一种光催化和膜催化组合水处理方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光催化和膜催化的组合水处理方法和装置。本发明专利技术方法包括以下步骤：A、废水经过前置保安过滤器过滤；B、过滤后的废水进入混合器，并向所述混合器中加入氧气；C、离开混合器的废水进入光催化反应器；D、离开光催化反应器的废水进入膜过滤催化反应器，透过浸没式膜组件的水进入清水池。本发明专利技术从提高氧化效率和解决残余臭氧的角度出发，将光催化氧化技术和膜催化技术耦合，协同发挥光降解、光催化氧化、臭氧/光催化、膜催化臭氧氧化的作用，进而提高光催化效率、提高膜通量并有效减缓膜污染、解决残余臭氧的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种光催化和膜催化组合水处理方法和装置
本专利技术涉及有机废水深度处理技术，特别涉及一种光催化和膜催化组合水处理方法和装置。技术背景随着我国石化、医药、农药、染料等工业的发展，各种难降解有机废水日益增多，这些废水普遍具有污染物浓度高、毒性大、可生化性差的特点；如不有效处理，会严重污染水体。目前，这类工业废水常采用稀释或预处理后，再采用常规的物化、生化法处理，但废水中仍残留一些难降解物质，需要进一步深度处理才能满足日益严格的排放标准或者回用要求。因此，开发环保高效的深度处理技术对环境保护和节约用水具有重要意义。目前，高级氧化技术常用于废水深度处理，主要是利用其产生的强氧化性羟基自由基降解有机物，使其小分子化或者完全矿化，利于后续处理或者直接达标排放。高级氧化技术主要有催化臭氧氧化、光催化氧化、Fenton氧化、电化学氧化、超临界氧化等。其中，催化臭氧氧化存在臭氧利用率低的问题，Fenton氧化存在铁泥问题，电化学氧化耗能较大，氧化产生副产物，容易造成二次污染，超临界氧化对设备要求高。但是，光催化氧化是一种环境友好型深度氧化技术，在温和的条件下能将有毒有害难降解有机物分解为小分子化合物或者完全矿化为水、二氧化碳等最终产物；尤其是近年来发展的真空紫外光催化技术，利用双波段(185nm+254nm)，在185nm真空紫外光催化下，能直接光解水产生羟基自由基氧化有机物，和分解O2生成O3氧化有机物；另外剩余的O3可进一步在254nm波段发生臭氧/紫外光催化反应；但是溶液和尾气中残留O3浓度仍较高，臭氧浓度>1mg/L时，容易引起咳嗽等不适，更高浓度则会给人体带来更加严重的危害，即存在二次污染的风险和氧化效率有待提高的问题。针对上述问题，中国专利技术专利CN1304059C开发了一种真空紫外光催化净化空气和水的装置，结合了真空紫外光解和光催化两者的优势，提高氧化效率，但是没有考虑尾气O3的二次污染问题。中国专利技术专利CN107364924A开发了一种集光催化、真空紫外光及臭氧氧化为一体的深度水处理装置，利用多重氧化作用降解有机物，但由于光催化产生的臭氧量有限，需要高效的催化剂才能发挥臭氧氧化的作用，因此，本专利技术装置仍会残余臭氧，存在二次污染的风险。中国专利技术专利CN104016511B开发了用于废水深度处理的臭氧/光催化氧化-膜分离集成方法及集成装置，利用光解、光催化和臭氧/光催化氧化耦合作用降解有机物，膜出水仍会存在残余臭氧，存在二次污染的风险，同时由于使用TiO2催化剂，容易引起膜堵的情况。因此，还需要进一步开发新的技术来提高光催化效率、提高膜通量并有效减缓膜污染、解决残余臭氧的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种光催化和膜催化组合水处理方法。为实现上述目的，本专利技术在光催化阶段，充分利用真空紫外光的直接光解作用和光催化作用降解有机物；在膜过滤阶段，利用膜介质中“纳米孔道”的协同催化效应，充分发挥光催化出水残余臭氧的氧化作用，既利于有机物降解又消除残余臭氧的二次污染问题。本专利技术还提供一种光催化和膜催化组合水处理装置。本专利技术提供的一种光催化和膜催化的组合水处理方法，包括以下步骤：A、废水经过前置保安过滤器过滤；B、过滤后的废水进入混合器，并向所述混合器中加入氧气；C、离开混合器的废水进入光催化反应器；D、离开光催化反应器的废水进入膜过滤催化反应器，透过浸没式膜组件的水进入清水池。进一步，所述步骤A的废水经过前置保安过滤器后，过滤除去废水中的悬浮杂质。进一步，所述步骤B的混合器，用于将废水、氧气进行混合，在体系中形成大量的微气泡和溶解氧。根据需要还可加入过氧化氢，以提高氧化效率。O2流量可以为废水处理量的0～1倍，优选0.01～0.1倍。进一步，所述步骤C的光催化反应器，其内设有1～7级光催化反应器，根据出水的要求确定开启的级数，且每级内设有双波段紫外灯管，可产生185nm和254nm的紫外光，对于185nm的紫外光，可以直接光解有机物，也可以通过光解水产生的羟基自由基来氧化有机物，还可以将溶解氧转化为臭氧；对于254nm的紫外光，可将溶解臭氧转化为羟基自由基来氧化降解有机物，还可以利用产生的臭氧发生臭氧/紫外光催化反应，协同降解有机物。每处理一吨水，真空紫外灯的电能消耗为0.1～10kW，优选1～3kW。进一步，所述步骤D的浸没式膜组件为平板陶瓷膜，负载有金属氧化物催化剂，所述金属氧化物催化剂可以选自MnO2、NiO、Co3O4、Fe2O3、Ag2O、CeO2等,优选MnO2，以氧化铝陶瓷膜质量为基准，催化剂负载量为0.1％～5％，优选1～2％。平板陶瓷膜孔径范围50～200nm，平均孔径为0.08～0.12μm，优选0.1μm，膜通量为40～200L/m2·h，优选60～150L/m2·h，利用陶瓷膜催化和纳米孔道效应可以将光催化残余的O3进一步发挥氧化降解作用。进一步，膜组件定期用清水池水反洗，从膜催化反应器底部回流至保安过滤器前端，再返回上述步骤A。本专利技术方法适用的原水水质为COD30～120mg/L，SS为0～60mg/L。本专利技术还提供一种光催化和膜过滤催化组合水处理装置，按照废水的流向依次包括：前置保安过滤器1，废水输送泵2，混合器3，氧气输入管线4，光催化反应器5，膜过滤催化反应器6，膜过滤催化反应器6内的至少一个浸没式膜组件7，膜过滤抽吸泵8，清水池9，连接混合器上部出口和光催化反应器下部入口的管线11，连接光催化反应器上部出口和膜过滤催化反应器上部入口的管线12，以及其它相邻设备之间必要的连接管线。根据本专利技术的优选实施方式，所述水处理装置还包括与清水池9和膜过滤催化反应器6连接的反洗泵10，用于定期反洗浸没式膜组件7，反洗液从膜过滤催化反应器6底部通过管线13排至保安过滤器1。其中，所述前置保安过滤器采用PP棉、尼龙、熔喷等不同材质作滤芯，用来去除废水中的杂质。其中，所述光催化反应器5内设有1～7级光催化反应器，且每级内设有双波段紫外灯管。其中，所述膜过滤催化反应器6为采用常规材质的容器，也可以考虑采用304不锈钢、316L不锈钢或钛制造的容器。浸没式平板膜组件主要以Al2O3为材质，在支撑层和膜层都负载有催化剂。本专利技术从提高氧化效率和解决残余臭氧的角度出发，将光催化氧化技术和膜催化技术耦合，协同发挥光降解、光催化氧化、臭氧/光催化、膜催化臭氧氧化的作用，进而提高光催化效率、提高膜通量并有效减缓膜污染、解决残余臭氧的问题。本专利技术的优点：(1)本专利技术光催化单元设有1～7级光催化反应器，都为双波段紫外灯管，可以根据出水要求确定开启的级数；同时，紫外光波数分为185nm和254nm，充分发挥直接光解有机物、光催化水产生羟基自由基氧化、光催化产生臭氧氧化、臭氧/光催化等多种氧化效应，剩余臭氧后续膜催化再利用；(2)本专利技术膜过滤催化反应器，利用陶瓷膜片上负载的催化剂和陶瓷膜纳米孔道效应，将未充分反应的臭氧进一步氧化以降解水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光催化和膜催化组合水处理方法，包括以下步骤：/nA、废水经过前置保安过滤器过滤；/nB、过滤后的废水进入混合器，并向所述混合器中加入氧气；/nC、离开混合器的废水进入光催化反应器；/nD、离开光催化反应器的废水进入膜过滤催化反应器，透过浸没式膜组件的水为处理后废水，进入清水池。/n

【技术特征摘要】
1.一种光催化和膜催化组合水处理方法，包括以下步骤：
A、废水经过前置保安过滤器过滤；
B、过滤后的废水进入混合器，并向所述混合器中加入氧气；
C、离开混合器的废水进入光催化反应器；
D、离开光催化反应器的废水进入膜过滤催化反应器，透过浸没式膜组件的水为处理后废水，进入清水池。


2.按照权利要求1所述的方法，其中，O2流量为废水处理量的0～1倍，优选0.01～0.1倍。


3.按照权利要求1所述的方法，其中，所述步骤C的光催化反应器内设有1～7级光催化反应器，每级设有双波段紫外灯管，产生185nm和254nm的紫外光。


4.按照权利要求1所述的方法，其中，所述步骤D的浸没式膜组件为平板陶瓷膜，负载有金属氧化物催化剂。


5.按照权利要求4所述的方法，其中，平板陶瓷膜孔径范围50～200nm，平均孔径为0.08～0.12μm，膜通量为40～200L/m2·h，优选60～150L/m2·h。


6.按照权利要求4所述的方法，其中，所述金属氧化物催化剂选自MnO2、NiO、Co3O4、Fe2O3、Ag2O、CeO2中的一种或几种，优选MnO2，以氧化铝陶瓷膜质量为基准，催化剂负载量为0.1％～5％，优选1～2％。


7.按照权利要求1所述的方法，其中，膜组件定期用清水池水反洗，从膜催化反应器底部回流至保安过滤器前端，再返回上述步骤A。


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【专利技术属性】
技术研发人员：桑军强，杨春鹏，王辉，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11