专利名称：工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置的制作方法
技术领域：
本发明属于工业废水处理技术领域，特别涉及一种微波无极紫外光催化氧化与膜分离耦合的水处理装置的结构设计，适用于纺织印染废水等难处理工业废水的深度处理与回用。
背景技术：
随着工业技术的发展，工业废水中的有机污染物含量越来越大，种类越来越多，成分越来越复杂，因而处理难度也越来越大。同时随着我国环境压力的日益巨大，中央和地方对工业的排放提出并制定了越来越严格的排放标准，针对工业废水的深度处理技术与设备的研发是解决以上问题的有效途径。光催化氧化技术是一种新型的水污染治理技术，具有高效、节能、适用范围广等特点，几乎可与任何有机物反应，常用来处理难生物降解的有机物，能将其直接矿化为无机小分子，具有广泛的应用前景。在该技术中，常用的光源是有电极的传统紫外光源，催化剂主要是悬浮态TW2催化剂，这是因为悬浮态催化剂TW2分布均勻，比表面积较涂覆式大十几倍，催化效率更高；但细小T^2微粒(直径一般小于ι μ m)不易为传统的分离技术(絮凝、沉淀)分离回收，重复利用率低，排出液易产生二次污染，严重限制了其应用。将光催化与膜分离联合应用可以有效的解决TiO2催化剂的流失与重复利用问题。中国专利《与膜分离设备相组合的悬浮光催化氧化水处理方法及其装置》(授权公告号CN1125782C)公开了一种悬浮光催化氧化水处理方法及装置，该方法是使具有多孔结构、粉末状的光催化剂颗粒与待处理水混合形成悬浮催化剂的混合液；将混合液送入反应器，并对该混合液进行强制循环。在反应器内设有灯区和膜区两部分，灯区内设有多个紫外灯光源，在膜区内设置膜分离装置，紫外灯产生的光可被催化剂有效利用，使经处理后的水与催化剂颗粒分离，处理水经过膜分离装置过滤后被抽出该反应器，催化剂被截留在反应器内循环使用，使水处理过程实现连续运行。中国专利《一种悬浮光催化氧化水处理装置》 (授权公告号CN1202020C)公开了一种悬浮光催化氧化水处理装置，在CN1125782C的基础上，通过微孔板的满底曝气和辅助多孔布气管的间歇曝气，防止粉末催化剂的下沉，同时有利于有机物的高效分解，防止膜堵塞，有效的延长了处理周期，同时通过在灯区设置通风装置，解决了由于灯管温度升高所造成的灯管表明结垢等问题。中国专利《去除水中天然有机物的连续浸没式光催化膜处理装置》(授权公告号CN1290774C)公开了一种去除水中天然有机物的连续浸没式光催化膜处理装置，其采用纤维素过滤器代替了微滤膜以克服膜堵塞问题，并适用于水中天然有机物的处理，不仅可减少出水的C0Dfc、T0C，还可使出水的病原菌、细菌等大大降低。其它中国专利还包括《一体式光催化氧化-膜分离流化床反应器》 (专利号ZL2006101(^9881.2)、《光催化氧化-膜分离循环流化床反应装置》(申请公布号 CN101875001A)等。以往申请的专利中均采用传统的有电极紫外光源，膜分离组件以有机的帘式膜组件为主，亦有无机膜组件，也包括精密过滤组件；在形式上以一体化反应器为主，也包括光催化和膜分离的分置式反应器。总体来讲，主要存在如下弊端由于采用的光源是传统的有电极紫外光源，其在结构设计上更为复杂，光源在寿命上较短，光谱辐射不均勻，同时需要专门设计的光源冷却系统对其进行冷却，在能耗上更大；其二是以往的专利均是光催化和膜分离的一种简单集成，没有体现出耦合的意义，因此必然影响其经济经济性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，该装置中采用的微波无极紫外光源可克服传统光源的不足，并通过空气系统将光源系统、膜分离系统实现有机的耦合，最终实现工业废水，尤其是印染废水的深度处理。本发明解决其技术问题采用以下的技术方案
本发明提供的工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其主要由反应器，膜分离系统，微波无极紫外光源系统，曝气系统，以及与反应器连通的臭氧尾气分解装置、进出水系统组成，其中反应器内部的上下方分别是反应区与曝气区，它们以布水板隔开；膜分离系统和微波无极紫外光源系统位于反应区中，且由波纹状隔板隔开；曝气系统由微孔曝气头和鼓风机组成，微孔曝气头位于曝气区的底部，鼓风机通过空气管道向曝气区送风。所述反应器，其内部可以根据水质的不同装填不同质量浓度、不同粒径的TiO2，其质量浓度为lg/L-4g/L，其粒径为20nm-100Mm。所述膜分离系统可以采用商业用帘式中空纤维膜组件或平板膜组件，该膜组件的材质为PVDF，孔径为0. 1-0. 2Mm。所述膜分离系统可以有两套，它们对称布置在微波无极紫外光源系统的外围；两套膜分离系统交替工作，在其中一套膜分离系统工作出水的同时，另外一套膜分离系统则进行曝气清洗。所述波纹状隔板，其与水平方向的夹角为60°。所述微波无极紫外光源系统可以由微波装置和无极紫外光源组成，它们由连接螺丝、连接拉杆及密封圈实现连接与密封，其中微波装置位于无极紫外光源的上部，该微波装置主要由波导头、磁控管组成，由水冷控制，在磁控管的上下方分别安装进水口和出水所述无极紫外光源设有一个位于石英套管中的发光体，该发光体可以通过发光体支架与底座相连，在石英套管的上下方分别设进气孔和出气孔。所述进水系统可以由以管道相连的进水箱和进水泵组成，进水泵通过进水管道与反应器内部连通。所述出水系统可以由以管道相连的出水泵和出水箱组成，出水泵通过出水管道与膜分离系统连通。本发明提供的上述工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其用于工业废水处理。所述工业废水为纺织印染废水。本发明与以往技术相比，具有以下优点及突出性进步
本发明通过在无电极灯外加装一层石英套管，使得无电极灯的发光体可以完全浸没于水体中，并应用该系统代替了传统的有电极紫外光源，为该装置的运行提供了更均勻的光谱辐射与更短波长的紫外光源，可提高装置的使用寿命并有利于提高反应器的降解效率; 二是一种气源满足三个功能需求，同时实现发光体的冷却，用作产生臭氧的气源及用作曝气的气源，通过气源的有效运用实现光催化和膜分离的耦合；三是在同一反应器中，在不添加额外氧化剂的前提下，实现难降解有机物的uv/o/TiA协同催化氧化。同时，本发明在以下方面还对以往发明专利做出了改进通过波纹隔板实现废水导流的同时，在膜表面附近产生局部紊流，有效降低膜污染的进程，二是在同一反应器中构建两套交替运行的双膜系统，进一步克服膜污染，实现反应器的连续运行。本发明同现有技术比较光源寿命可达到2万小时(同家用微波炉中微波头的使用寿命)，同时短波紫外光(2Mnm)强度同传统光源相比可提高10倍，反应器不需要设置专门的膜区的专用曝气装置，反应器产生的臭氧量可达0. 045mg/min,脱色率可提高20%，TOC 去除率可提高40%。
图1为本发明的结构示意图。图2为微波无极紫外光源系统的结构示意图。图中1.反应器；2.膜分离系统；3.波纹状隔板；4.微波无极紫外光源系统； 5.布水板；6.微孔曝气头；7.臭氧尾气分解装置；8.鼓风机；9.进水箱；10.进水泵；11.出水泵；12.出水箱；13.出气孔；14.石英套管；15.进气孔；16.波导头； 17.进水口 ；18.磁控管；19.出水口 ； 20.发光体支架；21.发光体；22.底座。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。本发明提供的工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其结构如图1所示主要由反应器1，膜分离系统2，微波无极紫外光源系统4，曝气系统，以及与反应器1连通的臭氧尾气分解装置7、进出水系统组成。其中反应器1内部的上下方分别是反应区与曝气区，它们以布水板5隔开。膜分离系统2和微波无极紫外光源系统4位于反应区中，且由波纹状隔板3隔开。曝气系统由鼓风机8和微孔曝气头6组成，微孔曝气头6位于曝气区的底部，鼓风机8通过空气管道向曝气区送风。所述反应器1，其内部根据水质的不同装填不同质量浓度、不同粒径的TiO2，其粒径在20nm-100Mm之间，其质量浓度在lg/L_4g/L之间。所述膜分离系统2有两套，它们对称布置在微波无极紫外光源系统4的外围，并且由波纹状隔板3隔开。每套膜分离系统为商业用帘式中空纤维膜组件或平板膜组件，膜组件的材质为PVDF，孔径为0. 1-0. 2Mm。两套膜分离系统交替工作，在其中一套膜分离系统工作出水的同时，另外一套膜分离系统则进行曝气清洗。所述波纹状隔板3，其与水平方向的夹角为60°，同时完成三个功能一是将膜分离系统与微波无极紫外光源系统分开，保证膜组件不受到紫外光的照射；二是在反应器中对水流起到一种导流作用；三是在膜组件附近造成局部紊流，以缓解膜组件的污染进程。所述微波无极紫外光源系统4，其由微波装置和无极紫外光源组成，它们由连接螺丝、连接拉杆及密封圈实现连接与密封。如图2所示微波装置位于无极紫外光源的上部， 该装置主要由波导头16和磁控管18组成，由水冷控制。波导头16的下端装在微波装置的上方，波导头16的侧部安装磁控管18。在磁控管18的上下方分别安装进水口 17和出水口 19。无极紫外光源设有一个位于石英套管14中的发光体21，该发光体通过发光体支架20 与底座22相连，在石英套管14的上下方分别设进气孔15和出气孔13。所述进水系统由以管道相连的进水箱9和进水泵10组成，进水泵通过进水管道与反应器1内部连通。所述出水系统由以管道相连的出水泵11和出水箱12组成，出水泵通过出水管道与膜分离系统2连通。所述臭氧尾气分解装置7，根据处理规模，由不同处理能力的商业用臭氧尾气分解装置组成。所述鼓风机8，其提供的空气同时完成三个功能，并实现整个装置中微波无极紫外光催化氧化系统与膜分离系统的耦合运行，一是空气首先通过微波无极紫外光源系统以冷却发光体，二是作为产生臭氧的空气源，在发光体产生的短波紫外光下产生一定浓度的臭氧，三是在经过微波无极紫外光系统后，通过微孔曝气头对反应器进行曝气。该气体为空气与臭氧的混合气体，可保证催化剂的充分悬浮，对膜组件进行清洗，同时其中的臭氧气体可协同紫外光(UV)对有机污染物进行降解。本发明提供的工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其工作过程如下
水流过程废水储存在进水箱9中，通过进水管道和进水泵10泵入反应器1，在反应器底部，废水通过聚氟乙烯(PVC)布水板5布水，经过波纹状隔板3导流后，废水中的有机污染物在UV/03/TiA的协同作用下得到降解，然后通过与膜组件分离系统2连接的出水泵11 泵入出水箱12，在工作过程中，两套膜组件分离系统按照一定的时间间隔交替出水。气流过程鼓风机8产生的空气通过进气孔15首先进入微波无极紫外光源系统 4，提供发光体21冷却所需要的空气，在空气流经发光体的过程中，发光体产生的短波紫外辐射激发空气中的A产生03，空气与O3的混合气体经过出气孔13与反应器底部的微孔曝气头6相连，并通过均勻布置在反应器底部的微孔曝气盘曝气，曝气一方面保证反应器中的催化剂TW2处于悬浮状态，另一方面对膜表面形成冲刷以降低膜污染，同时O3协同UV/ 打02对废水中的有机物进行讲解，最后，空气及剩余的03通过顶部的臭氧尾气分解装置7后排入大气。微波无极紫外光源系统4的工作过程通过磁控管18及波导头16等主要部件组成的功率可调的微波发生系统产生微波，微波功率在300w-1000w之间，发光体21由微波激发发光，光透过石英套管42与水中的有机物作用降解有机物，通过与空气中的O2作用产生 03。发光体21的形状为棒状，其填充惰性气体为Ar气，填充金属为Hg，其直径为15mm，长度为600-800mm，一套微波紫外系统中发光体的个数为6_12支。发光体通过石英材质的发光体支架20支撑并固定，在同一反应器中，可根据实际水质水量的需要设置多套微波无极紫外光源系统。在微波无极紫外光源系统工作的过程中，磁控管18需设置冷却系统，本发明采用水冷系统，冷却水经进水口 17流入，经出水口 19流出。本发明提供的上述工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其工
6作过程是空气供给系统产生的空气首先通过微波激发的无电极灯紫外光系统，在稳定灯管温度的同时，通过无电极紫外灯的短波辐射产生一定浓度的臭氧，臭氧和空气的混合气体通过微孔曝气装置对反应器进行连续曝气，臭氧协同紫外光对废水中的有机污染物进行 03/UV、03/UV/Ti02协同氧化及协同催化氧化。在同一反应器设置双膜体系，在一套膜组件工作出水的同时，另外一套膜组件空曝气清洗，循环工作保证整套装置能够长时间连续运行。本发明提供的上述工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其用于工业废水处理，特别适用于纺织印染废水等难处理工业废水的深度处理与回用。下面以处理印染废水为例，来说明本装置的作用及有关部件的结构。处理对象为100mg/L活性艳红XIB模拟染料废水，光催化剂粒径0. lMm，浓度Ig/ L，气量 1. 2m3Aο微波光氧化-膜分离耦合装置尺寸为LXWXH=400mmX250mmX400mm，反应器容积40L，靠近反应器壁安装两套帘式膜组件，材质为PVDF，膜孔径0. 1-0. 2Mm，膜面积lm2，通量10L/m2 h，交替运行周期2小时。微波无极紫外光源一套置于反应器中部，灯支数6支， 微波功率lOOOw。布水板为聚氯乙烯(PVC)材质，钻孔直径2mm，孔间距5mm，底部采用圆形微孔曝气盘曝气。尾气通过通风橱排出。在连续运行60天情况下，膜组件能保持稳定的通量运行，无堵塞现象。本装置对活性艳红X-3B处理，脱色率达到100%，TOC去除率达到80%。出水浊度0. 5NTU。
权利要求
1.一种工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其特征是该装置主要由反应器(1)，膜分离系统(2)，微波无极紫外光源系统(4)，曝气系统，以及与反应器(1)连通的臭氧尾气分解装置(7)、进出水系统组成，其中反应器(1)内部的上下方分别是反应区与曝气区，它们以布水板(5)隔开；膜分离系统(2)和微波无极紫外光源系统(4)位于反应区中，且由波纹状隔板(3)隔开；曝气系统由微孔曝气头(6)和鼓风机(8)组成，微孔曝气头(6 )位于曝气区的底部，鼓风机(8 )通过空气管道向曝气区送风。
2.按照权利要求1所述的工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其特征在于所述反应器(1)，其内部根据水质的不同装填不同质量浓度、不同粒径的TiO2，其质量浓度为lg/L-4g/L，其粒径为20nm-100Mm。
3.按照权利要求1所述的工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其特征在于所述膜分离系统(2)为商业用帘式中空纤维膜组件或平板膜组件，该膜组件的材质为PVDF，孔径为0. 1-0. 2Mm。
4.按照权利要求3所述的工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其特征在于所述膜分离系统(2)有两套，它们对称布置在微波无极紫外光源系统(4)的外围；两套膜分离系统交替工作，在其中一套膜分离系统工作出水的同时，另外一套膜分离系统则进行曝气清洗。
5.按照权利要求1所述的工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其特征在于所述波纹状隔板(3)，其与水平方向的夹角为60°。
6.按照权利要求1所述的工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其特征在于所述微波无极紫外光源系统(4)由微波装置和无极紫外光源组成，它们由连接螺丝、连接拉杆及密封圈实现连接与密封，其中微波装置位于无极紫外光源的上部，该微波装置主要由波导头(16)、磁控管(18)组成，由水冷控制，在磁控管(18)的上下方分别安装进水口(17)和出水口(19)。
7.按照权利要求6所述的工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其特征在于所述无极紫外光源(4)设有一个位于石英套管(14)中的发光体(21)，该发光体通过发光体支架(20)与底座(22)相连，在石英套管(14)的上下方分别设进气孔(15)和出气孔(13)。
8.按照权利要求1所述的工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，其特征在于所述进水系统由以管道相连的进水箱(9)和进水泵(10)组成，进 水泵通过进水管道与反应器(1)内部连通；所述出水系统由以管道相连的出水泵(11)和出水箱(12)组成，出水泵通过出水管道与膜分离系统(2)连通。
9.权利要求1至8中任一权利要求所述工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置的用途，其特征在于该装置用于工业废水处理。
10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于所述工业废水为纺织印染废水。
全文摘要
本发明是一种工业废水微波无极紫外光催化-双膜分离耦合处理装置，该装置主要由反应器(1)，膜分离系统(2)，微波无极紫外光源系统(4)，曝气系统，以及与反应器连通的臭氧尾气分解装置(7)、进出水系统组成，其中反应器内部的上下方分别是反应区与曝气区，它们以布水板(5)隔开；膜分离系统和微波无极紫外光源系统位于反应区中，且由波纹状隔板(3)隔开；曝气系统由微孔曝气头(6)和鼓风机(8)组成，微孔曝气头位于曝气区的底部，鼓风机通过空气管道向曝气区送风。本发明具有反应速率高、有机物降解彻底、能长期运行等特点，其操作性强，安全性高。适用于难降解有机工业废水的处理，也适用于给水领域中杀菌与消毒。
文档编号C02F1/78GK102260003SQ20111014367
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者夏东升, 曾庆福, 杨俊 , 王火青, 王立军 申请人:武汉纺织大学