一種光催化型生物膜反應器的製作方法

2023-10-27 21:21:22 1

本實用新型屬於環境保護領域，具體涉及一種光催化型生物膜反應器。

背景技術：

生物膜反應器是汙水處理領域應用較為廣泛的水的生化處理工藝，主要是由在反應器內的填料(固定式或懸浮式填料)培養生物膜，由生物膜上的微生物實現廢水的淨化處理。

60年代，新型有機合成材料大量問世，生物濾池的填料由碎石、爐渣逐步改進為聚乙烯、聚苯乙烯製成的波紋板、蜂窩狀等有機人工合成填料，使其比表面積和孔隙率大大增加，生物膜法得到了新的發展；到了70年代，除了普通生物濾池外，生物轉盤、淹沒式生物濾池和生物流化床技術得到了更多的研究與應用；近年來，又湧現出大量新型複合式生物膜反應器，如微孔膜生物反應器、氣提式生物膜反應器、移動床生物膜反應器以及升流式厭氧汙泥床——厭氧生物濾池等。

光催化與生物膜工藝聯用的方法亦有報導，但是這種工藝不能真正實現光催化技術與生物膜技術結合在一起，只是先用傳統光催化工藝處理汙水之後再用傳統生物膜工藝處理，導致工藝運行費用高且不能靈活運行。將光催化技術與生物膜技術結合到一起，利用新填料構建一種光催化型生物膜反應器裝置則未見報導。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的缺陷，本實用新型將光催化工藝和生物膜工藝置於同一反應器內，通過反應器結構及填料結構的改變，從而構建一種光催化型生物膜反應器。

為了解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案予以實現：

一種光催化型生物膜反應器，包括反應池，所述的反應池連接有進水管路和出水管路，進水管路連接有進水泵和廢水池，所述的反應池中設有曝氣裝置，所述的反應池中設有隔板，所述的隔板將反應池分為第一反應池和第二反應池，所述的隔板位於反應池中間位置附近；所述的曝氣裝置分別置於第一反應池和第二反應池的底部，所述的第一反應池和第二反應池中均設有填料單元；

所述的填料單元包括支撐杆和填料，所述的支撐杆上設有多個填料，所述的填料外部塗覆有一層納米光催化劑塗層；

所述的第二反應池中還設有多個紫外燈光源管，所述的紫外燈光源管圍繞所述的填料單元周向均勻布置，所述的紫外燈光源管連接繼電器開關。

本實用新型還具有如下區別技術特徵：

所述的隔板上加工有孔，用於穿過支撐杆。

所述的隔板位於反應池中間位置。

所述的填料由固定裝置安裝在支撐杆上，所述的固定裝置為螺栓螺母固定。

所述的支撐杆為曝氣管。

所述的填料外部的納米光催化劑塗層呈橢圓狀。

所述的紫外燈光源管均勻布設有3～4根。

所述的曝氣裝置為穿孔管曝氣。

所述的紫外燈光源管位於第二反應池內壁上。

所述的進水管路上安裝有液體流量計，所述的出水管路上安裝有氣體流量計和空氣泵。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

(1)本實用新型的彈性填料表面塗覆有納米光催化劑塗層，可以使微生物的附著力度增大，進一步增強其生物膜載體功能；另一方面，該塗層使填料內部的微生物避免受到紫外線的抑制，而外層能更多地接觸紫外光源，實現對難降解物質的光催化功能，提高光催化效率。

(2)本實用新型通過繼電器開關切換內置紫外燈光源的啟閉，可以實現開啟光催化作用和關閉光催化作用，而生物氧化作用不受影響，從而實現反應器處理不同水質的廢水得以實現。

(3)本實用新型通過分別在反應池不同位置設置曝氣裝置，可以實現：開啟光催化功能時，第二反應池的曝氣裝置主要為光催化反應提供攪拌，第一反應池的曝氣裝置主要為生物膜提供氧氣，從而實現光催化型生物膜反應；不開啟光催化功能時，雙層曝氣有助於提高生化反應的供氧率，同時反應池的高度增加會使底部微生物增壓，從而增加微生物活性，提高反應器的效率。

附圖說明

圖1是本實用新型反應器的整體結構示意圖(圖中箭頭表示氣流或水流方向)。

圖2是本實用新型的填料單元示意圖(圖中箭頭表示水流方向)。

圖中各標號表示為：1-反應池，2-進水管路，3-出水管路，4-進水泵，5-廢水池，6-曝氣裝置，7-隔板，8-填料單元，9-紫外燈光源管，10-繼電器開關，11-液體流量計，12-氣體流量計，13-空氣泵；

(1-1)-第一反應池，(1-2)-第二反應池；(7-1)-孔；

(8-1)-支撐杆，(8-2)-填料，(8-3)-納米光催化劑塗層，(8-4)-固定裝置。

以下結合附圖和具體實施方式對本實用新型的具體內容作進一步詳細解釋說明。

具體實施方式

為了使填料具備光催化的能力，提高使用壽命，將填料採取納米塗層改性的處理措施，具體的改性過程包括：將彈性填料用95％的乙醇清洗2遍，之後用5％的檸檬酸清洗2遍，再用蒸餾水清洗乾淨，風乾待用。

乾燥後的彈性填料用交聯劑合劑(矽烷偶聯劑3-氨基丙基三乙氧基矽烷(KH550)和γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷(KH550)，體積比為1:1)浸泡後，將市售納米二氧化鈦或納米氧化鋅等光催化顆粒均勻塗敷於其表面，在無菌烘箱中75℃烘乾2小時即可得到改性後的彈性填料；

將填料放入反應池中，先進行生物膜的培養和馴化。

待處理汙水首先由泵進入反應池，通過繼電器開關10的啟閉控制紫外光源管9，可實現生活汙水和難降解廢水的處理，處理後出水由出水管路3排出。

進水管路2、出水管路3和曝氣裝置6的材質為PVC或PPR。

以下給出本發明的具體實施例，需要說明的是本發明並不局限於以下具體實施例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本發明的保護範圍。

實施例1

結合圖1至圖2，一種光催化型生物膜反應器，包括反應池1，所述的反應池1連接有進水管路2和出水管路3，進水管路2連接有進水泵4和廢水池5，所述的反應池1中設有曝氣裝置6，曝氣裝置6為穿孔管曝氣。反應池1中設有隔板7，所述的隔板7將反應池1分為第一反應池1-1和第二反應池1-2，所述的隔板7的安裝高度一般為0.375H～0.625H，H為反應池1的總高度，優選的隔板7位於反應池1中間位置；

隔板的作用為：可以避免第二反應池中的紫外光源對第一反應池中生物的影響；隔板中的孔可以使隔板同時連通兩個反應區，使第二反應池中的廢水快速上升至上部，又避免第二反應池中的填料中生物膜上升至第一反應池，起到固液分離的作用。

所述的曝氣裝置6分別置於第一反應池1-1和第二反應池1-2的底部，所述的第一反應池1-1和第二反應池1-2中均設有填料單元8；

所述的填料單元8包括支撐杆8-1和填料8-2，所述的支撐杆8-1上設有至少3個填料8-2，所述的填料8-2外部塗覆有一層納米光催化劑塗層8-3，該塗層8-3呈橢圓狀，這樣既保證填料內部微生物的生長，又保護內部微生物免受紫外線的抑制。

第二反應池1-2中還設有3～4根紫外燈光源管9，紫外燈光源管位於第二反應池內壁上，所述的紫外燈光源管9圍繞所述的填料單元8周向均勻布置，所述的紫外燈光源管9連接繼電器開關10，通過繼電器開關10切換內置紫外燈光源的啟閉，可以實現開啟光催化作用和關閉光催化作用。

當兩個反應池中共用支撐杆時，在隔板7上加工孔7-1，用於穿過支撐杆8-1。

填料8-2由固定裝置8-4安裝在支撐杆8-1上，所述的固定裝置8-4為螺栓螺母固定。

進水管路2上安裝有液體流量計11，所述的出水管路3上安裝有氣體流量計12和空氣泵13，用於曝氣和檢測流速。

另一個技術方案與本實施例相同，區別僅在於：支撐杆8-1為曝氣管，通過曝氣管的內部曝氣，可以更好地使填料內部微生物快速增長，活性更好。

實施例2

處理生活汙水：

廢水池5中的廢水經進水管路2、進水泵3及流量計11的控制進入反應池1內，此時開啟空氣泵13進行曝氣，第二反應池1內紫外光源管9不開啟，填料上的生物膜對廢水中的有機物進行降解，使廢水汙染物質得到去除，處理後的水經出水管路3收集後自由水頭重力出水，達到用戶的要求。

將本實用新型的一種光催化型生物膜反應器用於處理生活汙水，生活汙水的主要汙染物指標COD＝250mg/L，BOD5＝160mg/L，NH3-N＝25mg/L，TN＝30mg/L。

經上述實施方式運行，處理後出水為處理後出水COD＝50mg/L，BOD5＝10mg/L，NH3-N＝5mg/L，TN＝20mg/L，出水水質可達到城鎮汙水處理廠汙染物排放標準(GB18918-2002)的二級標準。

實施例3

處理硝基苯生產廢水：

硝基苯生產廢水屬於難降解廢水，廢水池5中的廢水經進水管路2、進水泵4及流量計4的控制進入反應池12內，此時開啟空氣泵9進行曝氣，反應池1內紫外光源管9開啟，填料單元8上的光催化塗層對硝基苯廢水先進行降解，之後其內部生物膜對廢水中的有機物進行降解，使廢水汙染物質得到去除，處理後的水經出水管路3收集後自由水頭重力出水，達到用戶的要求。

硝基苯廢水的主要汙染物指標硝基苯＝10mg/L，COD＝250mg/L，BOD5＝60mg/L，NH3-N＝25mg/L。

經上述實施方式運行，處理後出水為處理後出水硝基苯＝3mg/L，COD＝90mg/L，BOD5＝20mg/L，NH3-N＝15mg/L，TN＝10mg/L。出水水質可達到汙水綜合排放標準(GB8978-1996)的二級標準。