专利名称：用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及微污染原水的预处理装置，属于环境保护技术领域，尤其是一种用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置。
背景技术：
微污染原水是指饮用水水源主要受有机物污染，部分项目超过《地面水环境质量标准》(GB3838-20(^)中III类水体的规定标准。这类水中所含的污染物种类较多、性质较复杂，但浓度比较低。国内外的实验研究和实际生产结果都表明，常规净水工艺对微污染原水中有机物尤其是溶解性有机物的去除效果较差，对不少水厂来说，要满足出厂水CODMn小于;3mg/L的要求难度较大。另外，我国不少微污染水源水中的氨氮浓度常常可达:3mg/L以上，远远超过 《生活饮用水卫生规范》(GB5749-2006)中规定的饮用水中氨氮的含量不超过0. 5mg/L的要求，这也是常规处理工艺不能有效解决的一个难题。针对微污染水源水的这些问题，目前各水厂较常采用的处理技术包括增设预处理、强化常规工艺和延续深度处理三大部分。预处理通常是指在常规净水工艺前，采用适当的物理、化学和生化处理方法，对水中的污染物进行初级去除，减轻常规处理的负担，改善和提高饮用水水质。生化处理是一种成本较低廉，运行成熟的水处理技术，尤其是在对氨氮的去除方面有较理想的效果，光催化氧化法则对水中难降解有机物的去除有很好的效果，且具有能耗低、操作简单、反应条件温和等特点。将两种工艺相结合应用于微污染原水的预处理，发挥两者的协同作用，通过光催化过程产生的羟基自由基、超氧自由基等强氧化活性物种，不仅可有效解决微污染原水的氨氮超标问题，而且可实现常温常压催化氧化高效去除水中天然有机物(NOM)和人工合成有机物(SOC)，使有机物获得无机矿化，或提高有机物的可生化性，减少后续处理的负荷和消毒副产物的产生，保证饮用水的安全。已有研究者使用光催化-生物串联组合处理工艺来去除水中不同类型的污染物， 如H-酸，硝化纤维素，杀虫剂，EDTA和苯酚等。光催化氧化可以作为降解过程的第一步，将大分子物质分解为小分子物质，破坏有机物的分子结构，提高污染物质的可生化性。也有一些研究者使用生物氧化-光催化集成技术来降解苯酚，硝基苯酚等污染物质。生物氧化作为降解反应的第一步，然后是光催化反应。当污染物质经过生物氧化降解后，在光催化反应器中进行进一步的氧化降解，直至矿化。但上述光催化-生物氧化串联组合工艺存在工艺流程长，占地面积较大，催化效率较低等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了解决现有技术的不足，本发明提供一种用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置，结构简单，占地面积小，工艺流程短，对污染物降解效果好，易于操作的微污染原水处理装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种用于微污染原水预处理的生物
3膜-光催化集成反应装置，具有装置主体，连通装置主体的进水管路和出水管路，所述的装置主体由横向的穿孔隔板分隔成下方的生物膜生化反应区和上方的光催化反应区，生物膜生化反应区内填充生物填料，光催化反应区内填充光催化悬浮填料，生物膜生化反应区的底部设置进水管路，进水管路通过水泵连通原水，光催化反应区的顶部设置出水管路。为提高净化效果，所述的装置主体内具有串联的一级反应区和二级反应区，所述的一级反应区和二级反应区均由横向的穿孔隔板分隔成下方的生物膜生化反应区和上方的光催化反应区，一级反应区的底部设置进水管路，一级反应区的顶部出水口与二级反应区的底部进水口连通，进水管路通过水泵连通原水，二级反应区的顶部设置出水管路。具有两级净化，生化-光催化、再生化-光催化，有效提高装置对原水的中污染物的总降解效率， 减少后续处理的负荷和消毒副产物的产生，保证饮用水的安全。为更好的实现水流的切换，所述的一级反应区和二级反应区之间具有进行水流流向切换的竖向的过水廊道。原水从一级反应区的底部的进水管路进入依次通过生物膜生化反应区和光催化反应区，经过过水廊道后进入二级反应区再依次通过生物膜生化反应区和光催化反应区，最终从二级反应区的顶部的出水管路排出，过水廊道实现了一级反应区和二级反应区水流的切换。作为优选，所述的生物填料为聚丙烯，所述的光催化悬浮填料主要由聚丙烯和纳米级TiA组成的斜旋式多孔复合填料。可以通过调整填料的填充比例以适应原水水质的变化。所述的生物填料和光催化悬浮填料的密度为900-1000kg/m3，在一定量曝气作用下在水中呈流化状态。为提供充足的氧气，所述的装置主体内具有向生物膜生化反应区和光催化反应区内通气的曝气管，所述的曝气管通过风管连接外部的鼓风机，所述的曝气管为穿孔曝气管或膜片式微孔曝气管。曝气管在提高充足氧气的同时使填料呈流化状态，提高了气、液、固三相传质效率，使生物填料的生化反应效率和光催化悬浮填料的光催化效率都得到提高。为提高光催化反应区的效率，所述的装置主体顶部设有向光催化反应区辐射紫外线的紫外灯管。在紫外灯管或太阳光照射下，光催化悬浮填料上负载的TiO2受到激发，其满带和导带上分别产生空穴和自由电子，由光产生的空穴有很强的得电子能力，可夺取TiO2 颗粒表面的有机物或水中的电子，最终生成氧化能力极强的· OH自由基，使原水中难降解的有机物被氧化分解。作为优选，所述的紫外灯管发出的紫外线的波长为254nm、功率在36 90W范围可调。为便于装置的清洗维护，所述的装置主体底部具有用于放空原水的放空管和安装在放空管上控制启闭的开关阀。本发明的有益效果是，本发明的用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置将生物膜生化反应和光催化反应集成于同一反应装置中，通过中间穿孔隔板进行横向分隔，通过中间竖向过水廊道实现水流流向的切换；通过生化-光催化，再生化-光催化两级处理后，可提高反应装置对有机物的总降解效率；同时缩短了处理工艺流程，节省了占地面积。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置的第一个实施例的结构示意图；图2是本发明用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置的第二个实施例的结构示意图。图中1.装置主体，11. 一级反应区，12. 二级反应区，13.进水管路，14.出水管路，2.穿孔隔板，3.生物膜生化反应区，31.生物填料，4.光催化反应区，41.光催化悬浮填料，5.过水廊道，6.曝气管，7.紫外灯管。
具体实施例方式现在结合附图对本发明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发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。图1是本发明的用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置的第一个实施例，具有装置主体1，连通装置主体1的进水管路13和出水管路14，装置主体1由横向的穿孔隔板2分隔成下方的生物膜生化反应区3和上方的光催化反应区4，生物膜生化反应区3内填充生物填料31，光催化反应区4内填充光催化悬浮填料41，生物膜生化反应区 3的底部设置进水管路13，进水管路13通过水泵连通原水，光催化反应区4的顶部设置出水管路14。生物填料31为聚丙烯，生物填料41由聚丙烯在双螺杆挤出机上挤出成型；光催化悬浮填料41主要由聚丙烯和纳米级TiO2组成的斜旋式多孔复合填料，光催化悬浮填料41 由聚丙烯和纳米级TW2在双螺杆挤出机上共混挤出成型。生物填料31和光催化悬浮填料 41的密度为900-1000kg/m3，在曝气作用下呈流化状态。装置主体1内具有向生物膜生化反应区3和光催化反应区4内通气的曝气管6，曝气管6通过风管连接外部的鼓风机，曝气管6为穿孔曝气管或膜片式微孔曝气管。装置主体1顶部设有向光催化反应区4辐射紫外线的紫外灯管7，紫外灯管7发出的紫外线的波长为2Mnm、功率在36 90W范围可调。装置主体1底部具有用于放空原水的放空管和安装在放空管上控制启闭的开关阀。第一个实施例为一级净化处理装置。图2是本发明的用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置的第二个实施例，具有装置主体1，连通装置主体1的进水管路13和出水管路14，装置主体1内具有一级反应区11和二级反应区12，一级反应区11和二级反应区12均由横向的穿孔隔板2分隔成下方的生物膜生化反应区3和上方的光催化反应区4。一级反应区11和二级反应区12 之间具有进行水流流向切换的竖向的过水廊道5，一级反应区11的底部设置进水管路13， 进水管路13通过水泵连通原水，二级反应区12的顶部设置出水管路14，一级反应区11顶部出水口通过过水廊道5与二级反应区12的底部进水口连通。图中箭头指向表明水流方向。
生物填料31为聚丙烯，生物填料41由聚丙烯在双螺杆挤出机上挤出成型；光催化悬浮填料41主要由聚丙烯和纳米级TiO2组成的斜旋式多孔复合填料，光催化悬浮填料41 由聚丙烯和纳米级TW2在双螺杆挤出机上共混挤出成型。生物填料31和光催化悬浮填料 41的密度为900-1000kg/m3，在曝气作用下呈流化状态。装置主体1内具有向生物膜生化反应区3和光催化反应区4内通气的穿孔曝气管 6，穿孔曝气管6通过风管连接外部的鼓风机。装置主体1顶部设有向光催化反应区4辐射紫外线的紫外灯管7，紫外灯管7发出的紫外线的波长为2Mnm、功率在36 90W范围可调。装置主体1底部具有用于放空原水的放空管和安装在放空管上控制启闭的开关阀。第二个实施例为两级净化处理装置，是最优实施例。采用两级生物膜-光催化集成反应装置预处理微污染原水，当原水流量为0. 09m3/h,进水CODfc平均浓度为8. 50mg/L, NH3-N平均浓度为3. 83mg/L，水力停留时间为lh，紫外灯功率为54W，光催化悬浮填料和生物填料的填充比为40%时，对C0Dfc、NH3-N的平均去除率分别为27. 5^^Π74.3%。
权利要求
1.一种用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置，具有装置主体(1)，连通装置主体(1)的进水管路(π)和出水管路(14)，其特征在于所述的装置主体(1)由横向的穿孔隔板( 分隔成下方的生物膜生化反应区C3)和上方的光催化反应区G)，生物膜生化反应区(3)内填充生物填料(31)，光催化反应区内填充光催化悬浮填料(41)，生物膜生化反应区(3)的底部设置进水管路(13)，进水管路(1 通过水泵连通原水，光催化反应区的顶部设置出水管路(14)。
2.如权利要求1所述的用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置，其特征在于所述的装置主体⑴内具有串联的一级反应区(11)和二级反应区(12)，所述的一级反应区(11)和二级反应区(12)均由横向的穿孔隔板(2)分隔成下方的生物膜生化反应区(3)和上方的光催化反应区G)，一级反应区(11)的底部设置进水管路(13)，一级反应区(11)的顶部出水口与二级反应区(1 的底部进水口连通，进水管路(1 通过水泵连通原水，二级反应区(12)的顶部设置出水管路(14)。
3.如权利要求2所述的用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置，其特征在于所述的一级反应区(11)和二级反应区(12)之间具有进行水流流向切换的竖向的过水廊道(5)。
4.如权利要求1或2或3所述的用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置，其特征在于所述的生物填料(31)为聚丙烯，所述的光催化悬浮填料Gl)主要由聚丙烯和纳米级T^2组成的斜旋式多孔复合填料。
5.如权利要求4所述的用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置，其特征在于所述的生物填料(31)和光催化悬浮填料Gl)的密度为900-1000kg/m3。
6.如权利要求1或2所述的用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置， 其特征在于所述的装置主体(1)内具有向生物膜生化反应区(3)和光催化反应区内通气的曝气管(6)，所述的曝气管(6)通过风管连接外部的鼓风机，所述的曝气管(6)为穿孔曝气管或膜片式微孔曝气管。
7.如权利要求1或2所述的用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置，其特征在于所述的装置主体(1)顶部设有向光催化反应区(4)辐射紫外线的紫外灯管 ⑵。
8.如权利要求1所述的用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置，其特征在于所述的紫外灯管(7)发出的紫外线的波长为2Mnm、功率在36 90W范围可调。
9.如权利要求1或2所述的用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置， 其特征在于所述的装置主体(1)底部具有用于放空原水的放空管和安装在放空管上控制启闭的开关阀。
全文摘要
本发明涉及一种用于微污染原水预处理的生物膜-光催化集成反应装置，具有装置主体，连通装置主体的进水管路和出水管路，装置主体由横向的穿孔隔板分隔成下方的生物膜生化反应区和上方的光催化反应区，生物膜生化反应区内填充生物填料，光催化反应区内填充光催化悬浮填料，生物膜生化反应区的底部设置进水管路，进水管路通过水泵连通原水，光催化反应区的顶部设置出水管路。本发明将生物膜生化反应和光催化反应集成于同一反应装置中，通过中间穿孔隔板进行横向分隔，通过中间竖向过水廊道实现水流流向的切换；通过生化-光催化，再生化-光催化两级处理后，可提高反应装置对有机物的总降解效率；同时缩短了处理工艺流程，节省了占地面积。
文档编号C02F1/30GK102336503SQ201110251498
公开日2012年2月1日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者李伯平, 李振宇, 郭迎庆, 雷春生 申请人:常州大学, 江苏振宇环保科技有限公司