一种多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置和方法
【专利摘要】一种多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置，包括：过滤器，一级光催化剂反应器，二级光催化剂反应器，酸化水解池，膜生物反应器；上述器、池之间用管道连通。高浓度有机物在紫外光及催化剂的作用下，迅速降解为CO2、H2O等无毒无害的小分子。本发明的优点是：①催化反应速度快；有机污水在光催化反应器内停留时间可控制在4h内；②降解无选择性，包括氯代有机物、多环芳烃等难降解有机物；③无二次污染，有机物彻底被分化降解为CO2和H2O等无害物质；④应用范围广，几乎所有的有机污水都可以采用，如造纸废水、印刷废水、农药废水等；⑤与MBR膜生物反应器技术相结合，系统设备投资小，运行成本低。
【专利说明】一种多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及废水处理【技术领域】，具体地说是一种多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置和方法。
【背景技术】
[0002]化工、医药、液晶等工业过程中产生的有机胺液废水中含有大量的甲胺、甲醇、环氧氯丙烷、甲苯、苯酚、碳酸钠、甲醇钠等数十种有机物和盐.该类高浓度有机废水一直以来是水处理领域的老大难问题.水处理工作者经过多年探索，目前在工业上运用的主要有曝气吹脱、蒸馏及预处理方法.但曝气吹脱法虽然能有效去除C0D，却会造成环境的二次污染，简单的说，是将有毒有害的有机物从水中转移到大气中，未从根本上解决问题；精馏法虽然避免了环境的二次污染，但却是高耗能的一种预处理方法，运行费用之高，致使很多生产企业望而却步.自从1972年发现在电解水的过程中TiO2电极具有光敏作用以来，TiO2半导体就受到人们的关注并得到广泛的运用，1976年，CAREY等发现在紫外线照射下，纳米TiO2可使难降解有机化合物多氯联苯脱氯，开创了半导体纳米材料催化降解应用的新篇章。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是充分利用TiO2光催化降解的原理，开发了利用光催化反应器并结合膜生物反应器的处理方法，应用范围为处理难降解有机废水，COD含量可以高达10000-50000mg/L,组 分可以达到数十种,如同时含四氢呋喃、乙醇、三苯基磷、叔丁醇、二氯甲烷、甲苯、1，4对苯二酚、石油醚、甲基及丁基醚、碳酸钠等。有效的解决了高浓度有机胺废水的处理问题，既无二次污染，又大大地降低了传统该类废水处理成本高的问题。
[0004]本发明是一种多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置，包括:过滤器，一级光催化剂反应器，二级光催化剂反应器，酸化水解池，膜生物反应器；上述器、池之间用管道连通。
[0005]所述的过滤器，包括:过滤器体，过滤器体内设置有絮凝剂加药罐A、混合罐B、沉淀分离罐C、过滤器罐D。上述设备依次用管道连接，并形成一撬块结构。其中过滤器中内构件为活性碳或石英砂或陶瓷滤芯中的一种。
[0006]所述的一级光催化剂反应器，包括:反应器体E1，反应器体内设置有隔板Gl、Ti02光催化剂载体F1、紫外光源HI。其中隔板采用折流板式，折流板形式为矩形、圆形、弓形；优选矩形。光催化剂载体形式为规整填料、散装填料、板式；优选散装填料。填料材料材质为SiO2玻璃、304L不锈钢板、316L不锈钢、陶瓷、碳化硅、聚四氟乙烯。
[0007]所述的二级光催化剂反应器，包括:反应器体E2，反应器体E2内设置有隔板G2、Ti02光催化剂载体F2、紫外光源H2。其中隔板采用折流板式，折流板形式为矩形、圆形、弓形；优选矩形。光催化剂载体形式为规整填料、散装填料、板式；优选散装填料。填料材料材质为SiO2玻璃、304L不锈钢板、316L不锈钢、陶瓷、碳化硅、聚四氟乙烯。[0008]所述的酸化水解池，包括:酸化水解池体Q (池体为混凝土结构)，酸化水解池体内设置有隔墙S和隔墙T。酸化水解池由隔墙分解为①区、②区、③区。①区为进水区，内设置有多个水流推进器R。②区为水解酸化区。③区为出水区，由泵将处理水抽出。①区、②区、③区通过隔墙低部的孔洞U和孔洞W连接。
[0009]所述的膜生物反应器，包括:反应器体0，反应器体内设置有膜组件I和K、曝气射流装置L和M。其中膜组件为浸没式中空纤维，材料优选PVDF或PP，孔径优选0.04~0.2um。膜生物反应器为MBR，型式可为整体撬装或池内安装，可并联或串联。
[0010]本发明一种多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的方法，其步骤如下:
(1)高浓度有机废水经过预处理后进入到高效一体化过滤器，有机废水经高效一体化过滤器撬块结构去除浊度后，经计量泵送到一级光催化剂反应器中。在一体化过滤器撬块结构中预处理后的有机废水与来自絮凝剂罐的水絮凝剂在混合罐中充分混合，并经沉淀分离罐分离后，进入到过滤器罐，经过过滤后出水浊度小于INTU ； (2)在一级光催化剂反应器中，在催化剂、氧化剂H2O2及紫外线的作用下，将绝大部分的含碳有机物分解为CO2和H2O,废水COD得到显著降低，可生化性显著增强，其中氧化剂H2O2的加入量为10~20kg/t水；
(3)经过一级光催化反应器后，处理后的废水进一步送到二级光氧化反应器中，在紫外线和催化剂的复合作用下，尚未完全分解的有机物在氧化剂H2O2的作用下几乎全部得到降解，其中氧化剂H2O2的加入量为10~20kg/t水。注:光催化反应器一级与二级一样，即为串联;
(4)降解后的废水基本能达到生化处理的要求。来自二级光氧化催化反应器的废水进入酸化水解池进一步酸化，池中水解酸化菌利用H20电离的H+和0H_将有机物中的C-C键打开，一端加入H+，一端加入0H_，从而将长链水解为短链，提高污水的可生化性，更加有利于生化处理；
(5)来自酸化水解池的废水进入到膜生物反应器中，生物膜对含泥污水进行改善，实现泥水分离，利用膜对高效生物菌如硝化菌的截留作用，使微生物截留在生物膜反应器中，从而保证污水中有机物氮的深度去除，并达到排放标准排入产水池；
(6)废水生化处理并达到排水要求排放到产水池中，产水池即有盛水池。池内水达到一定液位，就向外界排放。
[0011]所述的光催化剂采用TiO2及TiO2的掺杂物。
[0012]所述的TiO2的掺杂物选取Pt、Ag、B ；Ti02和Pt、Ag、B的配比为:99:1~98:2 (质
量比)。
[0013]光催化剂载体材料材质为SiO2玻璃、304L不锈钢、316L不锈钢、陶瓷、碳化硅、聚四氟乙烯。
[0014]光催化反应器中诱导光源为紫外光，紫外光线波长优选387.5nm。
[0015]本发明一种多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置和方法的优点是:①催化反应速度快；有机污水在光催化反应器内停留时间可控制在4h内；②降解无选择性，包括氯代有机物、多环芳烃等难降解有机物；③无二次污染，有机物彻底被分化降解为CO2和H2O等无害物质；④应用范围广，几乎所有的有机污水都可以采用，如造纸废水、印刷废水、农药废水等?’⑤与MBR膜生物反应器技术相结合，系统设备投资小，运行成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为工艺流程示意图；
图2为过滤器的结构示意图；
图3为一级光催化剂反应器示意图；
图4为二级光催化剂反应器示意图；
图5为酸化水解池示意图；
图6为膜生物反应器示意图。
[0017]图6中N是检查孔，P是曝气流出口。
【具体实施方式】
[0018]根椐图1-图6所示，一种多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置，包括:过滤器，一级光催化剂反应器，二级光催化剂反应器，酸化水解池，膜生物反应器；上述器、池之间用管道连通。
[0019]所述的过滤器，包括:过滤器体。过滤器体内设置有絮凝剂加药罐A、混合罐B、沉淀分离罐C、过滤器罐D。上述设备依次用管道连接，并形成一撬块结构。其中过滤器中内构件为活性碳或石英砂或陶瓷滤芯中的一种。
[0020]所述的一级光催化剂反应器，包括:反应器体E1，反应器体内设置有隔板Gl、Ti02光催化剂载体F1、紫外光源HI。其中隔板采用折流板式，折流板形式为矩形、圆形、弓形；优选矩形。光催化剂载体形式为规整填料、散装填料、板式；优选散装填料。填料材料材质为SiO2玻璃、304L不锈钢板、316L不锈钢、陶瓷、碳化硅、聚四氟乙烯。
[0021]所述的二级光催化剂反应器，包括:反应器体E2，反应器体内设置有隔板G2、Τ?02光催化剂载体F2、紫外光源H2。其中隔板采用折流板式，折流板形式为矩形、圆形、弓形；优选矩形。光催化剂载体形式为规整填料、散装填料、板式；优选散装填料。填料材料材质为SiO2玻璃、304L不锈钢板、316L不锈钢、陶瓷、碳化硅、聚四氟乙烯。
[0022]所述的酸化水解池，包括:酸化水解池体Q，池体为混凝土结构，酸化水解池体内设置有隔墙S和T。酸化水解池由隔墙分解为①区、②区、③区。①区为进水区，内设置有多个水流推进器R。②区为水解酸化区。③区为出水区，由泵将处理水抽出。①区、②区、③区通过隔墙低部的孔洞U和W连接。
[0023]所述的膜生物反应器，包括:反应器体0，反应器体内设置有膜组件I和K、曝气射注装置L和M。其中膜组件为浸没式中空纤维，材料优选PVDF或PP，孔径优选0.04~0.2um。膜生物反应器为MBR，型式可为整体撬装或池内安装，可并联或串联。
[0024]本发明一种多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的方法，其步骤如下:
(1)高浓度有机废水经过预处理后进入到高效一体化过滤器，有机废水经高效一体化过滤器撬块结构去除浊度后，经计量泵送到一级光催化剂反应器中。在一体化过滤器撬块结构中预处理后的有机废水与来自絮凝剂罐的水絮凝剂在混合罐中充分混合，并经沉淀分离罐分离后，进入到过滤器罐，经过过滤后出水浊度小于INTU ；
(2)在一级光催化剂反应器中，在催化剂、氧化剂H2O2及紫外线的作用下，将绝大部分的含碳有机物分解为CO2和H2O,废水COD得到显著降低，可生化性显著增强，其中氧化剂H2O2的加入量为10~20kg/t水；
(3)经过一级光催化反应器后，处理后的废水进一步送到二级光氧化反应器中，在紫外线和催化剂的复合作用下，尚未完全分解的有机物在氧化剂H2O2的作用下几乎全部得到降解，其中氧化剂H2O2的加入量为10~20kg/t水。注:光催化反应器一级与二级一样，即为串联;
(4)降解后的废水基本能达到生化处理的要求。来自二级光氧化催化反应器的废水进入酸化水解池进一步酸化，池中水解酸化菌利用H20电离的H+和0H_将有机物中的C-C键打开，一端加入H+，一端加入0H_，从而将长链水解为短链，提高污水的可生化性，更加有利于生化处理；
(5)来自酸化水解池的废水进入到膜生物反应器中，生物膜对含泥污水进行改善，实现泥水分离，利用膜对高效生物菌如硝化菌的截留作用，使微生物截留在生物膜反应器中，从而保证污水中有机物氮的深度去除，并达到排放标准排入产水池；
(6)废水生化处理并达到排水要求排放到产水池中，产水池即有盛水池。池内水达到一定液位，就向外界排放。
[0025]以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但是本发明的保护范围并不局限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
[0026]本发明处理废水的技术原理在于=TiO2的掺杂物(Pt为1%)在有紫外光线(波长n=387.5nm)参与的条件下，与氧化剂H202和污水中难降解有机物之间会发生一种化学反应和氧化还原过程。经过一系列的反应，产生了各种具有强氧化或还原能力的自由基。这些粒子的活性高，对反应物几乎无选择性，可以破坏有机物的C-C，C-N, C-H, C-0, N-H和O-H键，因而能氧化与TiO2颗粒接触的很多有机介质，将其最终降为CO2和H2O等无害物质。
实施例
[0027]某液晶生产废水，水中含有四氢呋喃、乙醇、二氯乙烷、石油醚、冰醋酸等多种有机物分子。分子结构较为稳定，属于一种难降解的高浓度有机废水，水质水量如下:
生产废水水量:40m3/h。
[0028]废水水质:C0D=10000mg/L，B0D5=3000mg/L, PH=6~8，主要有机物含量分数(质量):四氢呋喃6.67%，乙醇1.21%，二氯甲烷0.09%，石油醚0.02%、1，4对苯二酚0.01%等。
[0029]上述废水通过调匀池调节后，用泵送到一体化高效过滤器去除浊度，再通过计量泵送到一级光催化剂反应器中，加入H2O2 400kg/h,在T102催化剂(含Ptl%)及紫外线(波长为387.5nm)的作用下，84%的含碳有机物分解为CO2和H2O,废水COD得到显著降低，可生化性显著增强，经过一级光催化反应器后，处理后的废水进一步送到二级光氧化反应器中，加入H2O2 200kg/h,在T102催化剂(含Ptl%)及紫外线(波长为387.5nm)的复合作用下，余下的14.5%尚未分解的有机物得到降解。降解后的废水能达到生化处理的要求。来自二级光氧化催化反应器的废水进入水解酸化池进一步酸化，余下1.5%有机物全部得到降解，来自酸化水解池的废水进入到膜生物反应器中，在以膜为载体的生物菌作用下，废水生化处理并达到排水要求。
[0030]通过上述装置及方法处理后，通过一段时间平均取样化验分析，排放水质为:C0D=386mg/L, B0D5=279mg/L, ss=300mg/L,石油类=15 mg/L, pH=7.8。
【权利要求】
1.一种多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置，其特征在于:包括:过滤器，一级光催化剂反应器，二级光催化剂反应器，酸化水解池，膜生物反应器；上述器、池之间用管道连通。
2.根椐权利要求1所述的多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置，其特征在于:所述的过滤器，包括:过滤器体，过滤器体内设置有絮凝剂加药罐A、混合罐B、沉淀分离罐C、过滤器罐D ;上述设备依次用管道连接，并形成一撬块结构；其中过滤器中内构件为活性碳或石英砂或陶瓷滤芯中的一种。
3.根椐权利要求1所述的多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置，其特征在于:所述的一级光催化剂反应器，包括:反应器体E1，反应器体内设置有隔板G1、Τ?02光催化剂载体F1、紫外光源Hl及反应器上部空间J1，在反应器体内装有Ti02光催化剂载体，这些催化剂载体用隔板隔开，形成一种折流结构；在反应器顶部装有多个紫外灯，另还有一个集气空腔Jl。
4.根椐权利要求1所述的多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置，其特征在于:所述的二级光催化剂反应器，包括:反应器体E2，反应器体内设置有隔板G2、Τ?02光催化剂载体F2、紫外光源H2及反应器上部空间J2，在反应器体内装有Ti02光催化剂载体，这些催化剂载体用隔板隔开，形成一种折流结构；在反应器顶部装有多个紫外灯，另还有一个集气空腔J2。
5.根椐权利要求1所述的多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置，其特征在于:所述的酸化水解池Q，包括:酸化水解池体Q，池体为混凝土结构，酸化水解池体内设置有隔墙S和隔墙T，酸化水解池由隔墙S、T分解为①区、②区、③区；①区为进水区，内设置有多个水流推进器R ;②区为水解酸化区；③区为出水区，由泵将处理水抽出区、②区、③区通过隔墙底部的孔洞U和孔洞W连接，①区、②区、③区按顺序由隔墙S和隔墙T隔开。
6.根椐权利要求1所述的多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置，其特征在于:所述的膜生物反应器，包括:反应器体O，反应器体内设置有膜组件II和膜组件2K、曝气射注装置IL和曝气射注装置2M ;其中膜组件I和膜组件2为浸没式中空纤维，材料优选PVDF或PP，孔径优选0.04~0.2um,膜生物反应器为MBR，型式可为整体撬装或池内安装，可并联或串联。
7.根椐权利要求1所述的多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置，其特征在于:所述的隔板采用折流板式，折流板形式为矩形、圆形、弓形；优选矩形。
8.根椐权利要求1所述的多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的装置，其特征在于所述的光催化剂载体形式为规整填料、散装填料、板式，优选散装填料；填料材料材质为SiO2玻璃、304L不锈钢板、316L不锈钢、陶瓷、碳化硅、聚四氟乙烯。
9.一种多相光催化结合膜生物反应器处理高浓度有机废水的方法，其特征在于:其步骤如下: (I)高浓度有机废水经过预处理后进入到高效一体化过滤器，有机废水经高效一体化过滤器撬块结构去除浊度后，经计量泵送到一级光催化剂反应器中，在一体化过滤器撬块结构中预处理后的有机废水与来自絮凝剂罐A的水絮凝剂在混合罐B中充分混合，并经沉淀分离罐C分离后，进入到过滤器罐D，经过过滤后出水浊度小于INTU ；(2)在一级光催化剂反应器中，在催化剂、氧化剂H2O2及紫外线的作用下， 将绝大部分的含碳有机物分解为CO2和H2O,废水COD得到显著降低，可生化性显著增强，其中氧化剂H2O2的加入量为10~20kg/t水； (3)经过一级光催化反应器后，处理后的废水进一步送到二级光氧化反应器 中，在紫外线和催化剂的复合作用下，尚未完全分解的有机物在氧化剂H2O2的作用下几乎全部得到降解，其中氧化剂H2O2的加入量为10~20kg/t水； (4)降解后的废水基本能达到生化处理的要求，来自二级光氧化催化反应器 的废水进入酸化水解池进一步酸化，池中水解酸化菌利用H20电离的H+和0H_将有机物中的C-C键打开，一端加入H+，一端加入0H_，从而将长链水解为短链，提高污水的可生化性，更加有利于生化处理； (5)来自酸化水解池的废水进入到膜生物反应器中，生物膜对含泥污水进行 改善，实现泥水分离，利用膜对高效生物菌如硝化菌的截留作用，使微生物截留在生物膜反应器中，从而保证污水中有机物氮的深度去除，并达到排放标准排入产水池； (6)废水生化处理并达到排水要求排放到产水池中，产水池即有盛水池， 池内水达到一定液位，就向``外界排放。
【文档编号】C02F9/14GK103663869SQ201310644768
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】谭德军, 叶琪, 李俊佼, 罗海玲 申请人:武汉宏澳绿色能源工程有限责任公司