一种光催化型生物膜反应器的制作方法

本实用新型属于环境保护领域，具体涉及一种光催化型生物膜反应器。

背景技术：

生物膜反应器是污水处理领域应用较为广泛的水的生化处理工艺，主要是由在反应器内的填料(固定式或悬浮式填料)培养生物膜，由生物膜上的微生物实现废水的净化处理。

60年代，新型有机合成材料大量问世，生物滤池的填料由碎石、炉渣逐步改进为聚乙烯、聚苯乙烯制成的波纹板、蜂窝状等有机人工合成填料，使其比表面积和孔隙率大大增加，生物膜法得到了新的发展；到了70年代，除了普通生物滤池外，生物转盘、淹没式生物滤池和生物流化床技术得到了更多的研究与应用；近年来，又涌现出大量新型复合式生物膜反应器，如微孔膜生物反应器、气提式生物膜反应器、移动床生物膜反应器以及升流式厌氧污泥床——厌氧生物滤池等。

光催化与生物膜工艺联用的方法亦有报道，但是这种工艺不能真正实现光催化技术与生物膜技术结合在一起，只是先用传统光催化工艺处理污水之后再用传统生物膜工艺处理，导致工艺运行费用高且不能灵活运行。将光催化技术与生物膜技术结合到一起，利用新填料构建一种光催化型生物膜反应器装置则未见报道。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型将光催化工艺和生物膜工艺置于同一反应器内，通过反应器结构及填料结构的改变，从而构建一种光催化型生物膜反应器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种光催化型生物膜反应器，包括反应池，所述的反应池连接有进水管路和出水管路，进水管路连接有进水泵和废水池，所述的反应池中设有曝气装置，所述的反应池中设有隔板，所述的隔板将反应池分为第一反应池和第二反应池，所述的隔板位于反应池中间位置附近；所述的曝气装置分别置于第一反应池和第二反应池的底部，所述的第一反应池和第二反应池中均设有填料单元；

所述的填料单元包括支撑杆和填料，所述的支撑杆上设有多个填料，所述的填料外部涂覆有一层纳米光催化剂涂层；

所述的第二反应池中还设有多个紫外灯光源管，所述的紫外灯光源管围绕所述的填料单元周向均匀布置，所述的紫外灯光源管连接继电器开关。

本实用新型还具有如下区别技术特征：

所述的隔板上加工有孔，用于穿过支撑杆。

所述的隔板位于反应池中间位置。

所述的填料由固定装置安装在支撑杆上，所述的固定装置为螺栓螺母固定。

所述的支撑杆为曝气管。

所述的填料外部的纳米光催化剂涂层呈椭圆状。

所述的紫外灯光源管均匀布设有3～4根。

所述的曝气装置为穿孔管曝气。

所述的紫外灯光源管位于第二反应池内壁上。

所述的进水管路上安装有液体流量计，所述的出水管路上安装有气体流量计和空气泵。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的弹性填料表面涂覆有纳米光催化剂涂层，可以使微生物的附着力度增大，进一步增强其生物膜载体功能；另一方面，该涂层使填料内部的微生物避免受到紫外线的抑制，而外层能更多地接触紫外光源，实现对难降解物质的光催化功能，提高光催化效率。

(2)本实用新型通过继电器开关切换内置紫外灯光源的启闭，可以实现开启光催化作用和关闭光催化作用，而生物氧化作用不受影响，从而实现反应器处理不同水质的废水得以实现。

(3)本实用新型通过分别在反应池不同位置设置曝气装置，可以实现：开启光催化功能时，第二反应池的曝气装置主要为光催化反应提供搅拌，第一反应池的曝气装置主要为生物膜提供氧气，从而实现光催化型生物膜反应；不开启光催化功能时，双层曝气有助于提高生化反应的供氧率，同时反应池的高度增加会使底部微生物增压，从而增加微生物活性，提高反应器的效率。

附图说明

图1是本实用新型反应器的整体结构示意图(图中箭头表示气流或水流方向)。

图2是本实用新型的填料单元示意图(图中箭头表示水流方向)。

图中各标号表示为：1-反应池，2-进水管路，3-出水管路，4-进水泵，5-废水池，6-曝气装置，7-隔板，8-填料单元，9-紫外灯光源管，10-继电器开关，11-液体流量计，12-气体流量计，13-空气泵；

(1-1)-第一反应池，(1-2)-第二反应池；(7-1)-孔；

(8-1)-支撑杆，(8-2)-填料，(8-3)-纳米光催化剂涂层，(8-4)-固定装置。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

为了使填料具备光催化的能力，提高使用寿命，将填料采取纳米涂层改性的处理措施，具体的改性过程包括：将弹性填料用95％的乙醇清洗2遍，之后用5％的柠檬酸清洗2遍，再用蒸馏水清洗干净，风干待用。

干燥后的弹性填料用交联剂合剂(硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH550)，体积比为1:1)浸泡后，将市售纳米二氧化钛或纳米氧化锌等光催化颗粒均匀涂敷于其表面，在无菌烘箱中75℃烘干2小时即可得到改性后的弹性填料；

将填料放入反应池中，先进行生物膜的培养和驯化。

待处理污水首先由泵进入反应池，通过继电器开关10的启闭控制紫外光源管9，可实现生活污水和难降解废水的处理，处理后出水由出水管路3排出。

进水管路2、出水管路3和曝气装置6的材质为PVC或PPR。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1

结合图1至图2，一种光催化型生物膜反应器，包括反应池1，所述的反应池1连接有进水管路2和出水管路3，进水管路2连接有进水泵4和废水池5，所述的反应池1中设有曝气装置6，曝气装置6为穿孔管曝气。反应池1中设有隔板7，所述的隔板7将反应池1分为第一反应池1-1和第二反应池1-2，所述的隔板7的安装高度一般为0.375H～0.625H，H为反应池1的总高度，优选的隔板7位于反应池1中间位置；

隔板的作用为：可以避免第二反应池中的紫外光源对第一反应池中生物的影响；隔板中的孔可以使隔板同时连通两个反应区，使第二反应池中的废水快速上升至上部，又避免第二反应池中的填料中生物膜上升至第一反应池，起到固液分离的作用。

所述的曝气装置6分别置于第一反应池1-1和第二反应池1-2的底部，所述的第一反应池1-1和第二反应池1-2中均设有填料单元8；

所述的填料单元8包括支撑杆8-1和填料8-2，所述的支撑杆8-1上设有至少3个填料8-2，所述的填料8-2外部涂覆有一层纳米光催化剂涂层8-3，该涂层8-3呈椭圆状，这样既保证填料内部微生物的生长，又保护内部微生物免受紫外线的抑制。

第二反应池1-2中还设有3～4根紫外灯光源管9，紫外灯光源管位于第二反应池内壁上，所述的紫外灯光源管9围绕所述的填料单元8周向均匀布置，所述的紫外灯光源管9连接继电器开关10，通过继电器开关10切换内置紫外灯光源的启闭，可以实现开启光催化作用和关闭光催化作用。

当两个反应池中共用支撑杆时，在隔板7上加工孔7-1，用于穿过支撑杆8-1。

填料8-2由固定装置8-4安装在支撑杆8-1上，所述的固定装置8-4为螺栓螺母固定。

进水管路2上安装有液体流量计11，所述的出水管路3上安装有气体流量计12和空气泵13，用于曝气和检测流速。

另一个技术方案与本实施例相同，区别仅在于：支撑杆8-1为曝气管，通过曝气管的内部曝气，可以更好地使填料内部微生物快速增长，活性更好。

实施例2

处理生活污水：

废水池5中的废水经进水管路2、进水泵3及流量计11的控制进入反应池1内，此时开启空气泵13进行曝气，第二反应池1内紫外光源管9不开启，填料上的生物膜对废水中的有机物进行降解，使废水污染物质得到去除，处理后的水经出水管路3收集后自由水头重力出水，达到用户的要求。

将本实用新型的一种光催化型生物膜反应器用于处理生活污水，生活污水的主要污染物指标COD＝250mg/L，BOD5＝160mg/L，NH3-N＝25mg/L，TN＝30mg/L。

经上述实施方式运行，处理后出水为处理后出水COD＝50mg/L，BOD5＝10mg/L，NH3-N＝5mg/L，TN＝20mg/L，出水水质可达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)的二级标准。

实施例3

处理硝基苯生产废水：

硝基苯生产废水属于难降解废水，废水池5中的废水经进水管路2、进水泵4及流量计4的控制进入反应池12内，此时开启空气泵9进行曝气，反应池1内紫外光源管9开启，填料单元8上的光催化涂层对硝基苯废水先进行降解，之后其内部生物膜对废水中的有机物进行降解，使废水污染物质得到去除，处理后的水经出水管路3收集后自由水头重力出水，达到用户的要求。

硝基苯废水的主要污染物指标硝基苯＝10mg/L，COD＝250mg/L，BOD5＝60mg/L，NH3-N＝25mg/L。

经上述实施方式运行，处理后出水为处理后出水硝基苯＝3mg/L，COD＝90mg/L，BOD5＝20mg/L，NH3-N＝15mg/L，TN＝10mg/L。出水水质可达到污水综合排放标准(GB8978-1996)的二级标准。