申请日2013.10.15
公开(公告)日2014.01.15
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种可见光催化与固定化微生物联合处理废水的方法，经过光催化降解处理废水，废水经过光催化降解处理后，再流入固定化微生物流化床进行后续生化处理，对废水中的污染物进行进一步降解去除，经过生化处理的废水再反复进行光催化降解和固定化微生物流化床生化的联合处理，实现对废水进行多次循环深度处理，最终使经过处理废水达到回用标准。本发明还提供一种可见光催化与固定化微生物联合处理废水的联合反应器，在联合反应器的反应腔中设置斜板式光催化反应装置和斜板式固定化微生物流化床。本发明实现可见光条件下的光催化降解并与固定化微生物流化床相结合，操作简单、洗染废水处理效率高，成本低廉，适于工业生产。
权利要求书
1. 一种可见光催化与固定化微生物联合处理废水的方法，经过光催化降解处理废水，其特征在于：废水经过光催化降解处理后，再流入固定化微生物流化床进行后续生化处理，对废水中的污染物进行进一步降解去除，经过生化处理的废水再反复进行光催化降解和固定化微生物流化床生化的联合处理，实现对废水进行多次循环深度处理，最终使经过处理废水达到回用标准，在光催化降解处理过程中，通过液体传送系统的输送，在光催化剂载体基底表面上，使废水形成流过光催化剂载体基底表面的一层薄的废水液膜，在可见光照射下，废水液膜经光催化反应对大分子污染物进行降解，在固定化微生物流化床生化处理过程中，废水经过前序光催化降解处理后，废水流入固定化微生物流化床进行生化处理，对固定化微生物流化床附近的废水进行曝气处理，使废水与流化床内的固定化微生物颗粒充分混合，形成液体-固体-气体三相循环传质体系。
2. 根据权利要求1所述的可见光催化与固定化微生物联合处理废水的方法，其特征在于：所述光催化剂载体基底表面和固定化微生物流化床皆为斜面设置，通过液体传送系统的输送，废水沿着斜面式光催化剂载体基底表面的从高处向低处流动，从斜面式光催化剂载体基底表面滑落，废水继续沿着斜板式固定化微生物流化床的从高处向低处流动，到达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处对废水进行曝气，使在斜板式固定化微生物流化床上方的水域形成了水体、气泡和固定化颗粒内循环混合流场。
3.根据权利要求2所述的可见光催化与固定化微生物联合处理废水的方法，其特征在于：调整斜面式光催化剂载体基底表面的倾斜角度，使流经斜面式光催化剂载体基底表面的水流方向与光照方向垂直。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的可见光催化与固定化微生物联合处理废水的方法，其特征在于：处理一批次废水，在光催化降解处理过程中，利用太阳光照累计控制在6~18小时。
5.一种利用权利要求1所述的可见光催化与固定化微生物联合处理废水的方法的可见光催化与固定化微生物联合处理废水的联合反应器，主要包括装载待处理的废水的储液容器(8)和联合反应器的反应腔，其特征在于：在所述反应腔中设置斜板式光催化反应装置和斜板式固定化微生物流化床，所述反应腔中设置斜板式光催化反应装置的底部与所述斜板式固定化微生物流化床的顶部连通，所述的斜板式光催化装置包括负载了光催化剂的不锈钢斜面基板(3)和液体传送系统，所述液体传送系统由潜水泵(1)和液体分布器(2)构成，所述斜板式固定化微生物流化床主要包括固定化微生物颗粒和曝气系统，所述曝气系统依次由曝气石(6)、气体控制阀(5)和空气压缩机(4)串联而成，所述曝气石(6)设置于所述联合反应器的反应腔内底部，所述储液容器(8)内装载待处理的废水通过所述潜水泵(1)向上输送到设置于所述不锈钢斜面基板(3)上方的液体分布器(2)中，通过所述液体分布器(2)，在所述不锈钢斜面基板上，使废水形成从高处向低处流过所述不锈钢斜面基板(3)表面的一层薄的废水液膜，在可见光照射下，废水液膜经光催化反应对大分子污染物进行降解，经过斜板式光催化反应装置后的废水流入所述不锈钢斜面基板(3)下方的斜板式固定化微生物流化床，并沿着斜板式固定化微生物流化床到达所述联合反应器的反应腔底部，在所述联合反应器的反应腔底部，废水再经所述曝气系统曝气后，使在斜板式固定化微生物流化床上方的水域形成了水体、气泡和固定化颗粒内循环混合流场，从而使废水与流化床内的固定化微生物颗粒充分混合并因斜面作用形成内部循环，对废水中污染物的进一步降解去除，储液容器(8)和联合反应器的反应腔之间通过格栅(7)连通，经过所述斜板式固定化微生物流化床进行生物处理过的废水通过所述格栅(7)进入所述储液容器(8)，再经由所述潜水泵(1)进入下一轮水处理循环，使处理后的废水达到排放要求或回用标准。
6.根据权利要求5所述的可见光催化与固定化微生物联合处理废水的联合反应器，其特征在于，用溶胶凝胶法将碳氮硫共掺杂改性二氧化钛光催化剂负载在不锈钢片基底上制成所述不锈钢斜面基板(3)，具体为：将钛酸酯与有机溶剂按照体积比1:2～1:10混合均匀后，缓慢滴加到质量百分比浓度为5%~25%的硫脲溶液中搅拌6~10小时，至溶液变为透明凝胶，涂覆在基底表面，并在50～80℃下低温烘干8~25小时，然后在马弗炉中250～450℃焙烧3～15 小时。
7.根据权利要求5或6所述的可见光催化与固定化微生物联合处理废水的联合反应器，其特征在于：制备斜板式固定化微生物流化床的固定化微生物颗粒时，按照(0.08～2):(1～3):1的比例将海藻酸钠、浓度为10～30g/L的微生物浓缩液、水混合后滴加到3%氯化钙溶液中，固化5～10分钟后，把聚合成型的凝胶氯化钙溶液中取出，去离子水清洗，即得到固定化微生物颗粒。
8.根据权利要求5或6所述的可见光催化与固定化微生物联合处理废水的联合反应器，其特征在于：所述斜板式光催化反应装置的不锈钢斜面基板(3)的倾斜角度可调。
9.根据权利要求5或6所述的可见光催化与固定化微生物联合处理废水的联合反应器，其特征在于：使流经不锈钢斜面基板(3)表面的水流方向与光照方向垂直。
10.根据权利要求7所述的可见光催化与固定化微生物联合处理废水的联合反应器，其特征在于：使流经不锈钢斜面基板(3)表面的水流方向与光照方向垂直。
说明书
可见光催化与固定化微生物联合处理废水的方法及联合反应器
技术领域
本发明涉及一种降解废水中污染物的方法及设备，特别是涉及一种光催化降解方法及其装置，应用于环境污染综合治理技术领域，特别适合于对深度污染的洗染废水的处理。
背景技术
洗染废水是近年来大量出现的污水，废水量大、颜色深，废水中污染物成分复杂，水质变化大，一般含有染料、洗涤剂、软化剂等有机和无机污染物。中国洗染行业废水普遍采用的传统物化和生化联合处理工艺，出水水质很难达到回用的标准，如果对于洗染废水经过传统工艺的出水后的深度处理回用，若采用活性炭吸附处理成本高，而且再生困难，若采用膜分离技术一次性投资大，技术难度大，膜系统清洗困难，反冲洗需要的水量很大，而且运行成本高，日常操作复杂，运行和维护费用高，若采用电解法、紫外或等离子体催化氧化等工艺又存在能耗高，运行不稳定，工程化应用困难以及与传统工艺难于结合等问题。近光催化氧化法降解速度快，不产生二次污染，反应条件温和，但氧化钛光催化剂需利用紫外光作为能量能耗高，同时光催化剂回收率低，都限制了光催化氧化法在污染物处理中的应用。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的缺陷，提供一种可见光催化与固定化微生物联合处理废水的方法及联合反应器，通过氧化钛改性可拓宽氧化钛催化剂的可见光吸收范围的机理，采用溶胶凝胶法将碳氮硫共掺杂改性二氧化钛光催化剂实现可见光条件下的光催化降解并与固定化微生物流化床相结合，操作简单、洗染废水处理效率高，成本低廉，适于工业生产。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：
一种可见光催化与固定化微生物联合处理废水的方法，经过光催化降解处理废水，废水经过光催化降解处理后，再流入固定化微生物流化床进行后续生化处理，对废水中的污染物进行进一步降解去除，经过生化处理的废水再反复进行光催化降解和固定化微生物流化床生化的联合处理，实现对废水进行多次循环深度处理，最终使经过处理废水达到回用标准，在光催化降解处理过程中，通过液体传送系统的输送，在光催化剂载体基底表面上，使废水形成流过光催化剂载体基底表面的一层薄的废水液膜，在可见光照射下，废水液膜经光催化反应对大分子污染物进行降解，在固定化微生物流化床生化处理过程中，废水经过前序光催化降解处理后，废水流入固定化微生物流化床进行生化处理，对固定化微生物流化床附近的废水进行曝气处理，使废水与流化床内的固定化微生物颗粒充分混合，形成液体-固体-气体三相循环传质体系。
作为本发明优选的技术方案，上述光催化剂载体基底表面和固定化微生物流化床皆为斜面设置，通过液体传送系统的输送，废水沿着斜面式光催化剂载体基底表面的从高处向低处流动，从斜面式光催化剂载体基底表面滑落，废水继续沿着斜板式固定化微生物流化床的从高处向低处流动，到达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处对废水进行曝气，使在斜板式固定化微生物流化床上方的水域形成了水体、气泡和固定化颗粒内循环混合流场。
作为本发明优选的技术方案的改进，调整斜面式光催化剂载体基底表面的倾斜角度，使流经斜面式光催化剂载体基底表面的水流方向与光照方向垂直。
处理上述一批次废水，在光催化降解处理过程中，利用太阳光照累计控制在6~18小时。
本发明还提供一种可见光催化与固定化微生物联合处理废水的联合反应器，主要包括装载待处理的废水的储液容器和联合反应器的反应腔，在反应腔中设置斜板式光催化反应装置和斜板式固定化微生物流化床，反应腔中设置斜板式光催化反应装置的底部与斜板式固定化微生物流化床的顶部连通，的斜板式光催化装置包括负载了光催化剂的不锈钢斜面基板和液体传送系统，液体传送系统由潜水泵和液体分布器构成，斜板式固定化微生物流化床主要包括固定化微生物颗粒和曝气系统，曝气系统依次由曝气石、气体控制阀和空气压缩机串联而成，曝气石设置于联合反应器的反应腔内底部，储液容器内装载待处理的废水通过潜水泵向上输送到设置于不锈钢斜面基板上方的液体分布器中，通过液体分布器，在不锈钢斜面基板上，使废水形成从高处向低处流过不锈钢斜面基板表面的一层薄的废水液膜，在可见光照射下，废水液膜经光催化反应对大分子污染物进行降解，经过斜板式光催化反应装置后的废水流入不锈钢斜面基板下方的斜板式固定化微生物流化床，并沿着斜板式固定化微生物流化床到达联合反应器的反应腔底部，在联合反应器的反应腔底部，废水再经曝气系统曝气后，使在斜板式固定化微生物流化床上方的水域形成了水体、气泡和固定化颗粒内循环混合流场，从而使废水与流化床内的固定化微生物颗粒充分混合并因斜面作用形成内部循环，对废水中污染物的进一步降解去除，储液容器和联合反应器的反应腔之间通过格栅连通，经过斜板式固定化微生物流化床进行生物处理过的废水通过格栅进入储液容器，再经由潜水泵进入下一轮水处理循环，使处理后的废水达到排放要求或回用标准。
优选采用溶胶凝胶法将碳氮硫共掺杂改性二氧化钛光催化剂负载在不锈钢片基底上制成不锈钢斜面基板，具体为：将钛酸酯与有机溶剂按照体积比1:2～1:10混合均匀后，缓慢滴加到质量百分比浓度为5%~25%的硫脲溶液中搅拌6~10小时，至溶液变为透明凝胶，涂覆在基底表面，并在50～80℃下低温烘干8~25小时，然后在马弗炉中250～450℃焙烧3～15 小时。
制备斜板式固定化微生物流化床的固定化微生物颗粒时，优选按照(0.08～2):(1～3):1的比例将海藻酸钠、浓度为10～30g/L的微生物浓缩液、水混合后滴加到3%氯化钙溶液中，优选固化5～10分钟后，把聚合成型的凝胶氯化钙溶液中取出，去离子水清洗，即得到固定化微生物颗粒。
上述斜板式光催化反应装置的不锈钢斜面基板的倾斜角度最好可调。
优选使流经不锈钢斜面基板表面的水流方向与光照方向垂直。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明结合了可见光催化技术和固定化微生物技术，将可见光催化反应装置和固定化微生物流化床联合在一起，可以高效的降解传统工艺中难降解有机废水中的污染物;
2.本发明将斜面上负载的钛催化剂通过碳氮硫共掺杂，拓宽了光催化装置的光谱使用范围，在可见光下有良好的催化活性;
3.本发明采用双斜面设计，在光催化装置上的斜面不仅可以起到作为负载催化剂基底的作用，还可以是废水形成薄层从催化剂表面流过，一方面增大了催化剂和废水的接触面积，另一方面减少了水体对太阳光线的阻隔和吸收，提高了光利用效率，在固定化微生物流化床上的斜面设计，形成了水体、气泡和固定化颗粒内循环混合，有利于三相传质，可以进一步提高反应器的效率。
