[发明专利]一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器及其工作方法

权利要求书

1.一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，该反应器包括反应筒、气提筒、三相分离器和膜组件，在所述的反应筒的底部设置有进水管与进气管，在反应筒内放置载有二氧化钛的轻质颗粒；在反应筒的内部轴向自下而上设置有沼气曝气盘、气提筒和三相分离器，在所述气提筒内设置有紫外光光源；在所述气提筒的上方罩设有三相分离器，所述三相分离器包括自上而下设置的导流筒和伞状导流罩，在伞状导流罩的外边缘设置有向内翻折的导流沿，所述导流筒的上端通过所述反应筒的顶盖与外部出气管相连通，并通过气泵与所述的沼气曝气盘相连通；在所述反应筒内、且与所述导流筒水平对应的位置上设置有膜组件，所述膜组件通过反应筒侧壁与外部的出水管相连。

2.根据权利要求1所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述反应筒内放置的载有二氧化钛的轻质颗粒总体积为反应筒体积的1/5-1/4。

3.根据权利要求1所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述的膜组件采用的是中空纤维超滤膜，超滤膜的额定孔径为0.01微米。

4.根据权利要求1所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述紫外光光源设置在气提筒的下部1/3处,选择紫外光源功率为300-500W。

5.根据权利要求1所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述反应筒包括由上而下设置的筒状分离区和筒状升降区，所述筒状分离区的内径大于所述筒状升降区的内径，所述筒状分离区和筒状升降区之间设置有倾斜沉降沿；所述的倾斜沉降沿的水平位置低于所述导流沿的水平位置。

6.根据权利要求1所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述二氧化钛轻质颗粒为负载有二氧化钛的活性炭颗粒，所述二氧化钛轻质颗粒的堆积密度为0.3-0.5kg/L、比表面为1500-2000m²/g，粒径范围2-4mm，吸水率为300-450%；所述二氧化钛轻质颗粒按重量百分比包括以下原料：

活性炭颗粒：80-90份；

二氧化钛：4-8份。

7.根据权利要求6所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述二氧化钛轻质颗粒是按如下制备方法制备的，该方法包括步骤如下：

（1）使用磁力恒温搅拌器在25℃下将分析纯的钛酸丁酯、分析纯的冰乙酸依次加入无水乙醇中，搅拌15~20min，得到均匀透明的淡黄色溶液；所述钛酸丁酯、冰乙酸和无水乙醇的体积份数分别为： 

钛酸丁酯：4.5-6份；

冰乙酸：0.8-1.2份；

无水乙醇：12-18份；

优选的，所述钛酸丁酯、冰乙酸和无水乙醇的按照体积比分别为：

钛酸丁酯：5份；

冰乙酸：1份；

无水乙醇：15份；

（2）继续搅拌，加入占步骤（1）中得到的淡黄色溶液体积百分比1-2%的浓硝酸，所述浓硝酸的浓度为65-68wt%；加入占步骤（1）中得到的淡黄色溶液体积百分比25-27%的乙醇溶液，所述乙醇溶液的浓度为90-95wt%，继续搅拌1-1.5h，得到二氧化钛溶胶；

（3）将活性炭颗粒浸入步骤(2)制备的二氧化钛溶胶中，充分浸渍，然后提拉出来后在烘箱中于105℃下烘干2-3h，即为镀膜一次；再重复步骤（3）2次，即为镀膜三次；

（4）将镀膜三次的活性炭颗粒置于石英管式炉中，通入氮气作为保护气，在500-600℃条件下恒温煅烧4-5h，使二氧化钛牢固附着于活性炭颗粒之上，即得二氧化钛轻质颗粒。

8.根据权利要求7所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，在对废水进行处理前，将所述二氧化钛轻质颗粒进行生物膜培养，包括步骤如下：

（1）将上述制备的二氧化钛的轻质颗粒与厌氧污泥以体积比1:3-1:4混合加入反应筒，关闭紫外光源，以待处理废水为培养基质；

（2）在待处理废水中下驯化1个月，实现二氧化钛轻质颗粒表面和内部空隙挂膜。

9.根据权利要求1所述的一种光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器，其特征在于，所述光催化、内循环厌氧流化膜生物反应器的容积负荷为6-20g(COD)/L·d。

10.一种利用如权利要求1所述反应器处理污水的方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：

（1）待废水经由反应筒底端的进水管进入反应筒，循环甲烷气体由反应筒底端的进气管进入气提筒，在进水流速与气体提升力的作用下，废水与反应筒内的二氧化钛轻质颗粒混合成混合废水；

（2）所述步骤（1）中的混合废水进入气提筒，在紫外光光源照射下、二氧化钛催化作用下，混合废水中的难生物降解有机物降解为可生化降解化合物；

（3）混合废水沿气提筒上流至所述的三相分离器的伞状导流罩，被所述伞状导流罩回挡至气提筒外部，在重力作用下所述混合废水沿反应筒和气提筒之间环形降流区下流，并在反应筒底部在内外筒压力差作用下回流重复至气提筒内，不断的回流过程实现了废水和二氧化钛轻质颗粒的充分接触反应； 

（4）所述的沼气、废水和二氧化钛轻质颗粒在反应筒的上部相互分离：沼气沿三相分离器的导流筒逸出反应筒，沿出气管排出后收集，部分循环；废水中的沉淀物和二氧化钛轻质颗粒沉降回至反应筒下部；在反应筒的上部废水经沉降后产出的上清液经由膜组件、在恒流泵的抽吸作用下经出水管排出。