專利名稱：：一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種水處理方法。
背景技術(shù)：
：光催化法是一種很有發(fā)展前景的水處理新技術(shù)，由于其可以利用太陽光或者紫外光對(duì)多種污染物有明顯的降解效果，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。光催化技術(shù)用半導(dǎo)體材料作為催化劑，當(dāng)能量相當(dāng)于半導(dǎo)體禁帶寬度的光照射到催化劑表面時(shí)，就會(huì)激發(fā)半導(dǎo)體內(nèi)的電子從價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，形成具有很強(qiáng)活性的電子-空穴對(duì)，并進(jìn)一步誘導(dǎo)一系列氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，從而達(dá)到去除污染物質(zhì)的目的，但是，目前光催化技術(shù)水處理方法的成本高，且光催化方法對(duì)于水中的氨氮去除效果差。生物法作為一種經(jīng)濟(jì)合理、有效的水污染控制手段，在水處理方面發(fā)揮著重要的作用，尤其對(duì)飲用水中的氨氮的去除效果明顯，但對(duì)于一些可生化性較低的污染物處理效果有限，并且采用生物法處理飲用水，會(huì)出現(xiàn)出水微生物指標(biāo)超標(biāo)的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決光催化水處理方法成本高、氨氮去除效果差的問題以及生物法水處理效率低、出水微生物指標(biāo)超標(biāo)的問題，而提供一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法。本發(fā)明的光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法按以下步驟進(jìn)行一、原水用水泵壓入到光催化反應(yīng)器中，然后將光催化劑加入光催化反應(yīng)器中均勻混合，控制光催化反應(yīng)器pH值為212，水力停留時(shí)間為10min480min，光源強(qiáng)度為0.120mW/cm2，然后經(jīng)光催化反應(yīng)器的膜組件過濾，其中，光催化劑的加入量是向每升光催化反應(yīng)器的容積中投入0.1~5g的光催化劑；二、光催化反應(yīng)器的出水進(jìn)入生物濾池中，經(jīng)過濾料過濾，控制生物濾池濾速為l~20m/h;三、將步驟二的出水從上部回流到光催化反應(yīng)器中進(jìn)行光催化殺菌，控制水力停留時(shí)間為5min480min，然后經(jīng)過光催化反應(yīng)器的上部膜組件過濾抽吸出水，即實(shí)現(xiàn)了原水的處理。本發(fā)明的方法將光催化技術(shù)和生物技術(shù)進(jìn)行耦合，先將原水在光催化反應(yīng)器中進(jìn)行光催化降解，利用光催化氧化反應(yīng)提高目標(biāo)物的可生化性，再將可生化性高的出水放入生物濾池中進(jìn)行生物處理，有利于生物處理工藝的進(jìn)行，提高了生物處理的效率。在地表水中高氨氮的問題日益嚴(yán)重，但是光催化技術(shù)對(duì)水中氨氮的去除效果差，而生物處理技術(shù)對(duì)水中氨氮的去除效果很好，所以，生物處理技術(shù)作為光催化技術(shù)的后續(xù)處理工藝，除了能夠更好地處理污水中的有機(jī)物，還能夠處理污水中的氨氮，進(jìn)一步提高了水處理的效率。生物處理后的出水進(jìn)入到光催化反應(yīng)器中，有效地利用了光催化反應(yīng)器中光催化技術(shù)殺菌的功能，解決了生物處理后的水微生物指標(biāo)超標(biāo)的問題。本發(fā)明的方法與光催化水處理法相比較，光催化技術(shù)不能有效去除水中的氨氮，而本發(fā)明的方法處理水中的氨氮去除率為95%以上，對(duì)水中的氨氮去除效果好；本發(fā)明的方法與單獨(dú)的光催化水處理法和單獨(dú)的生物水處理法相比較水中UV2M的去除率達(dá)到90%以上，TOC的去除率達(dá)到80%以上，水處理效率高。本發(fā)明經(jīng)過生物處理后，回流至光催化反應(yīng)器中通過光催化技術(shù)進(jìn)行滅菌，有效去除細(xì)菌等微生物，使處理后的生活飲用水符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的生物處理作為光催化氧化工藝的后續(xù)處理單元能夠減輕光催化降解反應(yīng)的負(fù)荷，進(jìn)而減小光催化氧化工藝的水力停留時(shí)間，減少了催化反應(yīng)時(shí)間，降低了水處理的成本，提高了處理效率。圖1根據(jù)具體實(shí)施方式十二光催化膜分離反應(yīng)器與生物濾池相結(jié)合的裝置圖，其中1為光催化反應(yīng)器，2為生物濾池，3為光催化反應(yīng)器光源，4為光催化劑，5為光催化反應(yīng)器底部膜組件，6為生物濾料，7光催化反應(yīng)器頂部膜組件，箭頭方向?yàn)樗鲃?dòng)的方向。具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式一本實(shí)施方式光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法按以下步驟進(jìn)行一、用水泵將原水壓入到光催化反應(yīng)器中，然后將光催化劑加入光催化反應(yīng)器中均勻混合，控制光催化反應(yīng)器pH值為2~12，水力停留時(shí)間為10min480min，光源強(qiáng)度為0.1~20mW/cm2，其中，光催化劑的加入量為每升光催化反應(yīng)器容積中投入0.15g的光催化劑；二、光催化處理后的原水經(jīng)過光催化反應(yīng)器的下部膜組件過濾進(jìn)入生物濾池中進(jìn)行生物處理，控制生物濾池濾速為l~20m/h，經(jīng)過生物濾池濾料過濾后出水；三、將步驟二的出水從上部回流到光催化反應(yīng)器中進(jìn)行光催化殺菌，控制水力停留時(shí)間為5min480min，然后經(jīng)過光催化反應(yīng)器的上部膜組件過濾抽吸出水，即實(shí)現(xiàn)了原水的處理。本實(shí)施方式模擬地表水為原水，原水為腐殖酸和NH4Cl配水，原水水質(zhì)UV254為0.23cm"，TOC為7.5mg/L，氨氮為5mg/L。經(jīng)本實(shí)施方式處理后UV254去除率達(dá)到90%以上，TOC去除率達(dá)到80。/。以上，氨氮去除率達(dá)到94%以上，微生物去除率達(dá)到97%以上。具體實(shí)施方式二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中光催化反應(yīng)器pH值為410。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中光催化反應(yīng)器水力停留時(shí)間為15min360min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。具體實(shí)施方式四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中的光催化劑是Ti02粉。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式三相同。具體實(shí)施方式五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中每升反應(yīng)器的容積中加入0.2~4g的光催化劑。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一、二或四相同。具體實(shí)施方式六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中光源采用紫外光源，光源強(qiáng)度為118mW/cm2。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式五相同。具體實(shí)施方式七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中的膜為微濾膜、超濾膜或者納濾膜。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一、二、四或六相同。具體實(shí)施方式八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟二中濾料為活性炭、陶粒、石英砂、沸石、塑料填料或纖維球。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式七相同。具體實(shí)施方式九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟二中生物濾池的濾速為218m/h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一、二、四、六或八相同。具體實(shí)施方式十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟三中光催化反應(yīng)器的膜組件為微濾膜、超濾膜或者納濾膜。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式九相同。具體實(shí)施方式十一本實(shí)施方式光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法按以下步驟進(jìn)行一、用水泵將原水壓入到光催化反應(yīng)器中，然后將光催化劑加入光催化反應(yīng)器中均勻混合，控制光催化反應(yīng)器pH值為7，水力停留時(shí)間為15min，光源強(qiáng)度為1.5mW/cm2;其中，光催化劑的加入量為每升光催化反應(yīng)器容積中投入1.5g的光催化劑；二、光催化處理后的原水經(jīng)過光催化反應(yīng)器的下部膜組件過濾進(jìn)入生物濾池中進(jìn)行生物處理，控制生物濾池濾速為3m/h，經(jīng)過生物濾池濾料過濾后出水；三、將步驟二的出水從上部回流到光催化反應(yīng)器中進(jìn)行光催化殺菌，控制水力停留時(shí)間為15min，然后經(jīng)過光催化反應(yīng)器的上部膜組件過濾抽吸出水，即實(shí)現(xiàn)了原水的處理。本實(shí)施方式模擬地表水為原水，原水為腐殖酸和NH4C1配水，原水水質(zhì)UV254為0.23cm'，，TOC為7.5mg/L，氨氮為5mg/L。經(jīng)本實(shí)施方式處理后UV254去除率為97%，TOC去除率為8815/。，氨氮去除率為98%。具體實(shí)施方式十一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法按以下步驟進(jìn)行一、用水泵將原水壓入到光催化反應(yīng)器l中，然后將光催化劑4加入光催化反應(yīng)器中均勻混合，控制光催化反應(yīng)器1pH值為7，水力停留時(shí)間為18min，光源3強(qiáng)度為1.6mW/cm2，其中，光催化劑的加入量為每升光催化反應(yīng)器容積中投入2g的光催化劑；二、光催化處理后的原水經(jīng)過光催化反應(yīng)器的下部膜5組件過濾進(jìn)入生物濾池2中進(jìn)行生物處理，控制生物濾池2濾速為2.5m/h，經(jīng)生物濾池濾料6過濾后出水；三、將步驟二的出水從上部回流到光催化反應(yīng)器1中，在光源3下，水力停留時(shí)間為30min的條件下進(jìn)行殺菌，然后經(jīng)過光催化反應(yīng)器l的上部膜組件7過濾抽吸出水，即實(shí)現(xiàn)了原水的處理。本實(shí)施方式步驟一中原水從下部進(jìn)入光催化反應(yīng)器中，然后經(jīng)過光催化作用，經(jīng)光催化反應(yīng)器下部的膜組件過濾后的出水進(jìn)入到生物濾池中。本實(shí)施方式步驟二中經(jīng)過生物處理后的出水從上部全部回流至步驟一中的光催化反應(yīng)器中進(jìn)行滅菌。本實(shí)施方式模擬地表水為原水，原水為腐殖酸和NH4C1配水，原水水質(zhì)UV254為0.23cm"，TOC為7.5mg/L，氨氮為5mg/L。經(jīng)本實(shí)施方式處理后UV254去除率為96%，TOC去除率為87y。，氨氮去除率為99%。在光催化水處理工藝相同的情況下，本發(fā)明的光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法與光催化水處理方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。第一組為本發(fā)明的光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，在光催化反應(yīng)器中pH值為7，水力停留時(shí)間15min，每升反應(yīng)器中Ti02的投入量為lg，光源采用紫外光，波長(zhǎng)為254nm，紫外燈功率為40W，光源強(qiáng)度為ImW/cm2;生物濾池中濾料為沸石，生物濾池濾速為2m/h，在光催化反應(yīng)器中進(jìn)行殺光催化菌，滅菌條件為水力停留時(shí)間15min;第二組單獨(dú)采用光催化水處理技術(shù)，pH值為7，水處理時(shí)間15min，每升反應(yīng)器中Ti02的投入量為lg，光源采用紫外光，波長(zhǎng)為254nm，紫外燈功率為40W，光源強(qiáng)度為ImW/cm2;這兩組的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，從表1中的數(shù)據(jù)可以看出本發(fā)明方法處理后原水的UV254去除率為97%，TOC去除率為86%，氨氮去除率為98%，本發(fā)明方法對(duì)于原水的處理效果好，大大提高了對(duì)有機(jī)物和氨氮的去除效果，提高了污水處理的效率。表l^^^^^^檢測(cè)方^^^^指+-UV254去除率TOC去除率氨氮去除率光催化水處理技術(shù)29%24%0光催化與生物相結(jié)合的水處理技術(shù)97%85%98%在生物水處理技術(shù)工藝相同的情況下，本發(fā)明的光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法與生物水處理方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，其中第一組是本發(fā)明的光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，在光催化反應(yīng)器中pH值為7，水力停留時(shí)間15min，每升反應(yīng)器中Ti02的投入量為lg，光源采用紫外光，波長(zhǎng)為254nm，紫外燈功率為40W，光源強(qiáng)度為ImW/cm2;生物濾池中濾料為沸石，生物濾池濾速為2m/h，在光催化反應(yīng)器中進(jìn)行光催化殺菌，滅菌條件為水力停留時(shí)間15min;第二組是生物水處理方法，生物濾池中濾料為沸石，生物濾池濾速為2m/h;這兩組試驗(yàn)的結(jié)果如表2所示，從表2中的數(shù)據(jù)可以看出本發(fā)明方法處理后原水的UV254去除率為97%，TOC去除率為85%，氨氮去除率為98%，微生物去除率為98%，本發(fā)明的方法與生物水處理技術(shù)相比提高了對(duì)有機(jī)物的處理效率高，且本發(fā)明通過光催化技術(shù)進(jìn)行滅菌，有效去除細(xì)菌等微生物，解決了生物處理后的水微生物指標(biāo)超標(biāo)的問題。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本發(fā)明的光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法與光催化水處理方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，其中第一組本發(fā)明的光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，在光催化反應(yīng)器中pH值為7，水力停留時(shí)間15min,每升反應(yīng)器中Ti02的投入量為lg，光源采用紫外光，波長(zhǎng)為254nm，紫外燈功率為40W，光源強(qiáng)度為lmW/cm2;生物濾池中濾料為沸石，生物濾池濾速為2m/h，在光催化反應(yīng)器中進(jìn)行光催化殺菌，滅菌條件為水力停留時(shí)間15min;第二組光催化水處理方法，在光催化反應(yīng)器中pH值為7，水力停留時(shí)間75min，每升反應(yīng)器中Ti02的投入量為lg，光源采用紫外光，波長(zhǎng)為254nm，紫外燈功率為40W，光強(qiáng)為lmW/cm2;對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，從表3中的數(shù)據(jù)可以看出本發(fā)明方法處理后原水的UV254去除率為98%，TOC去除率為87%，氨氮去除率為98%，本發(fā)明的光催化與生物處理的水處理方法效果好，水處理的效率高，而且本發(fā)明的生物處理作為光催化氧化工藝的后續(xù)處理單元，能夠減少光催化降解反應(yīng)的負(fù)荷，進(jìn)而減小光催化氧化工藝的水力停留時(shí)間，減少了催化反應(yīng)時(shí)間，降低了水處理的成本，同時(shí)還提高對(duì)有機(jī)物和氨氮的去除效果。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1、一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，其特征在于光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法按以下步驟進(jìn)行一、用水泵將原水壓入到光催化反應(yīng)器中，然后將光催化劑加入光催化反應(yīng)器中均勻混合，控制光催化反應(yīng)器pH值為2～12，水力停留時(shí)間為10min～480min，光源強(qiáng)度為0.1～20mW/cm2，其中，光催化劑的加入量為每升光催化反應(yīng)器容積中投入0.1～5g的光催化劑；二、光催化處理后的原水經(jīng)過光催化反應(yīng)器的下部膜組件過濾進(jìn)入生物濾池中進(jìn)行生物處理，控制生物濾池濾速為1～20m/h，經(jīng)過生物濾池濾料過濾后出水；三、將步驟二的出水從上部回流到光催化反應(yīng)器中進(jìn)行光催化殺菌，控制水力停留時(shí)間為5min～480min，然后經(jīng)過光催化反應(yīng)器的上部膜組件過濾抽吸出水，即實(shí)現(xiàn)了原水的處理。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，其特征在于步驟一中光催化反應(yīng)器pH值為4~10。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，其特征在于步驟一中光催化反應(yīng)器水力停留時(shí)間為15min360min。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，其特征在于步驟一中的光催化劑是Ti02粉。5、根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，其特征在于步驟一中每升光催化反應(yīng)器的容積中投入0.2~4g的光催化劑。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，其特征在于步驟一中光源采用紫外光源，光源強(qiáng)度為l~18mW/cm2。7、根據(jù)權(quán)利要求l、2、4或6所述的一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，其特征在于步驟一中光催化反應(yīng)器的下部膜組件為微濾膜、超濾膜或者納濾膜。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，其特征在于步驟二中濾料為活性炭、陶粒、石英砂、沸石、塑料填料或纖維球。9、根據(jù)權(quán)利要求l、2、4、6或8所述的一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，其特征在于步驟二中生物濾池濾速為218m/h。10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，其特征在于步驟三中光催化反應(yīng)器的上部膜組件為微濾膜、超濾膜或者納濾膜。全文摘要一種光催化與生物聯(lián)用的飲用水處理方法，它涉及一種水處理方法。本發(fā)明解決了光催化法水處理方法成本高、降解難生物降解有機(jī)物效率低、氨氮去除效果差問題以及生物法處理后水中微生物超標(biāo)的問題。本發(fā)明的方法由以下步驟進(jìn)行1.原水進(jìn)入光催化反應(yīng)器進(jìn)行光催化反應(yīng)處理；2.將步驟一處理后的水進(jìn)行生物處理；3.生物處理后的出水回流至光催化反應(yīng)器進(jìn)行殺菌，即實(shí)現(xiàn)了原水的處理。本發(fā)明的光催化與生物相結(jié)合的水處理技術(shù)成本低、水處理效率高，經(jīng)處理后水中微生物符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明方法適用于生活飲用水的處理。文檔編號(hào)C02F3/34GK101439894SQ200810209848公開日2009年5月27日申請(qǐng)日期2008年12月30日優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日發(fā)明者嚴(yán)曉菊,于水利,安延濤,李力爭(zhēng)申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)