專利名稱：一種光催化與生物降解一體化的水處理反應(yīng)器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系一種水處理技術(shù)，包括反應(yīng)器及其方法，特別是涉及采用一種集 光催化與生物降解于一體的水處理反應(yīng)器及其處理方法。(二) 背景技術(shù)本技術(shù)屬于環(huán)境工程、生化反應(yīng)工程、環(huán)境生物技術(shù)、化學(xué)反應(yīng)工程和水 處理的一種裝置及其方法。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷 提高，許多天然河流、湖泊、景觀水域等地表水，甚至飲用水源都受到了污染， 大部分都或多或少地形成了富營養(yǎng)化。再加上一些工業(yè)廢水的隨意排放，導(dǎo)致 不少水體中還含有大量的難降解有機污染物，形成了復(fù)合污染。這些污染導(dǎo)致 河流、湖泊及景觀水域等天然水體的諸多功能受到了破壞，尤其是飲用水源受 到的污染對人們的正常生產(chǎn)和生活造成了更大的影響。因此對難降解工業(yè)廢水 或復(fù)合污染的天然水體進行處理和修復(fù)便迫在眉睫。目前在對天然水體修復(fù)方面，國內(nèi)外大多采用水生植物進行修復(fù)，水生植 物修復(fù)受污染水體的特點是節(jié)省能源，但該方法效率較低，修復(fù)周期長，尤其 是對復(fù)合污染水體的修復(fù)。在有些河流或水域由于考慮到航運的需要而不便于 采用。而對于難降解工業(yè)有機廢水的處理，單獨采用生物方法處理，效率相對 較低，有些有機物污染物還對微生物有抑制作用。因此對于這一類水體的治理有人采用先對其進行光催化降解后，再用生物 方法進行后續(xù)處理。使這些有機化合物得到礦化，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒的物質(zhì)。這是因 為有些有機化合物經(jīng)過光催化降解后，轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谏锝到獾漠a(chǎn)物。目前國內(nèi) 外通常是將兩項技術(shù)進行適當(dāng)組合，即在一個工藝內(nèi)將光催化氧化與生物降解 分別在兩個單元內(nèi)進行，因此光催化結(jié)合生物處理是對某些難降解有機物進行 深度處理的一種行之有效的方法。但這里的問題是，難降解有機廢水通過光催化降解到什么程度再進行生物 降解？若通過光催化對難降解有機廢水進行長時間的降解，其效率較低，往往不能使有機物完全礦化，或成本非常高，從經(jīng)濟上行不通。而光催化降解時間 不夠，往往又對微生物有抑制作用或者從生物降解角度來說，其反應(yīng)速率非常 慢。那么是否可考慮將光催化劑與生物膜進行組合，即將光催化和生物降解組 合為一體？利用該方法對一些難降解的有機化合物進行光催化與生物膜組合為一體對有機物進行降解。但這里另一個問題便出現(xiàn)，即在一般情況下當(dāng)釆用Ti02 作為光催化劑對有機廢水進行光催化處理時，需要采用強紫外光的照射，由于 紫外光和自由基對微生物細(xì)胞的殺傷作用，所以過去光催化和生物處理都是分 開進行的。這一方面導(dǎo)致處理過程復(fù)雜化，另一方面也使得處理成本增加而效 率降低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種克服現(xiàn)有的利用光催化和生物降解技術(shù)中存在 的上述不足，提供一種新型的結(jié)合為一體的水處理方法以及相應(yīng)的反應(yīng)器，實 現(xiàn)高效快速方便修復(fù)復(fù)合污染水體和處理含有難降解有機物的工業(yè)廢水。本發(fā)明的目的是由如下結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。一種光催化與生物降解一體化的水處理反應(yīng)器，其特征在于由光催化板3作為位于所述反應(yīng)器上部的光催化區(qū)2和位于下部的生物降解區(qū)10之間的分隔板，且光催化板開設(shè)上水孔1和下水孔5;紫外光源4由開關(guān)控制，位于所述光催化板3的上方；生物膜載體8位于所述生物降解區(qū)10內(nèi)；在所述光催化區(qū)2的下邊緣器壁，光催化板3的上方開設(shè)出水口 6及閥門，在所述生物降解區(qū)10的下邊緣器壁開設(shè)進水口 7及閥門；在所述反應(yīng)器9上設(shè)置水體循環(huán)裝置。進一步，所述的水體循環(huán)裝置為水泵ll，水泵ll的抽水口連接生物降解區(qū) 10，水泵11的排水口連接光催化區(qū)2。進一步，所述的水體循環(huán)裝置為氣泵12，氣泵12的排氣口通入生物降解區(qū) IO下部。進一步，所述光催化區(qū)2為上方敞開式。進一步，所述光催化區(qū)2為上方由石英玻璃板覆蓋。進一步，所述光催化板上的上水孔1和下水孔5分別位于反應(yīng)器9長度方 向的兩端。進一步，所述生物降解區(qū)10內(nèi)配置陶瓷材料的生物膜載體，采用折流式或 平流式水流動形式。一種光催化與生物降解的水處理方法，其特征在于① 無紫外照射下進行生物膜的掛膜；② 掛膜成功后，水在循環(huán)流動中反復(fù)進行光催化降解與生物降解處理，其 中生物降解球程無紫外光照射。進一步，所述生物膜的掛膜方法為，在處理含有難降解有機物的廢水或工 業(yè)廢水時，將活性污泥或針對難降解有機污染物所培養(yǎng)的特殊微生物菌種溶液 浸沒生物膜載體，水循環(huán)流動，掛膜時間l-3天。進一步，所述生物膜的掛膜方法為處理微污染水體或飲用水源水時，在連 續(xù)掛膜處理過程中自然生成，掛膜時間7~14天。采用本技術(shù)方案，通過水泵將待處理水體連續(xù)輸入所述反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)連續(xù) 處理水，另外通過循環(huán)水泵或氣泵讓水在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動，當(dāng)水流過光催化 板表面時，在紫外光的輻射下，水體主要進行光催化反應(yīng)并得到一定的降解， 當(dāng)水體流過反應(yīng)器下部時，水體和生物膜表面接觸，主要進行生物反應(yīng)。根據(jù) 待處理水的透明程度，通過調(diào)節(jié)出水口及閥門控制反應(yīng)器出水口的高度，達到 控制光催化板表面水層厚度，增加紫外光的透射率，從而可提高光催化的效率 的目的。所述的生物反應(yīng)區(qū)為折流式，也可采用平流式或根據(jù)其他生物膜載體的形 狀形成各種流動形式。光催化板作為遮光板擋住了紫外光對生物降解區(qū)的照射，避免了紫外光對 微生物細(xì)胞的殺傷作用。光催化區(qū)的上方為敞開式或由石英玻璃板覆蓋，如此結(jié)構(gòu)可以保證紫外光 對光催化板的直接充分照射，進行光催化降解處理。陶瓷材料是一種比較理想的生物膜載體，掛膜效果較好，在生物降解區(qū)內(nèi) 采用折流式或平流式也是一種較好的水流動形式。光催化板上的上水孔和下水孔分別位于光催化區(qū)長度方向的兩端，可以使得反應(yīng)器內(nèi)的水體得到比較充分的循環(huán)流動，處理效果更好。在反應(yīng)器的啟動階段，先進行生物膜的掛膜，此時，關(guān)閉紫外光源的開關(guān)， 根據(jù)不同的處理對象，采用不同的掛膜方法。對于含有難降解有機污染物的工 業(yè)廢水，可將馴化好的活性污泥或針對難降解有機物污染物培養(yǎng)的微生物菌液， 浸沒生物膜載體，在無紫外照射下通過循環(huán)泵的驅(qū)動，讓其在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動，掛膜時間1-3天。對于微污染水源水可采用自然掛膜的方法，讓待處理的水 源水在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動，掛膜時間7-14天。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果本發(fā)明提供了一種集光催化與生物降解一體化的反應(yīng)器。采用負(fù)載有光催化劑的平板將反應(yīng)器分為光催化反應(yīng)區(qū)和生物反應(yīng) 區(qū)。在光催化區(qū)的上部為紫外光源。由于光催化板的作用，可以使生物反應(yīng)區(qū) 的微生物避開紫外光對其的殺傷作用。這樣難降解有機物在光催化劑和生物膜 的聯(lián)合作用下，通過兩者的協(xié)同作用，可以大大提高水處理的速率，尤其是含 有難降解有機污染物的水體的處理效率。本反應(yīng)器具有裝置結(jié)構(gòu)緊湊和高效快 速的處理水的特點，完全改變了國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的分體式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，對地 表水的修復(fù)、飲用水源水的深度處理和難降解工業(yè)有機廢水的處理都具有十分 重要的意義。本發(fā)明方法可用于受污染地表水的修復(fù)、飲用水源水的處理、城市污水處 理廠出水作為中水回用前的預(yù)處理等，所述反應(yīng)器和處理方法還可擴展應(yīng)用到 相關(guān)難降解有機工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域。(四)


圖1是用水泵作為水體循環(huán)裝置的光催化與生物降解一體化反應(yīng)器示意2是用氣泵作為水體循環(huán)裝置的光催化與生物降解一體化反應(yīng)器示意圖 圖中，l是上水孔，2是光催化區(qū)，3是光催化板，4是紫外光源，5是下水孔，6是出水口， 7是進水口， 8是生物膜載體，9是反應(yīng)器，IO是生物降解區(qū)，ll是水泵，12是氣泵。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作詳細(xì)說明。對于一個集光催化與生物降解一體化的反應(yīng)器，在處理含有難降解有機污 染物的工業(yè)廢水、進行地表水修復(fù)和對飲用水源水進行處理時其運行步驟分別 為實施例一 難降解有機廢水的處理在陶瓷材料的表面涂覆Ti02，制成的光催化板3水平置于反應(yīng)器9中，將反應(yīng) 器9分為上部的光催化區(qū)2和下部的生物降解區(qū)10。將馴化好的活性污泥溶液或針對難降解有機廢水所培養(yǎng)的特殊微生物菌液 加入反應(yīng)器9中并浸沒生物膜載體8，并在反應(yīng)器9內(nèi)循環(huán)，關(guān)閉紫外光源4，通 過吸附接種后，經(jīng)過2-3天后形成成熟的生物膜，排出多余的活性污泥或菌液。待生物膜形成之后，進行連續(xù)處理，采用另一水泵，控制好流速，將待處 理水泵入反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)處理，與此同時，通過循環(huán)水泵11從反應(yīng)器9的下部 抽出水，壓入反應(yīng)器9上部，并且上部壓入的水管伸至反應(yīng)器內(nèi)到達光催化板3 上方的位置，使待處理的水水平流過光催化板后，通過下水孔5又進入到生物反 應(yīng)區(qū)，如此往復(fù)在反應(yīng)器9內(nèi)循環(huán)，'同時開啟紫外光4。 實施例二復(fù)合污染的地表水修復(fù)在陶瓷或玻璃材料的表面涂覆TiCb，制成的光催化板3置于反應(yīng)器9的上部,將反應(yīng)器9分為光催化區(qū)2和生物降解區(qū)10。按實施例一所述方法進掛膜和操作，待掛膜成功后，連續(xù)泵入復(fù)合污染的地表水進行連續(xù)處理，待處理水在循環(huán)水泵11或氣泵12的作用下，不斷循環(huán)通過光催化區(qū)和生物反應(yīng)區(qū)，當(dāng)通過光催化區(qū)2時，水體在光催化的作用，難降解有機污染物被部分降解成為可被微生物有效利用的有機碳源，促進復(fù)合污染水體脫氮除磷的順利進行，從而實現(xiàn)氮、磷 等元素與難降解有機污染物的同步去除。實施例三水源水的處理在陶瓷或玻璃材料的表面涂覆Ti02，制成的光催化板3置于反應(yīng)器9的上 部，將反應(yīng)器9分為光催化區(qū)2和生物降解區(qū)10。將待處理的水源水連續(xù)泵入 反應(yīng)器9內(nèi)，關(guān)閉紫外光源4，在無紫外照射條件下，通過循環(huán)水泵ll或氣泵 12使水在反應(yīng)器9內(nèi)循環(huán)流動。經(jīng)過7-14天后，讓其自然在生物膜載體8上形 成生物膜，待掛膜成功后，開啟紫外光源4，對水源水進行連續(xù)地深度處理，去 除水體中的痕量有機污染物。
權(quán)利要求
1.一種光催化與生物降解一體化的水處理反應(yīng)器，其特征在于由光催化板(3)作為位于所述反應(yīng)器上部的光催化區(qū)(2)和位于下部的生物降解區(qū)(10)之間的分隔板，且光催化板開設(shè)上水孔(1)和下水孔(5)；紫外光源(4)由開關(guān)控制，位于所述光催化板(3)的上方；生物膜載體(8)位于所述生物降解區(qū)(10)內(nèi)；在所述光催化區(qū)(2)的下邊緣器壁，光催化板(3)的上方開設(shè)出水口(6)及閥門，在所述生物降解區(qū)(10)的下邊緣器壁開設(shè)進水口(7)及閥門；在所述反應(yīng)器(9)上設(shè)置水體循環(huán)裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理反應(yīng)器，其特征是所述的水體循環(huán)裝置 為7jC泵(11)，水泵(11)的抽水口連接生物降解區(qū)(10)，水泵(ll)的排水口連接光 催化區(qū)(2)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理反應(yīng)器，其特征是所述的水體循環(huán)裝置 為氣泵(12)，氣泵(12)的排氣口通入生物降解區(qū)(10)下部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理反應(yīng)器，其特征是所述光催化區(qū)(2)為上 方敞開式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理反應(yīng)器，其特征是所述光催化區(qū)(2)為上 方由石英玻璃板覆蓋。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理反應(yīng)器，其特征是所述光催化板上的上 水孔(1)和下水孔(5)分別位于反應(yīng)器(9)長度方向的兩端。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理反應(yīng)器，其特征是所述生物降解區(qū)(IO) 內(nèi)配置陶瓷材料的生物膜載體，采用折流式或平流式水流動形式。
8. —種光催化與生物降解的水處理方法，其特征在于① 無紫外照射下進行生物膜的掛膜；② 掛膜成功后，水在循環(huán)流動中反復(fù)進行光催化降解與生物降解處理， 其中生物降解過程無紫外光照射。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的水處理方法，其特征是所述生物膜的掛膜方法為，在處理含有難降解有機物的廢水或工業(yè)廢水時，將活性污泥或針對難降 解有機污染物所培養(yǎng)的特殊微生物菌種溶液浸沒生物膜載體，水循環(huán)流動，掛膜時間1-3天。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水處理方法，其特征是所述生物膜的掛膜方 法為處理微污染水體或飲用水源水時，在連續(xù)掛膜處理過程中自然生成，掛 膜時間7 14天。
全文摘要
本發(fā)明系一種集光催化與生物降解于一體的水處理反應(yīng)器及其處理方法。一種光催化與生物降解一體化的水處理反應(yīng)器，由光催化板(3)作為位于反應(yīng)器上部的光催化區(qū)(2)和位于下部的生物降解區(qū)(10)之間的分隔板，且光催化板開設(shè)上水孔(1)和下水孔(5)；紫外光源(4)由開關(guān)控制，位于光催化板(3)的上方；生物膜載體(8)位于生物降解區(qū)(10)內(nèi)；光催化區(qū)(2)的下邊緣器壁，光催化板(3)的上方開設(shè)出水口(6)及閥門，生物降解區(qū)(10)的下邊緣器壁開設(shè)進水口(7)及閥門；反應(yīng)器(9)上設(shè)置水體循環(huán)裝置，由光催化板的遮擋生物反應(yīng)區(qū)的微生物避開紫外光對其的殺傷作用，難降解有機物在光催化劑和生物膜的聯(lián)合作用下，大大提高水處理的速率，反應(yīng)器具有裝置結(jié)構(gòu)緊湊和高效快速的特點。
文檔編號C02F3/12GK101284689SQ20081003571
公開日2008年10月15日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者張永明, 磊 王, 貞 鄒, 寧 閻 申請人:上海師范大學(xué)