当前位置: 首页 > 专利查询>东南大学专利>正文

纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器及应用制造技术

技术编号:15268386 阅读:177 留言:0更新日期:2017-05-04 03:53
本发明专利技术公开了一种纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器及应用,包括:带出水口的反应室、阳极模块、阴极模块、供电模块及蠕动泵;其中,阴极模块包括:设于反应室内的导电内筒,其内壁附有光电催化型活性碳纤维;设于导电内筒内的石墨棒和光源,石墨棒与供电模块的负极电连接,供电模块为光源供电;阳极模块包括:设于反应室内且套设于导电内筒外的导电外筒,其与供电模块的正极电连接;设于导电内筒和导电外筒之间的活性碳纤维;蠕动泵连接进水管,进水管的出水端伸入到导电内筒内。本发明专利技术还公开了其在含PPCPs污水处理中的应用。本发明专利技术将光电催化技术与微电流强化微生物生物降解过程耦合为一体,能耗小,PPCPs处理效果好。

Nano photoelectric catalysis coupling membrane electrode sleeve reactor and its application

The invention discloses a nano photocatalytic microbial membrane electrode coupling sleeve type reactor and its application, including: a reaction chamber, with a water outlet module, anode cathode module, power supply module and peristaltic pump; wherein, the cathode module comprises a conductive tube is arranged on the inner wall of the reaction chamber, a photoelectric catalytic activated carbon fiber; graphite rod and conductive light source is arranged in the inner cylinder, the negative electrode is in electrical connection with a graphite rod power supply module, power supply module for power supply of light source; the anode module includes a conductive outer tube in the reaction chamber and is sleeved outside the conductive inner cylinder, connecting the power supply module and the cathode; activated carbon fiber is arranged between the inner tube and the conductive the conductive outer cylinder; the peristaltic pump is connected with a water inlet pipe, the water inlet pipe of the water outlet end extends into the conductive cylinder. The invention also discloses the application of the method in the treatment of wastewater containing PPCPs. The invention has the advantages that the photoelectric catalysis technology and the micro current strengthen microbial biodegradation process are integrated into one body, the energy consumption is small, and the PPCPs treatment effect is good.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微生物光电化学、新材料及药物及个人护理品污水治理
,具体涉及一种纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器及其在药物及个人护理品去除的应用。
技术介绍
药物及个人护理品(pharmaceuticalsandpersonalcareproducts,PPCPs)作为新兴环境污染物,先后在污水、地表水、地下水、土壤等环境介质中检出,且被证明可能对生态环境和人类健康具有一定的风险,引起了学术界和公众的广泛关注。PPCPs主要有雌激素、抗生素、镇定剂、造影剂、抗癫痫药、调血脂药、解热止痛消炎药以及化妆品中常用的香料等。尽管与持久性有机污染物(POPs)相比,PPCPs的半衰期相对较短,但由于其被人类、畜禽和水产养殖业频繁使用,大量PPCPs持续不断地进入环境中,导致其形成“假持久性”,通过不断累积放大进而可能对人类健康和生态系统产生严重危害。传统的微生物膜电化学反应器,虽然在水处理上有一定的应用,但是其缺点较多,如:膜比表面积小、污水处理效率低、质子和电子传递效率低等,从而增加了其推广的难度。
技术实现思路
专利技术目的:针对现有技术中生物膜电化学系统中微生物膜比表面积小,电能利用效率低,以及PPCPs成分及含量复杂、去除成本高、难以有效降解等存在的问题,本专利技术的目的之一是提供一种纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器,将光电催化技术与微电流强化微生物生物降解过程耦合为一体,其能耗小,PPCPs处理效果好。本专利技术的另一个目的是提供其在含药物及个人护理品污水处理中的应用。技术方案:本专利技术所述的纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器,包括:带出水口的反应室、设于反应室内的阳极模块和阴极模块、供电模块及蠕动泵;其中,所述的阴极模块包括:设于反应室内的导电内筒,所述导电内筒的内壁附着有光电催化型活性碳纤维;设于所述导电内筒内的石墨棒和光源,石墨棒与供电模块的负极电连接,供电模块为所述的光源供电;所述的阳极模块包括:设于反应室内且套设于所述导电内筒外的导电外筒,导电外筒与供电模块的正极电连接;设于导电内筒和导电外筒之间的活性碳纤维;所述的蠕动泵连接进水管,进水管的出水端伸入到导电内筒内。本专利技术的主要机理如下:处理污水时,将含PPCPs污水先导入阴极模块内,通过阴极模块中的光源照射激发光电催化型活性碳纤维(附着有光电催化剂的活性碳纤维),光电催化剂在电流作用下形成光电催化反应,与水分子产生具有强氧化性的羟基自由基还原PPCPs或者直接催化还原PPCPs,从而PPCPs污水在阴极模块内完成光催化快速降解。经阴极模块处理后的污水自动流入阳极模块内,利用微生物电化学作用完成PPCPs的彻底矿化,最后出水经出水口排出。活性碳纤维表面可形成丰富的微生物膜,在电流作用下激发了微生物的活性。所述的光电催化型活性碳纤维由改性后的TiO2/rGO纳米复合物负载于活性碳纤维上得到。TiO2/rGO纳米复合物具有优越的导电性能,是优良的电极材料,能提高反应器电能利用效率。所述TiO2/rGO纳米复合物在活性碳纤维上的负载量为150-250g/m2。为提高导电性,所述的石墨棒通过导线与所述的导电内筒相连接。所述的导电外筒可由导电性能优异的钛网制成。所述的导电内筒和导电外筒之间设有支撑架,支撑架悬挂有与导电外筒相连的导电丝,所述的导电丝上缠绕有所述的活性碳纤维。通过与导电外筒相连的导电丝,可以提高活性碳纤维的导电性,活性碳纤维缠绕在导电丝上形成活性碳纤维绳,活性碳纤维绳在水相中自然折叠、卷曲、膨胀,形成多维度空间,为微生物的生长提供巨大的比表面积,有利于微生物附着生长,形成丰富的微生物膜。所述的支撑架为绕导电内筒周向的多个,每个支撑架悬挂有多个导电丝。所述导电内筒的顶部设有出水溢流堰,其顶沿高于阳极模块。这样,阴极模块处理好的水可通过出水溢流堰自然溢流到阳极模块。一般,出水溢流堰顶沿高于阳极模块8-10cm。所述出水口连接有出水管,所述出水管的出水高度低于出水溢流堰。可利用大气压力将处理后的污水自动排出。一般,所述出水管的出水高度低于出水溢流堰8-10cm。本专利技术中,通过设置反应器阴极模块与阳极模块体积比以及出水管的具体高度应对污水中PPCPs种类及含量的不断变化。本专利技术还提供了所述的纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器在含药物及个人护理品污水处理中的应用。与现有技术相比,本专利技术的有益效果包括:本专利技术针对污水中药物及个人护理品成分及含量随季节变化而出现较大幅度波动,以及难以彻底去除等特点,而提供了一种高效、水力停留时间短、能够应对多种不同含量药物冲击的装置与方法。多种抗生素去除率达到92%以上,雌激素去除率达到95%以上,COD去除率达到95%以上。本专利技术纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器减小了传统电化学反应器的对电能高消耗的弱点,可利用太阳能供电,创造性的将光电催化技术、半导体与微电流强化微生物生物降解过程耦合为一体。此过程出现3种降解PPCPs途径,电强化光催化降解PPCPs;半导体强化电极电能传递效率,促使微生物获得电子,激发了微生物对PPCPs的生物降解;半导体强化电极电能传递效率,增加反应器中羟基自由基,促进PPCPs的化学降解。本专利技术的整个处理过程不需要曝气,为缺氧或兼性厌氧处理,因此对能量的消耗较低。另外反应器为模块化结构、占地少、安装操作较简单。附图说明图1为本专利技术纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器的俯视图;图2为本专利技术纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器的立体结构示意图;图3为本专利技术纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器的剖面图;其中,1、反应室,2、阳极模块,3、阴极模块,4、供电模块,5、蠕动泵,6、出水管,7、导电外筒,8、进水管,9、导电内筒,10、光电催化型活性碳纤维,11、石墨棒,12、光源,13、活性碳纤维,14、支撑架,15、导电丝,16、出水溢流堰。具体实施方式下面结合具体实施例,进一步阐明本专利技术,应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围,在阅读了本专利技术之后,本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。实施例1如图1-图3,本专利技术纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器包括带出水口的反应室1、设于反应室内的阳极模块2和阴极模块3、供电模块4及蠕动泵5。反应室1由有机玻璃制成,呈顶部开口的圆柱状。反应室1的侧面带有出水口,出水口连接有出水管6,处理好的污水通过出水管6排出。阴极模块3包括设于反应室1内的导电内筒9、光电催化型活性碳纤维10、石墨棒11和光源12。导电内筒9为不锈钢筒,导电内筒9的底沿抵接反应室1的底壁,从而使阴极模块成为独立的一个反应池。导电内筒9的内壁附着有光电催化型活性碳纤维10。关于实现附着的方式,可采用金属钉或其他金属固定件(图中未显示)将光电催化型活性碳纤维10固定在导电内筒9的内壁。本实施例中,光电催化型活性碳纤维10由改性后的TiO2/rGO纳米复合物负载于活性碳纤维上得到,TiO2/rGO纳米复合物具有优越的导电性能,是优良的电极材料,能提高反应器电能利用效率。本实施例的光电催化型活性碳纤维10可采用常规方法制成,一般制备步骤包括:步骤1,制备rGO掺杂改性的TiO2,所本文档来自技高网...
<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/40/201611168021.html" title="纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器及应用原文来自X技术">纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器及应用</a>

【技术保护点】
一种纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器,其特征在于,包括:带出水口的反应室(1)、设于反应室内的阳极模块(2)和阴极模块(3)、供电模块(4)及蠕动泵(5);其中,所述的阴极模块包括:设于反应室(1)内的导电内筒(9),所述导电内筒的内壁附着有光电催化型活性碳纤维(10);设于所述导电内筒内的石墨棒(11)和光源(12),石墨棒与供电模块的负极电连接,供电模块为所述的光源供电;所述的阳极模块包括:设于反应室内且套设于所述导电内筒外的导电外筒(7),导电外筒与供电模块的正极电连接;设于导电内筒和导电外筒之间的活性碳纤维(13);所述的蠕动泵连接进水管(8),进水管的出水端伸入到导电内筒内。

【技术特征摘要】
1.一种纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器,其特征在于,包括:带出水口的反应室(1)、设于反应室内的阳极模块(2)和阴极模块(3)、供电模块(4)及蠕动泵(5);其中,所述的阴极模块包括:设于反应室(1)内的导电内筒(9),所述导电内筒的内壁附着有光电催化型活性碳纤维(10);设于所述导电内筒内的石墨棒(11)和光源(12),石墨棒与供电模块的负极电连接,供电模块为所述的光源供电;所述的阳极模块包括:设于反应室内且套设于所述导电内筒外的导电外筒(7),导电外筒与供电模块的正极电连接;设于导电内筒和导电外筒之间的活性碳纤维(13);所述的蠕动泵连接进水管(8),进水管的出水端伸入到导电内筒内。2.根据权利要求1所述的纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器,其特征在于,所述的光电催化型活性碳纤维(10)由改性后的TiO2/rGO纳米复合物负载于活性碳纤维上得到。3.根据权利要求1所述的纳米光电催化耦合微生物膜电极套筒式反应器,其特征在于,所述的石墨棒(11)通过导线与所述的导电内...

【专利技术属性】
技术研发人员:张帅宋海亮杨小丽李骅张昱悦
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1