申請(qǐng)日2015.07.10

　　公開(kāi)(公告)日2015.11.04

　　IPC分類(lèi)號(hào)C02F9/04

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種難降解有機(jī)廢水的光催化-吸附絮凝聯(lián)用技術(shù)，可以解決有機(jī)物含量高、COD濃度高等水污染問(wèn)題，用于水污染處理領(lǐng)域。本發(fā)明在具有可見(jiàn)光催化活性的TiO2基半導(dǎo)體光催化劑和具有良好吸附絮凝作用的高效絮凝劑的共同作用下對(duì)活性紅染料廢水進(jìn)行降解處理，并且在光照1h，絮凝沉降處理2h后，活性紅染料廢水的COD去除率達(dá)到70%以上。通過(guò)利用絮凝的互補(bǔ)性和協(xié)同作用彌補(bǔ)光催化的不足，有效解決了光催化劑失活以及降解效果不佳的問(wèn)題，提高了COD的去除效率，最大限度地降低能耗，節(jié)約材料成本和運(yùn)行成本，有著較大的發(fā)展?jié)摿�和�?yīng)用前景。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種難降解有機(jī)廢水的光催化-吸附絮凝聯(lián)用技術(shù)，其特征在于，在光催化反應(yīng)裝置中利用太陽(yáng)光作為光源，選擇具有優(yōu)異可見(jiàn)光催化活性的TiO2基半導(dǎo)體材料為光催化劑，使得活性紅染料廢水可以在光照條件下先進(jìn)行光催化氧化反應(yīng)，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行初步降解;光催化處理后的出水進(jìn)入裝有新型高效絮凝劑的絮凝裝置中，對(duì)活性紅染料廢水進(jìn)行深度處理，從而大幅度降低出水COD(cr)值，實(shí)現(xiàn)高濃度有機(jī)物廢水的深度處理和回用。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難降解有機(jī)廢水的光催化-吸附絮凝聯(lián)用技術(shù)，其特征在于，所述可見(jiàn)光催化活性的TiO2基半導(dǎo)體材料為Bi2WO6/(C,N,B)-TiO2、Bi2WO6/TiO2、(C,N,B)-TiO2。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難降解有機(jī)廢水的光催化-吸附絮凝聯(lián)用技術(shù)，其特征在于，所述的高效絮凝劑為聚硅酸硫酸鋁、聚硅酸硫酸鐵。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難降解有機(jī)廢水的光催化-吸附絮凝聯(lián)用技術(shù)，其特征在于，所述的光催化-吸附絮凝聯(lián)用技術(shù)是先利用光催化材料對(duì)廢水進(jìn)行光催化氧化過(guò)程，再通過(guò)絮凝劑進(jìn)行吸附絮凝處理。

　　5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難降解有機(jī)廢水的光催化-吸附絮凝聯(lián)用技術(shù)，其特征在于，所述廢水是在常溫常壓下進(jìn)行的，光催化物理吸附處理時(shí)間為30min-1h，絮凝預(yù)處理時(shí)間為15-30min。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種難降解有機(jī)廢水的光催化-吸附絮凝聯(lián)用技術(shù)

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種難降解有機(jī)廢水的光催化-吸附絮凝聯(lián)用技術(shù)，可以解決有機(jī)物含量高、COD濃度高等水污染問(wèn)題，用于水污染處理領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)

　　紡織工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)和重要的民生產(chǎn)業(yè)，也是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯的產(chǎn)業(yè)。我國(guó)是紡織印染行業(yè)的生產(chǎn)大國(guó)，同時(shí)也是工業(yè)污染大戶(hù)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年我國(guó)染料產(chǎn)量約為80多萬(wàn)噸，占世界總產(chǎn)量的65%以上，然而印染加工過(guò)程中約有10%-20%染料作為廢水排入到江湖、大海和地面水中，這對(duì)生態(tài)環(huán)境和飲用水造成了極大的危害。印染廢水不僅組成成分復(fù)雜、色度高、COD含量高、有機(jī)污染物含量高、水質(zhì)變化和生物毒性大，是廢水處理的難題之一。隨著近年來(lái)纖維種類(lèi)和加工工藝的多樣化，PVA漿料、人造絲堿解物以及新型助劑等難生化降解的有機(jī)物大量進(jìn)入印染廢水，造成COD濃度增大至2000~3000mg/L，采用常規(guī)的物化法與生化法難以有效地脫色和降低COD值，去除率較低，無(wú)法適應(yīng)新形勢(shì)下印染工業(yè)環(huán)境保護(hù)要求。為此，減少工業(yè)水污染排放更是其中的重中之重，這就要求企業(yè)積極推行工業(yè)廢水深度處理和回用技術(shù)。

　　近年來(lái)，隨著高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，提供了染料廢水處理的新思路和新方法。目前，半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)是研究最多、應(yīng)用最廣的一項(xiàng)高級(jí)氧化技術(shù)，不僅降解速率快，不產(chǎn)生二次污染，而且反應(yīng)條件溫和，能解決常規(guī)物化法、生化法難以去除的有機(jī)污染物難題。二氧化鈦是迄今為止最受關(guān)注的半導(dǎo)體光催化劑，不僅活性高、熱穩(wěn)定性好，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、抗光氧化性強(qiáng)，但光譜響應(yīng)范圍僅局限在紫外光區(qū)，在實(shí)際應(yīng)用中存在量子效率低、光能利用率不高的情況，廣大科研工作者們通過(guò)向這些半導(dǎo)體晶格中摻入雜質(zhì)或缺陷、貴金屬沉積、染料敏化、半導(dǎo)體復(fù)合等手段來(lái)拓展光學(xué)吸收范圍，增強(qiáng)可見(jiàn)光量子產(chǎn)量，進(jìn)一步提高了光催化活性。然而現(xiàn)有的光催化劑材料雖然具有較高的降解效率，但是光催化氧化對(duì)高濃度的廢水處理效果不太理想，為了有效提高COD的去除率，廣大科研工作者們力圖采用組合的方法來(lái)提高深度催化降解這些高濃度，多組分的有機(jī)物，從而提高降解效率，使出水達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，這在實(shí)際生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用和推廣具有重大意義。

　　目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)去除染料廢水中有機(jī)污染物的組合方法也有不少，常見(jiàn)的有物理化學(xué)法與生物處理法聯(lián)用技術(shù)、臭氧/光催化聯(lián)用技術(shù)(S. Wang, F. Shiraishi, K. Nakano. A synergistic effect of photocatalysis and ozonation on decomposition of formic acid in an aqueous solution [J]. Chemical Engineering Journal, 2002, 87(2): 261-271.)，超聲波/Fenton試劑法聯(lián)用技術(shù)(Y. G. Li, W. P. Hsieh, R. Mahmudov, X. M. Wei, C. P. Huang. Combined ultrasound and Fenton (US-Fenton) process for the treatment of ammunition wastewater [J]. J. Hazard. Mater. 2013, 244-245, 403-411.)，活性炭吸附與微波催化氧化技術(shù)(陳梓云，彭夢(mèng)俠. 微波催化氧化法處理保險(xiǎn)粉生產(chǎn)廢水 [J]. 環(huán)境污染與防治，2008，8)等，相較于單一的處理方法，可以有效提高染料廢水中COD的去除率，出水水質(zhì)穩(wěn)定。Khattri(S. D. Khattri, M. K. Singh. Colour removal from synthetic dye wastewater using a bioadsorbent [J]. Water, Air, and Soil Pollution, 2000, 120(3-4): 283-294.)等人應(yīng)用物理化學(xué)法與生物處理方法相結(jié)合的原理，利用生物吸附劑對(duì)結(jié)晶紫羅蘭、亞甲基藍(lán)、孔雀綠、羅丹明B等染料廢水進(jìn)行了處理，取得了良好的效果。V.O. Abramov(O. V. Abramov, A. E. Gekhmana, V. M. Kuznetsova, et al. Ultrasonic intensification of ozone and electrochemical destruction of 1,3-dinitrobenzene and 2,4-dinitrotoluene [J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2006, (13): 303-307.)等利用超聲協(xié)同臭氧技術(shù)處理1,3-二硝基苯和2,4-二硝基甲苯的混合溶液，這些化合物在單獨(dú)臭氧下比較穩(wěn)定，在超聲協(xié)同臭氧作用下能在較短時(shí)間內(nèi)完全降解。上述這些方法相較于單一的處理方式可以有效提高廢水中有機(jī)物的催化效率，提供了新型的水處理技術(shù)，但是在水處理的實(shí)際應(yīng)用中，不可避免地存在運(yùn)行成本高、COD去除率無(wú)法達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題，從而在實(shí)際應(yīng)用中埋下隱患。為了克服這些問(wèn)題，需要探求更為合適的處理技術(shù)，不斷提高處理效率，優(yōu)先利用自然界豐富的再生資源，降低染料廢水的處理成本，進(jìn)一步提高聯(lián)用技術(shù)的處理效果。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于針對(duì)有機(jī)物含量高、COD濃度高等染料廢水，出水COD值無(wú)法達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，以及現(xiàn)有水處理方法的催化效率低、運(yùn)行成本高等問(wèn)題，提出一種光催化與絮凝聯(lián)用技術(shù)來(lái)處理難降解有機(jī)物污染廢水，通過(guò)利用絮凝的互補(bǔ)性和協(xié)同作用彌補(bǔ)光催化的不足，有力解決了光催化劑失活以及降解效果不佳的問(wèn)題，提高COD的去除效率，最大限度地降低能耗，節(jié)約材料成本和運(yùn)行成本，有著較大的發(fā)展?jié)摿�和�?yīng)用前景。

　　本發(fā)明在具有可見(jiàn)光催化活性的TiO2基半導(dǎo)體光催化劑和具有良好吸附絮凝作用的高效絮凝劑的共同作用下對(duì)活性紅染料廢水進(jìn)行處理，并且在光照1h，絮凝沉降處理2h后，活性紅染料廢水的COD去除率達(dá)到70%以上。

　　一種難降解有機(jī)廢水的光催化-吸附絮凝聯(lián)用技術(shù)，其特征在于，在光催化反應(yīng)裝置中利用太陽(yáng)光作為光源，選擇具有優(yōu)異可見(jiàn)光催化活性的TiO2基半導(dǎo)體材料為光催化劑，使得活性紅染料廢水可以在光照條件下先進(jìn)行光催化氧化反應(yīng)，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行初步降解;光催化處理后的出水進(jìn)入裝有新型高效絮凝劑的絮凝裝置中，對(duì)活性紅染料廢水進(jìn)行深度處理，從而大幅度降低出水COD(cr)值，實(shí)現(xiàn)高濃度有機(jī)物廢水的深度處理和回用。

　　所述可見(jiàn)光催化活性的TiO2基半導(dǎo)體材料為Bi2WO6/(C,N,B)-TiO2、Bi2WO6/TiO2、(C,N,B)-TiO2。

　　所述的高效絮凝劑為聚硅酸硫酸鋁、聚硅酸硫酸鐵。

　　所述的光催化-吸附絮凝聯(lián)用技術(shù)是先利用光催化材料對(duì)廢水進(jìn)行光催化氧化過(guò)程，再通過(guò)絮凝劑進(jìn)行吸附絮凝處理。

　　所述廢水是在常溫常壓下進(jìn)行的，光催化物理吸附處理時(shí)間為30min-1h，絮凝預(yù)處理時(shí)間為15-30min。

　　活性紅染料廢水的處理是在常溫常壓下進(jìn)行的，光催化物理吸附處理時(shí)間為30min~1h，絮凝預(yù)處理時(shí)間為15~30min。

　　光催化劑性能評(píng)價(jià)在石英管中進(jìn)行，100mL100mg/L活性紅染料廢水中加入光催化劑，催化劑用量為1g/L，太陽(yáng)光照射下催化降解1h后，測(cè)定活性紅染料廢水催化前后的COD值;吸附絮凝的評(píng)價(jià)在比色管中進(jìn)行，將經(jīng)光催化處理后的活性紅染料廢水中投入吸附絮凝劑，絮凝劑用量為5mL，攪拌后靜置2h，測(cè)定活性紅染料廢水吸附前后的COD值，從而計(jì)算出最終的COD去除率。經(jīng)光催化與絮凝聯(lián)用技術(shù)處理后的活性紅染料廢水的COD去除率達(dá)到70%以上。

　　本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)本發(fā)明提出的光催化與絮凝聯(lián)用技術(shù)來(lái)處理難降解有機(jī)物污染廢水，通過(guò)利用絮凝和光催化的協(xié)同作用來(lái)提高廢水的COD的去除率，最大限度地降低能耗，節(jié)約成本。本發(fā)明提出的聯(lián)用技術(shù)在對(duì)難降解活性紅染料廢水的COD去除率達(dá)到70%以上，具有良好的催化效果，解決了高濃度有機(jī)廢水催化效率低，出水無(wú)法達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)等難題。

　　(2)本發(fā)明的復(fù)合工藝，是先采用光催化氧化過(guò)程對(duì)活性紅染料廢水進(jìn)行初步降解，不僅充分利用太陽(yáng)光，節(jié)能環(huán)保，而且可以破壞難降解的有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)，生成小分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)化合物，充分發(fā)揮光催化氧化的作用;其次，向初步處理的廢水中加入絮凝劑，可以使廢水中的光催化無(wú)法降解的高分子有機(jī)污染物通過(guò)橋連和凝聚物網(wǎng)捕、共沉淀等作用進(jìn)一步得到去除，可以利用絮凝的互補(bǔ)性和協(xié)同作用進(jìn)一步彌補(bǔ)光催化對(duì)高濃度有機(jī)難降解廢水的催化不足問(wèn)題，解決了光催化劑失活以及降解效果不佳的問(wèn)題。同時(shí)，該聯(lián)用技術(shù)操作簡(jiǎn)單，成本低，COD去除效果優(yōu)異。

　　(3)本發(fā)明的光催化-吸附絮凝聯(lián)用技術(shù)不僅可以用于染料廢水的處理，還可用于其他工業(yè)廢水以及受污染的自然水體的處理，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。