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技术研发Technical Patent

光催化氧化污水处理技术

在自然界中有一部分紫外光(190~400nm)易被有机污染物吸收,在有活性物质存在时会发生光化学反应使有机物降解。天然水体中存在大量活性物质,如氧气、亲核剂•OH及有机还原物质,因此河水、海水发生着复杂的光化学反应。光降解即指有机物在光作用下,逐步氧化成CO2、H2O及NO3-、PO43-、Cl-等。光化学反应经常有催化剂参与反应,这就是光催化氧化。由于可利用自然光做能源解决污染治理,这一技术一开始就受到广泛关注,并获得迅速发展,近十几年应用于水处理领域。

我们通过将光催化氧化技术应用到MBR污水处理装置中,既能保证水处理过程中的稳定运行,又可以达到更高标准的处理效果。我司研发的污水处理装置包括水质监测装置,膜分离装罝以及光催化氧化装置,能够报据进口污水水质的不同,选择合适的污水处理装置,从而降低装置使用的能耗和成本,并且提高分离膜的使用寿命。

一、技术背景

1972年,Fujishima和Honda在TiO2半导体单晶电极上发现水的光解反应,发现了半导体材料的“本田——藤岛效应”,才真正开始了多相半导体光催化的研究,并掀起了光催化分解水以解决能源危机的热潮。1977年Bard提出利用半导体光催化反应处理工业废水中的有害物质以后在半导体微粒悬浮体系中进行光催化消除污染物的研究日益活跃起来。A.L.Pruden等人进行了十几种常见优先有机物的去除研究,主要包括三氯乙烯、三氯甲烷、二氯乙烯、二氯甲烷、二溴甲烷、氯苯等。国内外大量的研究报告表明,光催化氧化法对水中的烃卤代物、羧酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等均有很好的去除效果,即使通常情况下较难降解的有机污染物,一般经过持续反应可到达完全矿化。光催化过程采用半导体材料作为光催化剂,在常温常压下进行,如果利用太阳光作为光源则可大大降低污水处理费用。更主要的是光催化氧化技术可将污染物降解为无毒的无机小分子物质及各种相应的无机离子而实现无害化,为治理水污染提供了一条新的、有潜力的途径。

我国是水资源短缺的国家,水资源的循环再利用是一项非常有发展前景的事业,水资源的循环再利用即是将污水及工业污水进行净化处理,使之达到再利用的目的,可节省大量的水资源。随着我过经济的高速发展,我过污水排放量逐年上升,其中包括生活污水、工业污水等。如果随意排放,将造成地下水体的污染,并导致富营养化,因此,迫切需要一种快速高效的装置和方法,使这种废水达到污水综合排放标准的要求。

膜生物反应器(MBR)是指将超、微滤膜分离技术与污水处理中的生物反应器相结合而成的一种新的污废水处理装置,其将脱分离组件直接浸没于反应器内,通过泵抽吸出水。这种反应器综合了膜处理技术和生物处理技水带来的优点。超、微滤膜组件作为泥水分离单元,取代了二沉池。超、微滤脱截留活性污泥混合液中微生物絮体和较大分子有机物,使之停留在反应器内,使反应器内获得高生物浓度,并延长有机固体停留时间,极大地提高 了微生物对对有机物的氧化率。同时,经超、微滤膜处理后,出水水质高,可以直接作为中水回用。系统所排剩于污泥极少,且具有较高的抗冲击能力。

二、技术内容

光催化氧化法是将紫外光辐射(UV)和氧化剂结合使用的方法。其利用紫外光激发纳米二氧化钛(TiO2)半导体催化剂,半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上,使得在导带上产生带负电的高活性的电子,在价带上产生带正电荷的空穴,形成氧化-还原体 系。通过破链断键,将污染物氧化成为二氧化碳、水,部分物质直接矿化成为盐,而不会产生二次污染。

我司在研发中提出了一种集中光催化和MBR的内循环反应器,通过在装置内设置两组不同应用功能膜组件,一组为光催化氧化内部循环,另一组为实际产水。 将光催化氧化与生物降解协同作用,使得难降解物质得到充分降解,提高废水降解效率,且运行自动控制。但是在实际的污水处理中,污水的污染程度各不相同,对于污染程度较低的污水,多个膜生物反应器和光催化氧化装置的净化程度提高有限,并且多个膜生物反应器同时使用可能具有高耗能、高成本,膜生物反应器长时间使用导致膜污染,降低净化性能。

该装置包括进水泵、第一反应器、 循环泵、第二反应器、风机、出水泵、水质监测元件等。当该装置运行时,水质监测元件对处理污水进行监测,污水的水污染程度超过特定阀值时,关闭第一阀门,开启第二阀门,并且开启分离隔板,使第一膜组件和第二膜组件之间可以相通,所述污水经过进入第一反应器进行生物降解,第一膜组件作为内循环的产水膜组件,通过循环泵产水到第二反应器,第二反应器进行光催化氧化后的产水回到第一反应器,第二膜组件通过产水泵将产水外排;当污水的水污染程度低于特定阀值时,关闭第二阀门,开启第一阀门,并且关闭分离隔板,使第一膜组件和笫二膜组件之间互相隔开,污水经过进入第一反应器进行生物降解,产水通过循环泵到达第二反应器,第二反应器进行光催化氧化后的产水通过产水泵外排。

具体如下图:

图片8.jpg

图  光催化氧化膜生物反应器污水处理装置

三、技术优势

1、该装置可以根据污水的污染物浓度进行自动控制,选择是否需要启用光催化氧化进行深度处理,对出水指标可以控制;

2、该装置通过分析污染物浓度自控调整运行,不但可以节约能耗和成本,也能提高膜的使用寿命;

3、该装置不但可以通过光催化氧化对污水进行深度处理而且还具备膜生物反应器的优点,如抗冲击能力强,剩余污泥量小等。

发明专利证书:

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