申请日2016.07.22
公开(公告)日2016.12.07
IPC分类号C02F1/72; C02F1/32; C02F1/36
摘要
一种超声光催化联合污水处理装置及其处理工艺。该装置包括以下结构：进水阀门，进水时空传感器，超声发生器，蠕动泵，第一阀门，第一流量计，光催化膜反应器，紫外灯，TiO2催化膜，第二流量计，第二阀门，过硫酸盐加料器，出水阀门，出水时控传感器通过进出水时控传感器，控制进出水阀门。通过控制进水时空传感器和出水时空传感器，关闭出水阀门，打开进水阀门进入超声发生器，向超声发生器中投加过硫酸盐，再由蠕动泵将水泵入光催化反应器中二次去污，反复经超声辅助过硫酸盐联合降解处理得到干净的水。此装置操作简便，出水水质优良，市场前景好。
权利要求书
1.一种超声光催化联合污水处理装置，其特征在于包括以下结构：进水阀门(1)，进水时空传感器(2)，超声发生器(3)，蠕动泵(4)，第一阀门(5)，第一流量计(6)，光催化膜反应器(7)，紫外灯(8)，TiO2催化膜(9)，第二流量计(10)，第二阀门(11)，过硫酸盐加料器(12)，出水阀门(13)，出水时空传感器(14)，其中，进水阀门(1)、进水时空传感器(2)，超声发生器(3)，蠕动泵(4)，第一阀门(5)，第一流量计(6)，光催化膜反应器(7)，第二流量计(10)，第二阀门(11)依次通过管道连通，且第二阀门(11)输出端与超声发生器(3)相通，所述超声发生器(3)上设有过硫酸盐加料器(13)，所述光催化膜反应器(7)上方设有紫外灯(8)，内部设有TiO2催化膜(9)，下方依次通过管道连通出水阀门(13)和出水时控传感器(14)，所述 TiO2催化膜(9)将光催化反应器(7)分成上下两部分，所述第一流量计(6)的输出端与光催化反应器(7)上端进水口相通，所述第二流量计(10)的输入端与光催化反应器(7)下端出水口相通。
2.根据权利要求1所述的一种超声光催化联合污水处理装置，其特征在于，所述超声发生器外轮廓呈矩形。
3.根据权利要求1所述的一种超声光催化联合污水处理装置，其特征在于，过硫酸盐加料器(13)加料口紧贴超声发生器(3)壁设置。
4.根据权利要求1所述的一种超声光催化联合污水处理装置，其特征在于，所述 TiO2催化膜(9)将光催化反应器(7)分成上下等大小的两部分。
5.基于权利要求1所述的一种超声催化联合污水处理装置的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，控制进水时空传感器(2)和出水时空传感器(14)，关闭出水阀门(13)，打开进水阀门(1)，污水进入的同时开始计时，污水流量为50-80mL/min，1-2min后关闭进水阀门(1)，停止进水;
第二步，程序控制过硫酸盐加料器(12)，使其自动沿壁向超声发生器(3) 是中投加过硫酸盐;
第三步，打开蠕动泵(4)将经过处理的污水提升至光催化反应(7)上端进水口，使得超声发生器(3)的液面始终低于过硫酸盐加料器(12)的出料口，打开紫外灯(8)，紫外光照射整个光催化反应器(7);
第四步，通过 TiO2催化膜(9)的渗透液，依次经过光催化膜反应器(7)下半部分、流量计(10)和第二阀门(11)回到超声发生器(3)中，循环第三步，直至污水在整个装置内的停留时间达到60-80分钟后，控制时控传感器(14)，打开出水阀门(13)，将处理后的水排出光催化反应器(7);
第五步，待光催化反应器(7)中水排空后，控制出水时空传感器(14)和进水时空传感器(2)，关闭出水阀门(13)，打开进水阀门(1)，进入新一轮污水处理。
说明书
一种超声光催化联合污水处理装置及其处理工艺
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种超声光催化联合污水处理装置及其处理工艺。
背景技术
在污水处理方面，利用超声降解水中污染物，尤其是难降解有机污染物的应用已十分广泛，超声过程有机物的降解主要通过超声产生的空化泡溃灭消长过程所创造的高温高压环境以及水分子在该极端环境作用下产生的自由基起作用。但若污水只进行单独超声处理，降解速度较慢，能耗大。另一方面，过硫酸盐由于其较强的氧化性和稳定性，且在热、光或催化剂作用下能够生成硫酸根自由基SO4·-，SO4·-能够有效将污染物转化为低毒、易生物降解的小分子物质，因此在降解等难生物降解污染物方面取得一定效果，但单独作用是处理效果仍有待提高。因此，近年来超声辅助过硫酸盐联合体系，备受业内关注，由于其表现出明显的协同效应，对降解污水中有毒有害污染物有良好效果。超声辅助过硫酸盐联合体系克服了单独超声作用“高能低效”的技术缺陷,集多种强氧化性自由基于一体,反应体系复杂，对污水处理方面具有很广泛的应用价值。
以TiO2 为催化剂的异相光催化技术作为一种高级氧化技术，因其低成本，低污染，高氧化活性、强稳定性的特点，成为近年来异相光催化技术中应用最为广泛的一类。当光照光子能量高于TiO2 半导体的吸收阈值，半导体表面会激发产生一系列反应，最终生成氧化性很强的空穴和羟基自由基(·OH)，它们能够无选择性地氧化降解多种有机物并使之矿化。
光催化膜分离耦合工艺结合了膜的分离特性，通过对催化剂在反应器中停留时间的控制，实现污水和催化剂的分离。它具有催化效率高、反应速度快、降解彻底，催化剂截留效率高的特点。防止了催化剂泄露，保证了反应器中催化剂的数量，从而无需设置后续分离工艺。在其整个运行过程中，分离膜也能截留部分其它污染物，从而进一步改善出水水质。同时由于光催化氧化技术对废水中有机污染物的有效降解，膜的抗污染性能和使用寿命得到提高，因而，光催化-膜分离耦合工艺在实际应用可通过合理地控制光催化剂与有机污染物的接触时间，达到针对不同性质的污染物和处理目的，实现对整个反应过程更有效的控制。但由于水流通过光催化膜速率较快，污染物去除效果有待提高。超声辅助活化过硫酸盐工艺被引入作为一种前处理技术和二次处理技术。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的技术目的在于提供一种超声光催化联合污水装置及其处理工艺。
为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：
一种超声光催化联合污水处理装置，包括以下结构：进水阀门，进水时空传感器，超声发生器，蠕动泵，第一阀门，第一流量计，光催化膜反应器，紫外灯，TiO2催化膜，第二流量计，第二阀门，过硫酸盐加料器，出水阀门，出水时控传感器，其中，进水阀门、进水时空传感器，超声发生器，蠕动泵，第一阀门，第一流量计，光催化膜反应器，第二流量计，第二阀门依次通过管道连通，且第二阀门输出端与超声发生器相通，所述超声发生器上设有过硫酸盐加料器，所述光催化膜反应器上方设有紫外灯，内部设有 TiO2催化膜，下方依次通过管道连通出水阀门和出水时控传感器，所述 TiO2催化膜将光催化反应器分成上下两部分，所述第一流量计的输出端与光催化反应器上端出水口相通，所述第二流量计的输入端与光催化反应器下端出水口相通。
作为优选的是，所述超声发生器外轮廓呈矩形。
作为优选的是，过硫酸盐加料器加料口紧贴超声发生器壁设置。
作为优选的是，所述 TiO2催化膜将光催化反应器分成上下等大小的两部分。
上述一种超声光催化联合污水处理装置的处理工艺，包括以下步骤：
第一步，控制进水时空传感器和出水时空传感器，关闭出水阀门，打开进水阀门，污水进入的同时开始计时，污水流量为50-80mL/min，1-2min后关闭进水阀门，停止进水;
第二步，程序控制过硫酸盐加料器，使其自动沿壁向超声发生器是中投加过硫酸盐;
第三步，打开蠕动泵将经过处理的污水提升至光催化反应上端进水口，使得超声发生器的液面始终低于过硫酸盐加料器的出料口，打开紫外灯，紫外光照射整个光催化反应器;
第四步，通过TiO2催化膜的渗透液，依次经过光催化膜反应器、流量计和第二阀门回到超声发生器中，循环第三步，直至污水在整个装置内的停留时间达到60-80分钟后，控制时控传感器，打开出水阀门，将处理后的水排出光催化反应器;
第五步，待光催化反应器中水排空后，控制进水时空传感器和出水时空传感器，关闭出水阀门，打开进水阀门，进入新一轮污水处理。
有益效果
1.此光催化膜反应器为负载型光催化膜反应器，催化剂颗粒被固定在相对宏观的载体表面上，从而有效地解决了催化剂粉末易流失、分离回收难等悬浮型光催化膜反应器存在的问题。
2.此装置通过进出水阀门和时控传感器，控制水力停留时间，操作管理简单，维修方便。
3.污水先经过超声辅助过硫酸盐联合降解，为后续光催化膜处理降低有机负荷，有效地缓解膜孔堵塞现象，防止膜污染现象，提高了光催化膜处理效率。
4.此装置中，光催化膜可反复利用，且使用寿命长，处理效果好。
利用循环渗透水，使超声协同过硫酸盐联合降解与光催化膜处理反复进行，避免了涂覆法有负载的催化剂颗粒量有限的局限，而造成的催化剂的有效表面积减少，催化剂的活性下降，出水效果不良的现象。进一步降低水中污染物含量，处理效果好，出水水质良好。
