申请日2017.12.15
公开(公告)日2018.04.13
IPC分类号B01D65/02; C02F3/12
摘要
本发明公开了一种定向自修复平板陶瓷膜组件的水处理方法，先在平板陶瓷膜片表面上设置有纳米催化型二氧化钛非对称分离膜，然后将平板膜片组装成平板陶瓷膜组件，在平板膜组件中的平板陶膜片之间设置有能随机对平板陶瓷确良行上下擦洗的旋转毛刷，所述平板陶瓷膜片之间设置有紫外线发生装置，并在反冲洗时的介质中加入臭氧和H2O2。本发明能定向对膜表面微生物细菌及有机物进行杀灭分解和快速降解，能有效减少膜污染，大大降低的反洗次数和频率。大大提高设备的有效工作时间并大幅增加的单位时间的水通量，水通量在同等条件下增加30%以上。随机及时定向分解膜表面有机物、油污、细菌等，保持膜面整洁干净，提高过滤效果和过滤效率。
权利要求书
1.一种定向自修复平板陶瓷膜组件的水处理方法，其特征在于：先在平板膜片表面上设置有颗粒大小为10-300nm的纳米催化型二氧化钛非对称分离膜，然后将平板膜片组装成用于水处理的平板陶瓷膜组件，在平板陶瓷膜组件中的平膜片之间设置有能随机对平板陶瓷膜表面进行上下擦洗的旋转毛刷辊，所述平板膜片之间设置有紫外线发生装置，并在反冲洗时的介质中加入臭氧和H2O2，所述纳米催化型二氧化钛非对称分离膜为纳米二氧化钛膜或掺杂二氧化钛膜及可产生光催化作用的膜，并经过高温烧制和载体牢固结合。
2.根据权利要求1所述的一种定向自修复平板陶瓷膜组件的水处理方法，其特征在于：当紫外线照射到二氧化钛晶体时，半导体微粒吸收光，产生电子-空穴对，在半导体与溶液界面之间的空间电荷层的电场作用下，光生电子和空穴有效地分离并迁移到TiO2微粒表面的不同位置，光生空穴有很强的得电子能力，可夺取吸附于半导体膜表面的有机物或溶剂中的电子，使原本不吸收入射光的物质活化而被氧化，而电子受体则可以通过二氧化钛微粒表面的电子而被还原,水 溶液中的光催化氧化还原反应就在二氧化钛微粒表面进行,吸附于二氧化钛微粒表面的水分被光生空穴氧化后,生成氧化能力和反应活性极强的氢氧自由基;另外光生电子还原水中的溶解氧,通过反应生成氧化氢自由基和过氧化氢,过氧化氢生成氢氧自由基.、氢氧自由基是水中存在的氧化剂总反应活性最强的而且对作用物无选择性,对细胞的作用表现为对其DNA复制和细胞膜的代谢带来有害的影响,H2O2也有很强的杀菌作用.，综合上述,产生的杀菌效果是无毒性和杀灭及降解作用,并能够持续发挥效果。
3.根据权利要求1所述的一种定向自修复平板陶瓷膜组件的水处理方法，其特征在于：所述在反冲洗时，在反向清洗的清水或洁净压缩空气中加入臭氧和H2O2，便于臭氧从内部反向进行分解有机物和细菌体，并且溢出膜表面的臭氧在紫外线的作用下能产生羟基自由基进一步提高臭氧的利用率和分解有机物的能力和效率，以彻底清除由细菌体和有机物造成的膜内部污染。
4.根据权利要求1所述的一种定向自修复平板陶瓷膜组件的水处理方法，其特征在于：当污染有机物在纳米二氧化钛膜表面形成一层厚膜时，遮挡了紫外光的入射，进而屏蔽了紫外光，最终破坏了二氧化钛膜和紫外光的相互作用时，机械刷可以强制刷除大部分在平板陶瓷膜表面的有机物及无机物，露出二氧化钛膜表面，从而使二氧化钛膜和紫外光产生相互作用，进而产生羟基自由基、过氧化氢、氢氧根离子等并迅速分解有机污染物，达到定向清洗修复膜表面的功能。
5.根据权利要求1所述的一种定向自修复平板陶瓷膜组件的水处理方法，其特征在于：所述紫外线发生装置表面的二氧化钛进行光催化作用产生强氧化的羟基自由基、过氧化氢、氢氧根离子、臭氧，能对被截留在平板膜表面上的难降解的有机物进行定向高效分解，从而降低COD等指标，达到净化水质的作用;更主要是利用羟基自由基、过氧化氢、氢氧根离子、臭氧的协同强氧化作用对膜表面和周围的细菌进行定向杀灭和分解，可有效避免或极大减少细菌及微生物代谢物金属离子相互作用在膜表面形成一层凝胶层或细菌在陶瓷膜表面着床并牢固粘附在膜表面上形成覆膜层，有效防止因为细菌体和有机物在膜片通道堵塞而造成的通量下降问题，能使膜片长久保持较大通量，从而达到膜的自行修复。
6.一种定向自修复平板陶瓷膜组件的处理装置，其特征是：它包括组件框体、平板膜组件(11)及过滤反洗装置，所述过滤反洗装置包括变频水泵(22)，与清水池相连的过滤阀(21)、空压机(19)、气反冲洗阀(20)和与平板膜组件相连的气反冲洗管(24)，所述组件框体为用于固定平板膜片组件和曝气机构的刚性构体，所述平板膜组件包括间隔设置的平板膜片(10)、与平板膜片形成一体的上堵头与下堵头，所述平板膜片上设置有能对膜片表面进行清洗的毛刷辊(9)，所述毛刷辊两端设置在承托架(12)上，所述承托架可在组件框体上的平板膜片间作升降运动，所述平板膜片表面上设置有催化二氧化钛分离膜，所述毛刷辊上方设有紫外线发生装置(17)。
7.根据权利要求6所述的一种定向自修复平板陶瓷膜组件的处理装置，其特征是：所述紫外线发生装置为紫外线灯管，所述紫外线灯管外形为圆形、椭圆形、方形、长方形、扁平形。
8.根据权利要求6所述的一种定向自修复平板陶瓷膜组件的处理装置，其特征是：所述承托架(12)四个角上固定设置有升降机构(1)，升降机构上段与固定在组件框体中的支撑架上的螺母相啮合，支撑架的电机通过涡轮减速器带动齿轮转向器将扭矩力传给升降机带动由四条涡轮丝杆组成了一个平台与承托架同步上下运动，通过设置在承托架上的毛刷与平板膜片表面作往复的机械摩擦，所述组件框体上分别设置有上位置感应器(13)和下位置感应器(14)。
9.根据权利要求6所述的一种定向自修复平板陶瓷膜组件的处理装置，其特征是：紫外线灯管和平板膜片之间的距离不要超过4厘米。
说明书
一种定向自修复平板陶瓷膜组件的水处理方法及处理装置
技术领域
本发明涉及污水处理成套设备，具体涉及定向自修复平板陶瓷膜组件及其水处理方法。
背景技术
陶瓷平板膜生物反应器作为一种新型高效污水处理技术，已成为生活污水、含油废水、工业废水和极端环境废水(屠宰和养殖废水等)处理中不可或缺的处理技术。
众所周知，废水中的有机物是引起水体富营养化和环境污染的重要物质，造成水中藻类及其他微生物大量繁殖，使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，生态系崩溃，每年我国海域发生赤潮高达几十次，有机物是污染的重要原因之一;平板陶瓷膜已成为污水处理装置核心部件，实际运用中取得了良好效果。但系统过滤运行中因为有机物和无机物吸附在膜片表面，特别是养殖废水中含磷氮高，细菌及微生物及其容易繁殖生长，且代谢物容易与金属离子相互作用在膜表面形成一层凝胶层，或细菌会在陶瓷膜表面着床并牢固粘附在膜表面上形成覆膜层，导致膜片通道堵塞通量下降甚至导致系统崩溃。过滤10~30分钟就需要进行反洗1~3分钟，且反洗水量和压力都要加大到2倍，造成设备工作效率只有60%~70%左右，设备运行费用提高，投资成本增加;并且时间长了细菌容易繁殖，进一步造成污堵，需要用药洗，进一步减少了过滤时间并降低了总过滤效率，同时成本大幅增加，污泥量大幅增长。且所有酸碱盐类和氧化剂及酶洗涤剂类均会生成其它盐类物质，部分与细菌胶体基团在膜表面形成凝胶团并带入金属离子，造成二次堆积污染，并会改变PH值，衍生出另外的环境污染问题。
发明内容
为了解决现有技术中平板陶瓷膜组件在应用过程中容易污堵且频繁清洗，并造成系统运行效率低下，运行费用高的问题，市场上出现了机械刷洗膜片的装置，但它只能清除无机颗粒物质，对有机物产生的软体胶体物质无法清除，另外也有使用纳米二氧化钛投入膜池并加入紫外线产生羟基自由基的试验，但因为纳米二氧化钛颗粒非常细小，容易造成膜孔堵塞并容易流失。纳米二氧化钛膜和紫外光及其他氧化剂联动耦合协同的工业大型反应器设计一直是一个大难题，且没有应用案例。
本发明提供了一种能在水处理过滤中随机对平板陶瓷膜片表面进行定向清洗，不需进行频繁的用空气与水及药反冲洗，就可确保平板陶瓷膜片过滤效果的定向自修复平板陶瓷膜组件的水处理方法及装置。
所述定向自修复平板陶瓷膜组件的水处理方法是：先在平板膜片表面上涂覆有颗粒大小为10-300nm的锐钛矿纳米催化型二氧化钛非对称分离膜，然后将平板膜片组装成水处理平板陶瓷膜组件，在平板膜片之间设置有能随机对平板膜片表面进行擦洗的旋转毛刷辊，在平板膜片之间安装有紫外线发生装置，并在反冲洗时的介质中加入臭氧和双氧水，所述纳米催化型二氧化钛非对称分离膜为纳米二氧化钛膜或掺杂二氧化钛膜及可产生光催化作用的膜，并经过高温烧制和载体牢固结合。
本发明所述一种能在水处理过滤中随机对平板膜片进行定向清洗，不需进行频繁的用空气与水及药反冲洗，就可确保平板膜片的过滤效果的中空平板陶瓷膜组件系统装置;为防止有机物和无机物吸附在平板陶瓷膜片表面，或细菌会在陶瓷膜表面着床并牢固粘附在膜表面上形成覆膜层，导致膜片通道堵塞通量下降的问题，如在平板陶瓷膜上使用纳米催化型二氧化钛非对称分离膜，并在膜片之间安装紫外光灯管，当在紫外光的激发下，纳米二氧化钛吸收足够高的光能后，将产生电子空穴对，在有水和氧的介质中，氧和水分子与光生电子或空穴结合产生化学性质极为活跃的超氧离子自由基(.O2-)和羟基自由基(.OH)，和(H2O2)等。这样利用其强氧化能力对污水中的有机物降解并对膜片周围产生的细菌及膜表面细菌和凝胶层等难分解物质进行杀灭分解进而将各种有机物氧化为CO2和H2O等无机小分子，协同表面机械刷在膜片表面进行摩擦清洁残渣和及其他污堵的辅助装置达到彻底清洁膜片的效果。
本发明清除污染物后能有效保持较高膜通量，在一定周期内不需要频繁对平板膜片进行水反洗，延长了工作时间提高了设备总过滤效率。并在反洗时在介质中加入臭氧和H2O2, 便于臭氧和H2O2从内部反向对膜孔内进行分解有机物和细菌体，并且溢出膜表面的臭氧和H2O2，在紫外线的作用下也能产生羟基自由基进一步提高臭氧的利用率，以彻底清除由细菌体和有机物造成的膜内部污染。
本发明解决了纳米二氧化钛膜和紫外光线及其他氧化剂联动耦合协同的工业大型反应器设计大难题，且没有应用案例。
本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：所述一种定向自修复平板陶瓷膜组件的处理装置包括组件框体、平板膜组件及过滤反洗装置，所述组件框体为用于固定平板膜片组件和曝气机构的刚性构体，所述平板膜组件包括间隔设置的平板膜、与平板膜片形成一体的上堵头与下堵头，所述平板膜片上设置有能对膜片表面进行清洗的毛刷辊，所述毛刷辊两端设置在承托架头上，所述承托架可在组件框体上的平板膜片间作升降运动，所述平板膜片表面上设置有催化二氧化钛分离层，所述毛刷辊上方设有紫外线发生装置。
所述承托架在组件框体上升降运动方式包括齿轮传动、链条传动、气缸传动、液压传动和螺杆传动等，其中优选螺杆传动。
所述为提高二氧化钛膜的催化作用，在返现水或压缩空气冲洗中辅助使用臭氧进行反洗清洗以提高整个系统杀菌的处理效率。
本发明装置原理：在平板膜片表面涂覆均匀的纳米二氧化钛膜和或掺杂的二氧化钛膜及其它可产生光催化作用的膜。紫外线发生装置产生紫外线并激发二氧化钛进行光催化作用，使平板膜片表层周围产生羟基自由基、过氧化氢、氢氧根离子等;对膜片表面污堵的有机物和细菌进行定向分解清除，再通过设置在组件上的框架带动毛刷辊在平板膜片表面作往复的机械摩擦，对平板膜片表面刷洗。 二氧化钛膜由均匀一致的纳米颗粒构成，其颗粒大小可在10-300nm颗粒之间调整，且存在大量的微孔，其孔径大小为纳米级，也可进行调整.因此这种膜材料呈多孔性结构，将其涂附在平板陶瓷膜载体上，形成非对称结构的二氧化钛膜层，其强度高非常适合用毛刷辊在表面进行机械摩擦清洗;由于反向清洗是使用清水或洁净压缩空气，便于系统进行反洗时在介质中添加臭氧从内部反向进行分解有机物和细菌体，并溢出膜表面的臭氧在紫外线的作用下能产生羟基自由基等进一步提高臭氧的利用率和对膜孔表面有机难降解物的降解，以彻底清除由细菌体和有机物造成的膜内部污染。
本发明解决了模组件内架设紫外灯且可作自由自动的难题，及光催化氧化降解膜反应器大型工业化设计的难题，同时解决了平板膜组件运行中容易污堵并清洗困难、清洗效率低等问题，对膜内部和表面进行彻底清除，有效提高了平板膜生物反应器可靠性使用效率,提高了出水通量,大大减少了反冲洗次数，节省反冲洗的时间,增加了工作时间，大大提高工作效率。
本发明与现有技术相比具有以下特点：
1、本发明采用光催化产生稳定的强氧化的羟基自由基、过氧化氢、氢氧根离子、臭氧的协同效应，能定向对膜表面微生物细菌及有机物进行杀灭分解和快速降解，从源头上防止了膜片表面的污堵，并用辅助刷辅助进行清洁，能有效减少膜污染，大大降低的反洗次数和频率。大大提高设备的有效工作时间并大幅增加的单位时间的水通量，水通量在同等条件下增加30%以上。
2、可随机及时定向分解膜表面有机物、油污、细菌等污染物，保持膜面整洁干净，提高过滤效果和过滤效率.
3、不需频繁停机进行反冲洗，减少了反冲洗次数，增加了工作时间和提高工作效率.
4、在反向清洗用介质清水或压缩空气中添加臭氧较稳定，容易实现工业化，可辅助增强二氧化钛膜层内部污堵物质分解，并且溢出膜表面的臭氧在紫外线的作用下能产生羟基自由基进一步提高臭氧的利用率。更重要的是臭氧溢出膜表面时，由于压力释放，臭氧气体在膜表面迅速膨大，炸开同时在臭氧及羟基自由基等的协同作用下，膜片表面和膜孔靠膜面部分有机物被迅速分解。
5、解决了平板膜组件运行中清洗困难、清洗效率低等问题，有效提高了平板膜生物反器的使用寿命和可靠性,提高了出水通量。
6、本发明传动装置和动力装置不需要置于水中，不需要采用耐腐蚀材料及防水处理。
