膜生物反应的有机结合，不仅可以提高难生物降解物质的水处理效果，并且可以有效减少剩余污泥的排放，达到节约资源的目的；而且本发明专利还具有结构简单，操作方便，易于装卸，应用广泛的特点。
文档编号C02F9/14GK102936080SQ20121042231
公开日2013年2月20日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者王燕, 闫晗, 马德方, 韩绮, 高宝玉, 岳钦艳, 李倩 申请人:山东大学