一种光催化后置的内循环厌氧流化膜生物反应器及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种光催化后置的内循环厌氧流化膜生物反应器，包括反应筒、气提筒、三相分离器和膜组件，在所述的反应筒的底部设置有进水管与进气管；所述膜组件为负载有纳米二氧化钛颗粒的圆筒形陶瓷膜，或所述膜组件为外表挂设有二氧化钛轻质颗粒网的中空纤维超滤膜。本发明专利技术还公开一种上述反应器的工作方法。本发明专利技术将内循环厌氧处理技术和二氧化钛光催化技术相结合，结合了厌氧膜生物反应器和光催化反应器的优点，使得出水水质得到明显的改善，且膜组件设置在三相分离区的上清液部分，不与污泥直接接触，加上纳米二氧化钛的光催化作用，大大降低了膜污染，延长了膜组件的使用寿命，减少了膜更换周期所需要的人力与物力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于废水处理与回用的

技术介绍
目前污水废水处理多采用生物法，其中，厌氧生物技术因其具有产能的特点，应用前景广阔。厌氧膜生物反应器是厌氧生物技术与膜分离技术的结合，厌氧絮状污泥或颗粒污泥可以有效地去除污水废水中可生化降解的有机污染物，膜分离作用可实现高效的固液分离，并且进一步提高出水水质。但是，厌氧膜生物反应器对难生化降解和不可生化降解的有机污染物(如偶氮化合物、多氯联苯等)作用很小。因此，单纯的厌氧膜生物法在难降解废水的处理与回用领域有一定的局限性。现有采用内循环厌氧膜生物技术处理污水废水的技术:中国专利CN102502957公开了一种单反应区的内循环厌氧膜生物反应器，该装置是对现有单反应区的内循环厌氧反应器的改进，是由反应器主体、进水管、出水管、降流管、升流管、出泥管和沼气管组成，反应区主体内设隔板，将反应区主体分为上下两部分，下部为反应区；上部由所设的第二隔板分为降流区和膜组件区。该装置的突出特征在于:在现有单反应区的内循环厌氧反应器的基础上引入了膜分离技术，实现固液分离。该装置的优点在于:由于膜组件的设置，膜组件区的容积小于原来的沉淀区，使得反应器的总容积减小；由膜组件实现固液分离代替了原有的三相分离沉淀分离，有效克服了现有单反应区的内循环厌氧反应器跑泥的问题，在该反应器中可以获得更高的污泥浓度，提高污水废水处理效率。但是该专利提供的反应器结构复杂，设计、制造和操作技术要求高；内循环是由升流管和降流管结合实现的，由于管径较细，容易发生阻塞，阻碍循环；而且该专利也并未就难降解和不可降解的废水做进一步处理。现有的采用光催化法处理污水废水的技术:中国专利CN201762164U公开了一种悬浮活性炭光催化臭氧水处理装置属于分离装置，是由光催化反应筒、紫外光光源和分离器组成。光催化反应筒下端盖上设有进水口和进气口，在下封盖的内侧设有气体整流罩，其管口上设分布器，气体整流罩上部同心安装导流筒，导流筒外部为光催化反应筒，与分离器相联接。石英管从分离器顶部穿过，直接深入导流筒内，并通过紫斥光灯管固定板固定。紫外光灯管安转于石英管内，导线伸出外部。本专利技术悬浮活性炭光催化臭氧水处理装置，通过气提作用使颗粒活性炭处于悬浮运动状态，在一个装置内实现固体催化剂和紫外光协同催化臭氧生成羟基自由基(.0H)，反应器效率高；升降流区密度差形成的液体循环，增强了臭氧化气体和液体间的传质作用，同时降流区的液体向下流运动形成臭氧化气体的夹带效应，增加了臭氧化气体在反应器内停留时间，极大地提高了臭氧的利用率。该专利利用催化臭氧氧化原理对所述的污水废水进行处理，其处理原料成本较高，且有一定毒性；固体催化剂和紫外光协同催化臭氧氧化容易实现芳烃类、偶氮类等难生化降解的有机物的无机化，但是对于饱和链烃类等易生化降解的有机物矿化效果不明显，不能实现对污水废水中易生化降解和难生化降解有机污染物的同时处理。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种光催化后置的内循环厌氧流化膜生物反应器。本专利技术还公开一种利用上述反应器处理污水的工作方法。技术术语解释:陶瓷膜:是固态膜的一种，主要是Al2O3, ZrO2, TiO2和SiO2等无机材料制备的多孔膜，其孔径为2 - 50nm。具有化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂，机械强度大，可反向冲洗，抗微生物能力强，耐高温，孔径分布窄，分离效率高等特点。二氧化钛光催化的机理=TiO2属于一种η型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev(锐钛矿)，当它受到波长小于或等于387.5n m的光(紫外光)照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子(e_);而价带中则相应地形成光生空穴(h+)。如果把分散在溶液中的每一颗TiO2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应产生的光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到TiO2表面不同的位置。TiO2表面的光生电子e_易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴h+则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的0H_和H2O分子氧化成.0H自由基，.0H自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染物，将其矿化为无机小分子、CO2和H2O等无害物质。二氧化钛光催化的基本化学反应过程如下: TiO2+h V — TiO2+h +θ(I)h.+e-— heat or h v(2)h++0『—.0Η(3)h++H20 —.0H+H+(4).0Η+有机物一...一 C02+H20 (5)TiO2光催化降解有机物,实质上是一种自由基反应。本专利技术的技术方案如下:一种光催化后置的内循环厌氧流化膜生物反应器，包括反应筒、气提筒、三相分离器和膜组件，在所述的反应筒的底部设置有进水管与进气管；在反应筒的内部轴向自下而上设置有沼气曝气盘、气提筒和三相分离器；在所述气提筒的上方罩设有三相分离器，所述三相分离器包括自上而下设置的导流筒和伞状导流罩，在伞状导流罩的外边缘设置有向内翻折的导流沿，所述导流筒的上端通过所述反应筒的顶盖与外部出气管相连通，并通过气泵与所述的沼气曝气盘相连通；在所述反应筒内、且与所述导流筒水平对应的位置上设置有膜组件，所述膜组件通过反应筒侧壁与外部的出水管相连；其特征在于，所述膜组件为负载有纳米二氧化钛颗粒的圆筒形陶瓷膜，或所述膜组件为外表挂设有二氧化钛轻质颗粒网的中空纤维超滤膜；在所述膜组件外套设一个镂空支架，在所述镂空支架上设置有紫外光光源；在所述中空纤维超滤膜的表面挂设的二氧化钛轻质颗粒网，包括经纬排列的网线，在所述网线上挂设有二氧化钛轻质颗粒。本专利技术将所述膜组件、二氧化钛颗粒和紫外光光源一体化设置在所述反应器的上部清水区，不与厌氧污泥直接接触，将所述光催化反应程序后置，待污水排出时，通过光催化对污水中遗存的难降解物质进行光催化降解，不但大大降低了膜污染、而且能高效去除污水中难降解的物质。根据本专利技术优选的，所述二氧化钛轻质颗粒的直径范围:2-4mm。根据本专利技术优选的，所述的网线呈网兜状套设在所述中空纤维超滤膜的外表面。根据本专利技术优选的，所述中空纤维超滤膜的额定孔径为0.01微米。根据本专利技术优选的，当所述膜组件为负载有纳米二氧化钛颗粒的圆筒形陶瓷膜时，所述纳米二氧化钛颗粒的重量按照处理污水的总体积负载:每处理I升污水负载3-5g纳米二氧化钛颗粒；当所述膜组件为外表挂设有二氧化钛轻质颗粒网的中空纤维超滤膜时，所述二氧化钛轻质颗粒的总体积为中空纤维超滤膜总体积的1/5-1/4。此处设计的优点在于，确保处理污水时，其光催化效果达到最优。根据本专利技术优选的，所述的圆筒形陶瓷膜的额定孔径为2-50纳米。根据本专利技术优选的，所述紫外光光源的数量为四个，分别设置在所述镂空支架上，所述单个紫外光光源的功率为20-60W。根据本专利技术优选的，所述反应筒包括由上而下设置的筒状分离区和筒状升降区，所述筒状分离区的内径大于所述筒状升降区的内径，所述筒状分离区和筒状升降区之间设置有倾斜沉降沿。所述的筒状升降区的内径小于筒状分离区的内径的目的在于，所述水流沿较小内径的气提筒上升至筒状分离区，其内径增大使得水流流速缓降，即所述废水水流中的沉淀物沿筒状升降区沉降至反应筒的底部，加速沉降效果。根据本专利技术优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化后置的内循环厌氧流化膜生物反应器，包括反应筒、气提筒、三相分离器和膜组件，在所述的反应筒的底部设置有进水管与进气管；在反应筒的内部轴向自下而上设置有沼气曝气盘、气提筒和三相分离器；在所述气提筒的上方罩设有三相分离器，所述三相分离器包括自上而下设置的导流筒和伞状导流罩，在伞状导流罩的外边缘设置有向内翻折的导流沿，所述导流筒的上端通过所述反应筒的顶盖与外部出气管相连通，并通过气泵与所述的沼气曝气盘相连通；在所述反应筒内、且与所述导流筒水平对应的位置上设置有膜组件，所述膜组件通过反应筒侧壁与外部的出水管相连；其特征在于，所述膜组件为负载有纳米二氧化钛颗粒的圆筒形陶瓷膜，或所述膜组件为外表挂设有二氧化钛轻质颗粒网的中空纤维超滤膜；在所述膜组件外套设一个镂空支架，在所述镂空支架上设置有紫外光光源；在所述中空纤维超滤膜的表面挂设的二氧化钛轻质颗粒网，包括经纬排列的网线，在所述网线上挂设有二氧化钛轻质颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种光催化后置的内循环厌氧流化膜生物反应器，包括反应筒、气提筒、三相分离器和膜组件，在所述的反应筒的底部设置有进水管与进气管；在反应筒的内部轴向自下而上设置有沼气曝气盘、气提筒和三相分离器；在所述气提筒的上方罩设有三相分离器，所述三相分离器包括自上而下设置的导流筒和伞状导流罩，在伞状导流罩的外边缘设置有向内翻折的导流沿，所述导流筒的上端通过所述反应筒的顶盖与外部出气管相连通，并通过气泵与所述的沼气曝气盘相连通；在所述反应筒内、且与所述导流筒水平对应的位置上设置有膜组件，所述膜组件通过反应筒侧壁与外部的出水管相连；其特征在于，所述膜组件为负载有纳米二氧化钛颗粒的圆筒形陶瓷膜，或所述膜组件为外表挂设有二氧化钛轻质颗粒网的中空纤维超滤膜；在所述膜组件外套设一个镂空支架，在所述镂空支架上设置有紫外光光源；在所述中空纤维超滤膜的表面挂设的二氧化钛轻质颗粒网，包括经纬排列的网线，在所述网线上挂设有二氧化钛轻质颗粒。2.根据权利要求1所述的一种光催化后置的内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述二氧化钛轻质颗粒的直径范围:2-4mm。3.根据权利要求1所述的一种光催化后置的内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述的网线呈网兜状套设在所述中空纤维超滤膜的外表面。4.根据权利要求1所述的一种光催化后置的内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述中空纤维超滤膜的额定孔径为0.0l微米；所述的圆筒形陶瓷膜的额定孔径为2-50纳米。5.根据权利要求1所述的一种光催化后置的内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，当所述膜组件为负载有纳米二氧化钛颗粒的圆筒形陶瓷膜时，所述纳米二氧化钛颗粒的重量按照处理污水的总体积负载:每处理I升污水负载3-5g纳米二氧化钛颗粒；当所述膜组...

【专利技术属性】
技术研发人员：王燕，韩绮，马德方，闫晗，高宝玉，岳钦艳，李倩，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：