本发明涉及一种光催化-膜分离功能耦合的过滤装置及其操作方法，属于污水处理装置的技术领域。
背景技术：
近年来，水污染在中国已经成为一个非常严重的社会问题。膜分离和光催化技术是常用的两种水污染治理方法。膜分离可以过滤截留细菌、病毒及大分子有机污染物，而光催化技术可以直接利用太阳能降解消除各种有机污染物、杀菌灭毒。
现有技术中存在的污水处理装置中的膜分离和光催化都是分步进行，处理效果和生产效率低。例如中国专利CN105060391A公开的用于处理有机废水的外循环光催化旋液膜分离耦合反应器。该装置包括一个流动床光催化反应器，流动床光催化反应器通过进料管与旋液分离器连接，旋液分离器的内部设有中空纤维膜组件。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种光催化-膜分离功能耦合的过滤装置。
本发明提供一种上述过滤装置的操作方法。
发明概述：
本发明基于具有光催化活性的滤膜，构建具有光催化-膜分离耦合功能的过滤装置。在实现膜分离净化水的同时，利用过滤膜的光催化活性，在光照下将截留于滤膜表面的有机污染物污染物、细菌和病毒等有效分解，实现水体深度的深度净化，同时有效地减轻甚至防止膜分离过程的浓差极化现象，提高膜的过滤性能。
本发明的技术方案为：
一种光催化-膜分离功能耦合的过滤装置，包括原料瓶、膜过滤器、光源、第一收集瓶和第二收集瓶；所述光源设置在膜过滤器的正上方；膜过滤器包括过滤室，过滤室内自上而下依次设置有石英透光窗口和滤膜；过滤室的侧壁上设置有原料液进口和浓缩液出口，所述原料液进口和浓缩液出口均设置在石英透光窗口和滤膜之间；原料液瓶通过蠕动泵与所述原料液进口连接，所述第二收集瓶与所述浓缩液出口连接，所述过滤室的底部与第一收集瓶连通。所述的膜过滤器上方设有光源通过所述透光窗口，可以实现光催化-膜过滤双重功能。透光窗口起到透光和密封作用。
优选的，所述光源为汞灯光源或氙灯光源。
优选的，原料液瓶与原料液进口之间的连接管路上设置有第一压力表；第二收集瓶与浓缩液出口之间的连接管路上设置有第二压力表。第一压力表和第二压力表用于显示管路的压力。
进一步优选的，原料瓶与原料液进料口之间的连接管路上通过软管连接第一压力表；第二收集瓶与浓缩液出料口之间的连接管路上通过软管连接第二压力表。
优选的，第二收集瓶与浓缩液出口之间的连接管路上还设置有压力调节阀。
优选的，所述滤膜水平设置在过滤室中。
优选的，所述过滤室的底部通过开关阀与第一收集瓶连通。
上述过滤装置的操作方法，包括步骤如下：
1)所述的膜过滤器上方设置光源，根据滤膜的光响应特性，选择光照波长；通过调节电源输入电压调节光照强度；
2)通过调节蠕动泵的转速，控制料液流量；
3)利用所述压力调节阀调节过滤时的压力，提升膜过滤的速度；
4)在膜过滤的同时结合光照射，实现滤膜的膜分离和光催化耦合作用。
优选的，所述光源垂直照射。垂直照射保证入射光与滤膜全面充分接触，实现高效的膜分离和光催化的耦合功能。
优选的，所述步骤1)中选择的光照波长为300～900nm。
优选的，所述步骤2)中蠕动泵的转速为0～300rpm；所述料液流量为0.07～600mL/min。
优选的，所述步骤3)中过滤时的压力为0～0.6MPa。
本发明的有益效果为：
1.本发明所述光催化-膜分离功能耦合的过滤装置，将膜过滤分离与光催化结合实现光催化-膜分离耦合过程，过滤分离的同时光催化氧化分解有机污染物或细菌病毒，实现深度净化，是一种具有巨大潜力的水污染深度净化技术；
2.本发明所述光催化-膜分离功能耦合的过滤装置，同时实现膜分离、有机污染物降解、除臭、杀菌、清除污染微生物等，可用于物料分离、污水及饮用水净化等；且同时有效地减轻甚至防止膜分离过程的浓差极化现象，提高膜的过滤性能，延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明所述具有光催化-膜分离耦合功能的过滤装置的结构示意图；
其中，1、原料瓶；2、蠕动泵；3、第一压力表；4、膜过滤器；5、石英透光窗口；6、滤膜；7、开关阀；8、第一收集瓶；9、第二压力表；10、压力调节阀；11、第二收集瓶；12、光源。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
如图1所示。
一种光催化-膜分离功能耦合的过滤装置，包括原料瓶1、膜过滤器4、光源12、第一收集瓶8和第二收集瓶11；所述光源12设置在膜过滤器4的正上方；膜过滤器4包括过滤室，过滤室内自上而下依次设置有石英透光窗口5和滤膜6；过滤室的侧壁上设置有原料液进口和浓缩液出口，所述原料液进口和浓缩液出口均设置在石英透光窗口5和滤膜6之间；原料液瓶1通过蠕动泵2与所述原料液进口连接，所述第二收集瓶11与所述浓缩液出口连接，所述过滤室的底部与第一收集瓶8连通。所述的膜过滤器4上方设有光源12通过所述透光窗口，可以实现光催化-膜过滤双重功能。透光窗口起到透光和密封作用。
实施例2
如实施例1所述的光催化-膜分离功能耦合的过滤装置，其区别在于，所述光源12为汞灯光源。
实施例3
如实施例1所述的光催化-膜分离功能耦合的过滤装置，其区别在于，原料液瓶1与原料液进口之间的连接管路上设置有第一压力表3；第二收集瓶11与浓缩液出口之间的连接管路上设置有第二压力表9。第一压力表3和第二压力表9用于显示管路的压力。
实施例4
如实施例3所述的光催化-膜分离功能耦合的过滤装置，其区别在于，原料瓶1与原料液进料口之间的连接管路上通过软管连接第一压力表3；第二收集瓶11与浓缩液出料口之间的连接管路上通过软管连接第二压力表9。
实施例5
如实施例1所述的光催化-膜分离功能耦合的过滤装置，其区别在于，第二收集瓶11与浓缩液出口之间的连接管路上还设置有压力调节阀10。
实施例6
如实施例1所述的光催化-膜分离功能耦合的过滤装置，其区别在于，所述滤膜6水平设置在过滤室中。
实施例7
如实施例1所述的光催化-膜分离功能耦合的过滤装置，其区别在于，所述过滤室的底部通过开关阀7与第一收集瓶8连通。
实施例8
如实施例1-7所述过滤装置的操作方法，包括步骤如下：
1)所述的膜过滤器上方设置光源12，根据滤膜6的光响应特性，选择光照波长；通过调节电源输入电压调节光照强度；
2)通过调节蠕动泵2的转速，控制料液流量；
3)利用所述压力调节阀10调节过滤时的压力，提升膜过滤的速度；
4)在膜过滤的同时结合光照射，实现滤膜的膜分离和光催化耦合作用。
实施例9
如实施例8所述过滤装置的操作方法，所不同的是，所述光源12垂直照射。垂直照射保证入射光与滤膜6全面充分接触，实现高效的膜分离和光催化的耦合功能。
实施例10
如实施例8所述过滤装置的操作方法，所不同的是，所述步骤1)中选择的光照波长为500nm。
实施例11
如实施例8所述过滤装置的操作方法，所不同的是，所述步骤2)中蠕动泵的转速为200rpm；所述料液流量为100mL/min。
实施例12
如实施例8所述过滤装置的操作方法，所不同的是，所述步骤3)中过滤时的压力为0.5MPa。