[发明专利]一种用于污水处理的大型光催化无机钛平板膜反应床

说明书

本发明公开了一种用于污水处理的大型光催化无机钛平板膜反应床，它包括平板膜组件、负压抽吸系统，反洗系统，自动电控系统，紫外线光源及可上下运行的软辊刷组件和在线测控系统，平板膜组件包括TiO₂平板膜、膜架、集水系统和曝气管组成，紫外线光源由紫外灯或紫外光光导纤维引入，紫外灯或紫外光光导纤维和TiO₂光催化平板膜之间的距离控制在2‑10mm以内，紫外线光随软辊刷组件上下运动而联动；本发明通过软辊刷、紫外线光和二氧化钛膜联合作用，洗刷掉绝大部分膜面上污染物，同时使TiO₂膜表面裸露出来，纳米TiO₂在紫外光的激发下，可有效地对平板膜表面进行清理，杀灭和降解高分子有机物，达到膜表清洗和再生的效果。

技术领域：

本发明涉及污水处理和水质净化领域，具体涉及到光催化反应器，平板膜组件及膜再生（或膜抗污堵）等。

背景技术：

平板陶瓷膜作为一种新型的膜分离材料，已逐步在生活污水、养殖废水和各行各业工业废水及在极端环境废水处理中得到广泛应用，目前在应用中经常碰到膜污染（膜污堵）问题，特别是处理含有机胶体、含细菌、含油等污水时，易污堵，膜再生困难，采用软辊刷对膜表面污堵物进行定时刷洗清除时，粘性较大的有机物或附着在膜表面的部分细菌还是难以清除，膜再生问题并没有完全解决。

氧化钛是半导体材料，具有良好的光化学特性，稳定性高，在紫外线（光）的激发下，价带电子被激发到导带，从而产生具有很强反应活性的电子（e^-)和空穴（R⁺）对，这些电子一空穴对迁移到半导体表面后，在氧化剂（如O₂、H₂O₂、O₃、Cl₂等）或还原剂（如有机污染物）作用下，可参与氧化还原反应，从而起到降解有机污染物和杀灭细菌的作用，也就是人们常说的光催化降解有机物的原理。

光催化反应器作为反应的主体设备，一个成功的效率高的反应器必然是高效、活性好的催化剂和光源充分利用的最优化组合。水溶液中的光催化氧化反应，在半导体表面失去电子的主要水分子，OH^-和有机物本身也均可充当光致空穴的俘获剂，水分子经变化后在生产氧化能力极强的羟基自由基（·OH），·OH是水中存在的氧化剂中反应活性最强的，而且对作用物几乎没有选择性。光致电子的俘获剂主要是吸附于TiO₂表面的氧。它既可抑制电子与空穴的复合，同时也是氧化剂，同时TiO₂表面高活性的e^-具有很强的还原能力，可以还原去除水中的金属离子；光催化氧化法可以将水中的烃类、卤代物、羟酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等较快地完全氧化为CO₂和H₂O等无害物质；其有常温常压下就能彻底破坏有机物，没有二次污染且贵用不太高等优点。

另根据资料在催化剂TiO₂里复合Ag⁺离子，负离子材料还可以进一步提升羟基自由基（·OH)的产生量，增强有机物分解和细菌杀灭作用。这么好的东西为什么没有大规模应用呢，主要是大型光催化反应器设计制造存在以下几个问题和相应的解决方法。

1、催化剂存在的状态

在悬浮液污水体系中，目前光催化剂的存在状态是一个比较难解决的问题。如果是粉末状，反应不但需要大量的催化剂来支持连续的运转，而且用过的催化剂粉末，如何回收，一般可用过滤、离心、混凝、絮凝等方法，这就使得处理过程过于复杂，同时还增加成本。因此将光催化剂固定在载体上是必需的。问题是找什么载体，如何增加单位体积中的催化剂表面积，质量传递如何进行，反应介质对光的吸收和散射导致光能量的衰减如何解决。

2、多相光催化反应器的几何形状