CN210127161U - 一种光催化氧化与膜曝气技术耦合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光催化氧化与膜曝气技术耦合装置，包括：配水池、膜曝气池和光催化池；所述膜曝气池设置有进水口、排水口和膜曝气组件；所述光催化池内设置有出水口、排水口和光触媒内筒装置；本实用新型通过石墨烯光催化氧化与膜曝气技术协同作用有效改善水质，其工艺紧凑、占地小、易选址、维护方便、处理效果佳、运行成本低。

Description

一种光催化氧化与膜曝气技术耦合装置

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种石墨烯光催化氧化与膜曝气技术耦合装置。

背景技术

光催化氧化技术以其氧化能力强、二次污染小、操作简单等优点而成为处理难降解废水的有效方法。通过光催化反应得到的自由基可分解水中大部分有机污染物,在降解水中污染物方面已取得很大进展，且具有安全、节能、绿色等特点。但在光催化反应中,表面反应、表面电荷空穴分离和光电吸收却受制于半导体的影响,所以光催化去除污染物的效率较低。研究发现,石墨烯的电子迁移率较高,且比表面积较大,所以当其与半导体复合后,可使光催化的效率大幅提高,即:石墨烯平面π-π键可使有机物吸附量得以增加,并进一步提高污染物与自由基接触的效率；石墨烯可使半导体吸附光的范围发生改变,且石墨烯在与半导体复合后,其吸附范围因红移而使带宽下降,继而使得光吸收效率得以提高；石墨烯与半导体复合,既可使体系具备更高的电子转移速率,又可促进电子-空穴对发生分离及使其复合速率下降,同时价带上激发电子的充分利用可使光催化效率大大提高。

膜曝气生物反应器(MABR)是一种以透气多孔膜作为生物膜生长的支撑介质，通过多孔膜无泡曝气供氧维持附着在膜壁上微生物的生命活动。MABR采用疏水性中空纤维膜进行渗透性无泡曝气，氧与营养底物异向传质，附着生长的生物膜内存在明显的氧气和底物的浓度梯度分布，有利于硝化菌、反硝化菌共存，为生物膜内同步硝化反硝化创造了有利条件。MABR的低压曝气原理相比传统的高压曝气显著降低能耗。将石墨烯光催化氧化与膜曝气技术两者有机结合起来使其***化的工艺尚未见报道。

实用新型内容

本实用新型提供了一种石墨烯光催化氧化与膜曝气技术耦合装置，包括：

配水池、膜曝气池和光催化池；所述膜曝气池设置有进水管、出水管和溢流管，进水管上设置有进水阀及潜污泵，出水管上设置出水阀；所述膜曝气池内底部设置有膜曝气组件；在膜曝气池两侧分别设置有配水池和光催化池，配水池与膜曝气池由进水管相连，光催化池与膜曝气池由出水管相连，其中：

所述的配水池中设有用于连接潜污泵的进水管；进水管上安装有用进水阀；在配水池底部设有第一放空管和放空阀；所述的光催化池设有出水管和出水阀，在光催化池底部有放空管和放空阀。

所述装置还包括空压机；所述膜曝气组件通过进气管与所述空压机连接，所述进气管上设置有压力表及进气阀；进气管位于光催化池之外；膜曝气组件沿膜曝气池底部布置。

所述膜曝气池内还安装有溶解氧测定仪。

所述装置还包括PLC控制***，所述PLC控制***与空压机电连接，用于在所述装置处理污水的过程中，控制所述膜曝气池内污水的溶解氧浓度；

所述PLC控制***与溶解氧测定仪电连接，用于在所述装置处理污水的过程中，显示污水的溶解氧检测值。

所述配水池、光催化池和膜曝气池均为敞口的水池。

所述膜曝气组件占所述膜曝气池容积的20％～40％。

在本实用新型的一些具体实施方式中，曝气膜组件采用复合高分子材料超薄致密中空纤维膜，中空纤维膜的外径在200～300μm之间，膜壁厚度在30～40μm之间，膜表面致密无孔，拉伸强度为50～60MPa，填充密度为100～140m²/m³。

所述进水口及排水口均位于所述膜曝气池侧壁上，且所述的进水口位于膜曝气池底部以上15-25cm处；排水口位于筛网以上30-40cm处；膜曝气组件位于膜曝气池底部以上10-15cm处。

光催化池设置有光触媒内筒装置，所述光触媒内筒装置通过玻璃胶粘连或者法兰固定于光生物反应器底部。

所述的光触媒内筒装置由底部封闭、顶部开口的透明管和内置的光源组成，所述的光源包括紫外灯，在所述的内筒装置材质为石英或石英冷阱。

所述的光源通过玻璃胶固定在透明管侧壁上，并通过电源线连接至外部的光强控制器上，透明管外壁有透明疏水的光触媒涂层。

所述的透明疏水的光触媒涂层为石墨烯纳米二氧化钛复合材料。

本实用新型提供的石墨烯光催化氧化与膜曝气技术耦合装置通过协同作用有效改善水质，其工艺紧凑、占地小、易选址、维护方便、处理效果佳、运行成本低。当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的石墨烯光催化氧化与膜曝气技术耦合装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种石墨烯光催化氧化与膜曝气技术耦合装置，其包括：

配水池3、膜曝气池6和光催化池11；所述膜曝气池6设置有第二进水管19、第一出水管8和溢流管9，第二进水管19上设置有第二进水阀18及潜污泵15，第一出水管8上设置第一出水阀10；所述膜曝气池6内底部设置有膜曝气组件4。

在膜曝气池6两侧分别设置有配水池3和光催化池11，配水池3与膜曝气池6由第二进水管19相连，光催化池11与膜曝气池6由第一出水管8相连，其中：

所述的配水池3中设有用于第一进水管2；第一进水管2上安装有用第一进水阀1；在配水池3底部设有第一放空管16和第一放空阀17；

所述的光催化池11设有第二出水管12和第二出水阀13，在光催化池11底部有第二放空管25和第二放空阀24。

在具体的污水处理过程中，待处理的污水先输入到配水池3中，配水池3内的污水由潜污泵15泵入至膜曝气池6内；配水池3内污水的氨氮浓度从20mg/L逐渐增加至60mg/L；通过将氨氮浓度逐渐增加的污水泵入到膜曝气池6中，对悬浮填料4附着的菌群进行驯化。在采用本实用新型提供的石墨烯光催化氧化与膜曝气技术耦合装置进行污水处理时，污水在膜曝气池6内水力停留时间为5-24小时。

在石墨烯光催化氧化与膜曝气技术耦合装置较佳的实施方式中，所述进水管及出水管均位于所述膜曝气池6侧壁上，且所述的进水管位于膜曝气池6底部以上15-25cm处；膜曝气组件4底部位于膜曝气池底部以上10-15cm处。

在本实用新型的一些具体实施方式中，所述装置还包括空压机28；所述膜曝气组件4通过进气管5与所述空压机28连接，所述进气管5上设置有压力表27及进气阀26。在具体实施过程中，空压机28位于膜曝气池6的外部，进气管5包括位于膜曝气池6内部的部分管路以及位于膜曝气池6外部的部分管路；压力表27及进气阀26均设置于部分管路上。在具体实施过程中，膜曝气池6内部的部分管路可以固定于膜曝气池6内的侧壁，较佳地，位于底部以上5-10cm处。

在本实用新型的一些具体实施方式中，曝气膜组件4采用复合高分子材料超薄致密中空纤维膜，中空纤维膜的外径在200～300μm之间，膜壁厚度在30～40μm之间，膜表面致密无孔，拉伸强度为60MPa，断裂伸长率为458％，填充密度为100～140m²/m³。

在本实用新型的一些具体实施方式中，所述膜曝气池内还安装有溶解氧测定仪20。

在本实用新型的一些具体实施方式中，所述装置还包括PLC控制***14，所述PLC控制***14可以与空压机28电连接，用于在所述装置处理污水的过程中，控制所述膜曝气池6内污水的溶解氧浓度；具体地，空压机28通过PLC控制***14联合溶解氧测定仪20控制膜曝气池6内污水的溶解氧浓度为0.5mg/L。

所述PLC控制***14可以与溶解氧测定仪20电连接，用于在所述装置处理污水的过程中，显示污水的溶解氧检测值。

需要说明的是，本实用新型所采用的PLC控制***14及其与相关设备的具体电连接方式均为现有技术，本领域技术人员可以根据本实用新型技术方案的相关描述采用合适的PLC控制***及电连接方式来确定，本实用新型在此不进行限定。

在本实用新型的一些具体实施方式，所述膜曝气池6可以为敞口的水池，例如无顶面的矩形池。当然本领域技术人员也可以采用其它形状的水池，例如圆形等，这都是可以的。

在本实用新型的一些具体实施方式中，所述膜曝气组件占所述膜曝气池容积的20％～40％。

光催化池11设置有光触媒内筒装置22，所述光触媒内筒装置22通过玻璃胶粘连或者法兰固定于光催化池底部，所述的内筒装置22材质为石英或石英冷阱。

所述的光触媒内筒装置22由底部封闭、顶部开口的透明管和内置的紫外光源23组成，所述的紫外光源23包括紫外灯。

所述的紫外光源23通过玻璃胶固定在透明管侧壁上，并通过电源线连接至外部的光强控制器7上，透明管外壁有透明疏水的光触媒涂层21。

所述的透明疏水的光触媒涂层21为石墨烯纳米二氧化钛复合材料。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光催化氧化与膜曝气技术耦合装置，其特征在于，包括：

配水池、膜曝气池和光催化池；所述膜曝气池设置有进水管、出水管和溢流管，进水管上设置有进水阀及潜污泵，出水管上设置出水阀；所述膜曝气池内底部设置有膜曝气组件；在膜曝气池两侧分别设置有配水池和光催化池，配水池与膜曝气池由进水管相连，光催化池与膜曝气池由出水管相连，

所述的配水池中设有用于连接潜污泵的进水管；进水管上安装有用进水阀；在配水池底部设有第一放空管和放空阀；所述的光催化池设有出水管和出水阀，在光催化池底部有放空管和放空阀。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括空压机；膜曝气组件通过进气管与所述空压机连接，所述进气管上设置有压力表及进气阀；进气管位于光催化池之外；膜曝气组件沿膜曝气池底部布置，所述膜曝气池内还安装有溶解氧测定仪。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括PLC控制***，所述PLC控制***与空压机电连接；所述PLC控制***与溶解氧测定仪电连接。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述配水池、光催化池和膜曝气池均为敞口的水池。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述膜曝气组件占所述膜曝气池容积的20％～40％。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进水口及排水口均位于所述膜曝气池侧壁上，且进水口位于膜曝气池底部以上15-25cm处；排水口位于膜曝气池顶部以上下10cm处；膜曝气组件最下端位于膜曝气池底部以上10-15cm处。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：光催化池设置有光触媒内筒装置，所述光触媒内筒装置通过玻璃胶粘连或者法兰固定于光催化池底部，所述的内筒装置材质为石英或石英冷阱。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述的光触媒内筒装置由底部封闭、顶部开口的透明管和内置的光源组成。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的光源通过玻璃胶固定在透明管侧壁上，并通过电源线连接至外部的光强控制器上，透明管外壁有透明疏水的光触媒涂层。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：透明疏水的光触媒涂层为石墨烯纳米二氧化钛复合材料。

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