申请日2015.11.04
公开(公告)日2016.01.06
IPC分类号C02F1/32; C02F1/44
摘要
本发明涉及一种光催化复合分离膜水处理装置及水处理系统，属于水处理技术领域。本发明的光催化复合分离膜水处理装置包括壳体和设置在壳体上的原水进水口、浓缩水出水口、净水出水口，所述原水进水口和浓缩水出水口设置在所述壳体侧壁上，所述壳体上端设置有透光口，所述净水出水口设置在所述壳体下端，所述净水出水口上设置有用来将浓缩水和净水进行分离的光催化复合分离膜。本发明的光催化复合分离膜水处理装置避免或消除了膜污染和膜通量衰减，也避免了催化剂流失，能够减缓浓差极化和膜内表面污染，提高水处理效率。
权利要求书
1.一种光催化复合分离膜水处理装置，包括壳体和设置在壳体上的原水进水口(18)、 浓缩水出水口(23)，其特征在于，所述原水进水口和浓缩水出水口设置在所述壳体侧壁 上，所述壳体上端设置有透光口，壳体下端设置有光催化复合分离膜(20)，在壳体上光 催化复合分离膜的下方设置有用来供分离后的净水排出的净水出水口。
2.如权利要求1所述的光催化复合分离膜水处理装置，其特征在于，所述光催化复合 分离膜包括基体和负载在基体上的光催化剂，所述基体为Al2O3陶瓷膜、ZrO2陶瓷膜、无 纺布、铜网中的一种，所述光催化剂为纳米TiO2或者TiO2/Graphene复合光催化剂。
3.如权利要求1所述的光催化复合分离膜水处理装置，其特征在于，所述壳体上端设 置有用来将透光口密封并使光透过的透光板。
4.如权利要求3所述的光催化复合分离膜水处理装置，其特征在于，所述壳体上端固 定设置有顶盖(15)，所述透光板设置在顶盖和壳体之间，所述顶盖上设置有紫外光源。
5.如权利要求4所述的光催化复合分离膜水处理装置，其特征在于，所述壳体下端设 置有底盖(21)，所述光催化复合分离膜设置在所述底盖和壳体之间，所述底盖上设置有 净水出水孔(22)。
6.如权利要求5所述的光催化复合分离膜水处理装置，其特征在于，所述顶盖和底盖 均通过法兰与所述壳体密封连接。
7.如权利要求6所述的光催化复合分离膜水处理装置，其特征在于，所述紫外光源包 括覆铜板及焊接在覆铜板上的紫外灯珠，所述紫外灯珠的紫外光的波长为365-395nm。
8.如权利要求3所述的光催化复合分离膜水处理装置，其特征在于，所述透光板为石 英玻璃板(17)。
9.一种水处理系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的光催化复合分 离膜水处理装置，还包括与所述原水进水口相连的原水箱(3)以及与净水出水口相连的 循环管路，所述循环管路与原水箱相连。
10.如权利要求9所述的水处理系统，其特征在于，原水箱与原水控制阀之间的进水 管路上连接有循环泵(4)，循环泵的出水口与原水箱之间连接有原水循环管路。
说明书
一种光催化复合分离膜水处理装置及水处理系统
技术领域
本发明涉及一种光催化复合分离膜水处理装置及水处理系统，属于水处理技术领域。
背景技术
目前常用的水处理方法有物化法和生化法，这两种工艺相对成熟，便于规模化应用， 但是这些处理方法只是实现了污染物的相态转变，或者是将污染物了进行分离、浓缩，并 没有使污染物得到彻底的降解，这就不可避免地会产生二次污染，而且上述方法的使用范 围非常有限。
光催化氧化作为一种新型的污水处理技术，具有催化活性高、稳定性好、价格低廉、 对人体无毒害等优点，其中以纳米TiO2光催化氧化技术的研究和应用最为广泛。但是，大 多数研究仅仅局限于纳米TiO2粉末等光催化剂分散悬浮体系(slurrysystem)，由于悬浮体 系存在着催化剂难以分离和回收的问题，而且催化剂容易中毒和凝聚，严重阻碍了光催化 工艺在水处理中的大规模应用。
膜技术被称为“21世纪的水处理技术”，与传统的水处理工艺相比，具有处理效果好、 工艺简单、能耗低、投资少、占地面积小、自动化程度高、无二次污染等优点，已被世界 各国广泛应用于各种工业废水和市政污水回收利用、海水淡化、苦咸水淡化等领域。然而， 在使用过程中膜的污染和劣化是制约膜技术发展的瓶颈之一，主要是因为在膜分离过程中 膜表面形成了化学和生物附着层，膜孔通道发生了堵塞。
光催化和膜分离技术的耦合联用在理论上既可以克服两种技术独自使用时存在的缺 陷，又具有一定的耦合协同效应，因而发展潜力巨大。公开号为CN1951828A的中国发明 专利(公开日期为2007年4月25日)公开了一种节能高效的光催化与膜过滤水处理系统， 包括光催化处理器及与光催化处理器相连的膜分离器，待处理水先进入光催化器进行催化 降解，催化降解后的水进入膜分离器进行分离，膜上截留的催化剂随回流水进入光催化器 进行循环处理。该系统中，光催化的参与能够有效地防止膜污染，使得膜通量得以提高; 膜分离的参与又可以对光催化反应产物和底物进行选择性分离，打破光催化反应平衡的限 制，促进了光催化反应的进行。
但是，上述水处理系统仅仅是将光催化器与膜分离器机械地串联在了一起，其中的分 离膜只有分离功能，与光催化器之间仍然是彼此相互独立的，没有从根本上解决膜污染和 光催化剂流失的问题。针对光催化剂的流失问题，通过选择适合的基体，将纳米TiO2负载 到载体上可以有效解决TiO2粉末光催化剂容易流失、分离回收难等问题。
授权公告号为CN204162465U的中国实用新型专利(授权公告日为2015年2月18日) 公开了一种基于光催化复合陶瓷分离膜的水处理装置，包括筒体、筒体上盖、进液口及过 滤单元，过滤单元由管式光催化复合陶瓷粉末膜环形排列而成，中心位置设置紫外灯组件， 紫外灯组件由紫外灯及石英套管组成，光催化复合陶瓷分离膜由多孔陶瓷管为基体，外表 面复合羟基磷灰石多孔膜层和一层载银二氧化钛光催化多孔膜层，所述光催化复合陶瓷分 离膜的透析口通过一出水管与设置在筒体外的真空泵相连。该方案将光催化与膜分离集于 一体，克服了膜污染和光催化剂流失的问题。但是，该方案中采用光催化复合陶瓷分离膜 采用管式结构，将分离膜管式结构呈环形阵列排列，并将紫外灯组设置在光催化复合陶瓷 分离膜的中心，导致光催化复合陶瓷分离膜背对紫外灯管的部分得不到紫外光的照射，集 光效率低，光催化效率很低。另外，该方案还存在一个缺陷，即采用外压式，水利条件不 稳定，膜截留率很低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水处理效率高的光催化复合分离膜水处理装置。本发明的 目的还在于提供一种使用上述光催化复合分离膜水处理装置的水处理系统。
为了实现以上目的，本发明的光催化复合分离膜水处理装置的技术方案如下：
一种光催化复合分离膜水处理装置，包括壳体和设置在壳体上的原水进水口、浓缩水 出水口、净水出水口，所述原水进水口和浓缩水出水口设置在所述壳体侧壁上，所述壳体 上端设置有透光口，壳体下端设置有光催化复合分离膜，在壳体上光催化复合分离膜的下 方设置有用来供分离后的净水排出的净水出水口。
所述光催化复合分离膜包括基体和负载在基体上的光催化剂，所述基体为Al2O3陶瓷 膜、ZrO2陶瓷膜、无纺布、铜网中的一种，所述光催化剂为纳米TiO2或者TiO2/Graphene 复合光催化剂。
所述壳体上端设置有用来将透光口密封并使光能够透过的透光板。所述透光板优选为 石英玻璃板。
所述壳体上端固定设置有顶盖，所述透光板设置在顶盖和壳体之间，所述顶盖上设置 有紫外光源。所述紫外光源可以为现有技术中使用的紫外灯，也可以采用如下的紫外光源： 包括覆铜板及焊接在覆铜板上的LED紫外灯珠，所述紫外灯珠的紫外光的波长为 365-395nm。
所述壳体下端设置有底盖，所述光催化复合分离膜设置在所述底盖和壳体之间，所述 底盖上设置有净水出水孔。
所述顶盖和底盖均通过法兰与所述壳体密封连接。
本发明的光催化复合分离膜水处理装置的技术方案如下：
一种水处理系统，包括上述的光催化复合分离膜水处理装置，还包括与所述原水进水 口相连的原水箱以及与净水出水口相连的循环管路，所述循环管路与原水箱相连。
所述循环管路上连接有循环管路控制阀和循环管路压力表。
所述原水箱与原水进水口通过进水管路相连，所述进水管路上连接有原水流量计和原 水压力表。
所述浓缩水出水口通过浓缩水管路连接有用来储存浓缩水的渗透水箱，所述浓缩水管 路上连接有浓缩水流量计。
本发明的光催化复合分离膜水处理装置将光催化技术与膜分离技术耦合起来，实现了 这两种技术在同一处理单元内同时发挥作用，避免或消除了膜污染和膜通量衰减，也避免 了催化剂流失。装置内布水采用错流方式，即原水流动方向和膜表面垂直，这样有利于传 质，能够减缓浓差极化和膜内表面污染，提高了水处理效率。本发明中的光催化复合分离 膜水处理装置水力条件好、集光效率高、光照均匀、结构紧凑、易于组装和拆卸，便于实 现工业化大规模水处理，其中的光催化复合分离膜更加稳固，拆卸方便。
进一步的，装置内紫外LED光源序列排列密集，装置采光效率高，紫外灯珠可以选用 不同波长范围，以获得不同的紫外光，操作过程中可以调节不同电压值，得到不同强度的 紫外光。
