申請(qǐng)日2013.10.15

　　公開(kāi)(公告)日2014.01.15

　　IPC分類號(hào)C02F9/14

　　摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)了一種可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的方法，經(jīng)過(guò)光催化降解處理廢水，廢水經(jīng)過(guò)光催化降解處理后，再流入固定化微生物流化床進(jìn)行后續(xù)生化處理，對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行進(jìn)一步降解去除，經(jīng)過(guò)生化處理的廢水再反復(fù)進(jìn)行光催化降解和固定化微生物流化床生化的聯(lián)合處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水進(jìn)行多次循環(huán)深度處理，最終使經(jīng)過(guò)處理廢水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明還提供一種可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的聯(lián)合反應(yīng)器，在聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)腔中設(shè)置斜板式光催化反應(yīng)裝置和斜板式固定化微生物流化床。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光條件下的光催化降解并與固定化微生物流化床相結(jié)合，操作簡(jiǎn)單、洗染廢水處理效率高，成本低廉，適于工業(yè)生產(chǎn)。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1. 一種可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的方法，經(jīng)過(guò)光催化降解處理廢水，其特征在于：廢水經(jīng)過(guò)光催化降解處理后，再流入固定化微生物流化床進(jìn)行后續(xù)生化處理，對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行進(jìn)一步降解去除，經(jīng)過(guò)生化處理的廢水再反復(fù)進(jìn)行光催化降解和固定化微生物流化床生化的聯(lián)合處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水進(jìn)行多次循環(huán)深度處理，最終使經(jīng)過(guò)處理廢水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，在光催化降解處理過(guò)程中，通過(guò)液體傳送系統(tǒng)的輸送，在光催化劑載體基底表面上，使廢水形成流過(guò)光催化劑載體基底表面的一層薄的廢水液膜，在可見(jiàn)光照射下，廢水液膜經(jīng)光催化反應(yīng)對(duì)大分子污染物進(jìn)行降解，在固定化微生物流化床生化處理過(guò)程中，廢水經(jīng)過(guò)前序光催化降解處理后，廢水流入固定化微生物流化床進(jìn)行生化處理，對(duì)固定化微生物流化床附近的廢水進(jìn)行曝氣處理，使廢水與流化床內(nèi)的固定化微生物顆粒充分混合，形成液體-固體-氣體三相循環(huán)傳質(zhì)體系。

　　2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的方法，其特征在于：所述光催化劑載體基底表面和固定化微生物流化床皆為斜面設(shè)置，通過(guò)液體傳送系統(tǒng)的輸送，廢水沿著斜面式光催化劑載體基底表面的從高處向低處流動(dòng)，從斜面式光催化劑載體基底表面滑落，廢水繼續(xù)沿著斜板式固定化微生物流化床的從高處向低處流動(dòng)，到達(dá)固定化微生物流化床底部上方，在靠近斜板式固定化微生物流化床低處對(duì)廢水進(jìn)行曝氣，使在斜板式固定化微生物流化床上方的水域形成了水體、氣泡和固定化顆粒內(nèi)循環(huán)混合流場(chǎng)。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的方法，其特征在于：調(diào)整斜面式光催化劑載體基底表面的傾斜角度，使流經(jīng)斜面式光催化劑載體基底表面的水流方向與光照方向垂直。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的方法，其特征在于：處理一批次廢水，在光催化降解處理過(guò)程中，利用太陽(yáng)光照累計(jì)控制在6~18小時(shí)。

　　5.一種利用權(quán)利要求1所述的可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的方法的可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的聯(lián)合反應(yīng)器，主要包括裝載待處理的廢水的儲(chǔ)液容器(8)和聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)腔，其特征在于：在所述反應(yīng)腔中設(shè)置斜板式光催化反應(yīng)裝置和斜板式固定化微生物流化床，所述反應(yīng)腔中設(shè)置斜板式光催化反應(yīng)裝置的底部與所述斜板式固定化微生物流化床的頂部連通，所述的斜板式光催化裝置包括負(fù)載了光催化劑的不銹鋼斜面基板(3)和液體傳送系統(tǒng)，所述液體傳送系統(tǒng)由潛水泵(1)和液體分布器(2)構(gòu)成，所述斜板式固定化微生物流化床主要包括固定化微生物顆粒和曝氣系統(tǒng)，所述曝氣系統(tǒng)依次由曝氣石(6)、氣體控制閥(5)和空氣壓縮機(jī)(4)串聯(lián)而成，所述曝氣石(6)設(shè)置于所述聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)腔內(nèi)底部，所述儲(chǔ)液容器(8)內(nèi)裝載待處理的廢水通過(guò)所述潛水泵(1)向上輸送到設(shè)置于所述不銹鋼斜面基板(3)上方的液體分布器(2)中，通過(guò)所述液體分布器(2)，在所述不銹鋼斜面基板上，使廢水形成從高處向低處流過(guò)所述不銹鋼斜面基板(3)表面的一層薄的廢水液膜，在可見(jiàn)光照射下，廢水液膜經(jīng)光催化反應(yīng)對(duì)大分子污染物進(jìn)行降解，經(jīng)過(guò)斜板式光催化反應(yīng)裝置后的廢水流入所述不銹鋼斜面基板(3)下方的斜板式固定化微生物流化床，并沿著斜板式固定化微生物流化床到達(dá)所述聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)腔底部，在所述聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)腔底部，廢水再經(jīng)所述曝氣系統(tǒng)曝氣后，使在斜板式固定化微生物流化床上方的水域形成了水體、氣泡和固定化顆粒內(nèi)循環(huán)混合流場(chǎng)，從而使廢水與流化床內(nèi)的固定化微生物顆粒充分混合并因斜面作用形成內(nèi)部循環(huán)，對(duì)廢水中污染物的進(jìn)一步降解去除，儲(chǔ)液容器(8)和聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)腔之間通過(guò)格柵(7)連通，經(jīng)過(guò)所述斜板式固定化微生物流化床進(jìn)行生物處理過(guò)的廢水通過(guò)所述格柵(7)進(jìn)入所述儲(chǔ)液容器(8)，再經(jīng)由所述潛水泵(1)進(jìn)入下一輪水處理循環(huán)，使處理后的廢水達(dá)到排放要求或回用標(biāo)準(zhǔn)。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的聯(lián)合反應(yīng)器，其特征在于，用溶膠凝膠法將碳氮硫共摻雜改性二氧化鈦光催化劑負(fù)載在不銹鋼片基底上制成所述不銹鋼斜面基板(3)，具體為：將鈦酸酯與有機(jī)溶劑按照體積比1:2～1:10混合均勻后，緩慢滴加到質(zhì)量百分比濃度為5%~25%的硫脲溶液中攪拌6~10小時(shí)，至溶液變?yōu)橥该髂�膠，涂覆在基底表面，并在50～80℃下低溫烘干8~25小時(shí)，然后在馬弗爐中250～450℃焙燒3～15 小時(shí)。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的聯(lián)合反應(yīng)器，其特征在于：制備斜板式固定化微生物流化床的固定化微生物顆粒時(shí)，按照(0.08～2):(1～3):1的比例將海藻酸鈉、濃度為10～30g/L的微生物濃縮液、水混合后滴加到3%氯化鈣溶液中，固化5～10分鐘后，把聚合成型的凝膠氯化鈣溶液中取出，去離子水清洗，即得到固定化微生物顆粒。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的聯(lián)合反應(yīng)器，其特征在于：所述斜板式光催化反應(yīng)裝置的不銹鋼斜面基板(3)的傾斜角度可調(diào)。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的聯(lián)合反應(yīng)器，其特征在于：使流經(jīng)不銹鋼斜面基板(3)表面的水流方向與光照方向垂直。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的聯(lián)合反應(yīng)器，其特征在于：使流經(jīng)不銹鋼斜面基板(3)表面的水流方向與光照方向垂直。

　　說(shuō)明書(shū)

　　可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的方法及聯(lián)合反應(yīng)器

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種降解廢水中污染物的方法及設(shè)備，特別是涉及一種光催化降解方法及其裝置，應(yīng)用于環(huán)境污染綜合治理技術(shù)領(lǐng)域，特別適合于對(duì)深度污染的洗染廢水的處理。

　　背景技術(shù)

　　洗染廢水是近年來(lái)大量出現(xiàn)的污水，廢水量大、顏色深，廢水中污染物成分復(fù)雜，水質(zhì)變化大，一般含有染料、洗滌劑、軟化劑等有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物。中國(guó)洗染行業(yè)廢水普遍采用的傳統(tǒng)物化和生化聯(lián)合處理工藝，出水水質(zhì)很難達(dá)到回用的標(biāo)準(zhǔn)，如果對(duì)于洗染廢水經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)工藝的出水后的深度處理回用，若采用活性炭吸附處理成本高，而且再生困難，若采用膜分離技術(shù)一次性投資大，技術(shù)難度大，膜系統(tǒng)清洗困難，反沖洗需要的水量很大，而且運(yùn)行成本高，日常操作復(fù)雜，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用高，若采用電解法、紫外或等離子體催化氧化等工藝又存在能耗高，運(yùn)行不穩(wěn)定，工程化應(yīng)用困難以及與傳統(tǒng)工藝難于結(jié)合等問(wèn)題。近光催化氧化法降解速度快，不產(chǎn)生二次污染，反應(yīng)條件溫和，但氧化鈦光催化劑需利用紫外光作為能量能耗高，同時(shí)光催化劑回收率低，都限制了光催化氧化法在污染物處理中的應(yīng)用。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　為了解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的方法及聯(lián)合反應(yīng)器，通過(guò)氧化鈦改性可拓寬氧化鈦催化劑的可見(jiàn)光吸收范圍的機(jī)理，采用溶膠凝膠法將碳氮硫共摻雜改性二氧化鈦光催化劑實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光條件下的光催化降解并與固定化微生物流化床相結(jié)合，操作簡(jiǎn)單、洗染廢水處理效率高，成本低廉，適于工業(yè)生產(chǎn)。

　　為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

　　一種可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的方法，經(jīng)過(guò)光催化降解處理廢水，廢水經(jīng)過(guò)光催化降解處理后，再流入固定化微生物流化床進(jìn)行后續(xù)生化處理，對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行進(jìn)一步降解去除，經(jīng)過(guò)生化處理的廢水再反復(fù)進(jìn)行光催化降解和固定化微生物流化床生化的聯(lián)合處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水進(jìn)行多次循環(huán)深度處理，最終使經(jīng)過(guò)處理廢水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，在光催化降解處理過(guò)程中，通過(guò)液體傳送系統(tǒng)的輸送，在光催化劑載體基底表面上，使廢水形成流過(guò)光催化劑載體基底表面的一層薄的廢水液膜，在可見(jiàn)光照射下，廢水液膜經(jīng)光催化反應(yīng)對(duì)大分子污染物進(jìn)行降解，在固定化微生物流化床生化處理過(guò)程中，廢水經(jīng)過(guò)前序光催化降解處理后，廢水流入固定化微生物流化床進(jìn)行生化處理，對(duì)固定化微生物流化床附近的廢水進(jìn)行曝氣處理，使廢水與流化床內(nèi)的固定化微生物顆粒充分混合，形成液體-固體-氣體三相循環(huán)傳質(zhì)體系。

　　作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，上述光催化劑載體基底表面和固定化微生物流化床皆為斜面設(shè)置，通過(guò)液體傳送系統(tǒng)的輸送，廢水沿著斜面式光催化劑載體基底表面的從高處向低處流動(dòng)，從斜面式光催化劑載體基底表面滑落，廢水繼續(xù)沿著斜板式固定化微生物流化床的從高處向低處流動(dòng)，到達(dá)固定化微生物流化床底部上方，在靠近斜板式固定化微生物流化床低處對(duì)廢水進(jìn)行曝氣，使在斜板式固定化微生物流化床上方的水域形成了水體、氣泡和固定化顆粒內(nèi)循環(huán)混合流場(chǎng)。

　　作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案的改進(jìn)，調(diào)整斜面式光催化劑載體基底表面的傾斜角度，使流經(jīng)斜面式光催化劑載體基底表面的水流方向與光照方向垂直。

　　處理上述一批次廢水，在光催化降解處理過(guò)程中，利用太陽(yáng)光照累計(jì)控制在6~18小時(shí)。

　　本發(fā)明還提供一種可見(jiàn)光催化與固定化微生物聯(lián)合處理廢水的聯(lián)合反應(yīng)器，主要包括裝載待處理的廢水的儲(chǔ)液容器和聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)腔，在反應(yīng)腔中設(shè)置斜板式光催化反應(yīng)裝置和斜板式固定化微生物流化床，反應(yīng)腔中設(shè)置斜板式光催化反應(yīng)裝置的底部與斜板式固定化微生物流化床的頂部連通，的斜板式光催化裝置包括負(fù)載了光催化劑的不銹鋼斜面基板和液體傳送系統(tǒng)，液體傳送系統(tǒng)由潛水泵和液體分布器構(gòu)成，斜板式固定化微生物流化床主要包括固定化微生物顆粒和曝氣系統(tǒng)，曝氣系統(tǒng)依次由曝氣石、氣體控制閥和空氣壓縮機(jī)串聯(lián)而成，曝氣石設(shè)置于聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)腔內(nèi)底部，儲(chǔ)液容器內(nèi)裝載待處理的廢水通過(guò)潛水泵向上輸送到設(shè)置于不銹鋼斜面基板上方的液體分布器中，通過(guò)液體分布器，在不銹鋼斜面基板上，使廢水形成從高處向低處流過(guò)不銹鋼斜面基板表面的一層薄的廢水液膜，在可見(jiàn)光照射下，廢水液膜經(jīng)光催化反應(yīng)對(duì)大分子污染物進(jìn)行降解，經(jīng)過(guò)斜板式光催化反應(yīng)裝置后的廢水流入不銹鋼斜面基板下方的斜板式固定化微生物流化床，并沿著斜板式固定化微生物流化床到達(dá)聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)腔底部，在聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)腔底部，廢水再經(jīng)曝氣系統(tǒng)曝氣后，使在斜板式固定化微生物流化床上方的水域形成了水體、氣泡和固定化顆粒內(nèi)循環(huán)混合流場(chǎng)，從而使廢水與流化床內(nèi)的固定化微生物顆粒充分混合并因斜面作用形成內(nèi)部循環(huán)，對(duì)廢水中污染物的進(jìn)一步降解去除，儲(chǔ)液容器和聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)腔之間通過(guò)格柵連通，經(jīng)過(guò)斜板式固定化微生物流化床進(jìn)行生物處理過(guò)的廢水通過(guò)格柵進(jìn)入儲(chǔ)液容器，再經(jīng)由潛水泵進(jìn)入下一輪水處理循環(huán)，使處理后的廢水達(dá)到排放要求或回用標(biāo)準(zhǔn)。

　　優(yōu)選采用溶膠凝膠法將碳氮硫共摻雜改性二氧化鈦光催化劑負(fù)載在不銹鋼片基底上制成不銹鋼斜面基板，具體為：將鈦酸酯與有機(jī)溶劑按照體積比1:2～1:10混合均勻后，緩慢滴加到質(zhì)量百分比濃度為5%~25%的硫脲溶液中攪拌6~10小時(shí)，至溶液變?yōu)橥该髂�膠，涂覆在基底表面，并在50～80℃下低溫烘干8~25小時(shí)，然后在馬弗爐中250～450℃焙燒3～15 小時(shí)。

　　制備斜板式固定化微生物流化床的固定化微生物顆粒時(shí)，優(yōu)選按照(0.08～2):(1～3):1的比例將海藻酸鈉、濃度為10～30g/L的微生物濃縮液、水混合后滴加到3%氯化鈣溶液中，優(yōu)選固化5～10分鐘后，把聚合成型的凝膠氯化鈣溶液中取出，去離子水清洗，即得到固定化微生物顆粒。

　　上述斜板式光催化反應(yīng)裝置的不銹鋼斜面基板的傾斜角度最好可調(diào)。

　　優(yōu)選使流經(jīng)不銹鋼斜面基板表面的水流方向與光照方向垂直。

　　本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)：

　　1.本發(fā)明結(jié)合了可見(jiàn)光催化技術(shù)和固定化微生物技術(shù)，將可見(jiàn)光催化反應(yīng)裝置和固定化微生物流化床聯(lián)合在一起，可以高效的降解傳統(tǒng)工藝中難降解有機(jī)廢水中的污染物;

　　2.本發(fā)明將斜面上負(fù)載的鈦催化劑通過(guò)碳氮硫共摻雜，拓寬了光催化裝置的光譜使用范圍，在可見(jiàn)光下有良好的催化活性;

　　3.本發(fā)明采用雙斜面設(shè)計(jì)，在光催化裝置上的斜面不僅可以起到作為負(fù)載催化劑基底的作用，還可以是廢水形成薄層從催化劑表面流過(guò)，一方面增大了催化劑和廢水的接觸面積，另一方面減少了水體對(duì)太陽(yáng)光線的阻隔和吸收，提高了光利用效率，在固定化微生物流化床上的斜面設(shè)計(jì)，形成了水體、氣泡和固定化顆粒內(nèi)循環(huán)混合，有利于三相傳質(zhì)，可以進(jìn)一步提高反應(yīng)器的效率。