專利名稱：一種光催化處理含對苯二甲酸微污染地表水的方法
一種光催化處理含對苯二甲酸微污染地表水的方法技術領域
本發(fā)明屬于污水處理技術領域，具體涉及一種采用改性燒結陶粒光催化處理含對苯二甲酸的微污染地表水(河水、湖泊水)的方法。
背景技術：
對苯二甲酸(terephthalic acid,簡稱TA),作為一種重要的有機化工原料,被廣泛應用于塑料、染料、化纖和農(nóng)藥等領域。近年來，隨著工業(yè)的高速發(fā)展，水環(huán)境污染以及水資源緊張問題愈來愈嚴重。其中印染、化纖、塑料等行業(yè)的迅速發(fā)展，使得以TA為特征污染物的工業(yè)廢水排放量急劇增加，使得我國一些紡織業(yè)較為發(fā)達地區(qū)(如長三角的蘇、浙、滬地區(qū))地表水體(河水、湖泊水)中TA含量較高。采用絮凝、過濾等常規(guī)工藝處理后的地表水作為工業(yè)用水，水中仍含有一定量的TA，嚴重影響紡織品的質(zhì)量。因此，尋求高效去除含 TA的微污染地表水工業(yè)意義重大。對于含TA的工業(yè)生產(chǎn)廢水，南京大學張文藝等(即本發(fā)明人)采用曝氣生物濾池處理TA工業(yè)廢水(專利授號CN 1958484A)，使其達標排放并可回收用于生產(chǎn)。
近年來，以煤矸石、粉煤灰為原料的燒結陶粒已廣泛用于污水處理。半導體光催化氧化技術由于具有低能、高效、無污染等優(yōu)點，尤其在處理有機污染物方面超出常規(guī)生物處理工藝，從而成為國內(nèi)外環(huán)境治理、新型環(huán)保材料開發(fā)等領域的熱點。在多種半導體光催化劑當中，納米TiO2由于其無毒、成本低、化學性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性高而備受關注。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種采用改性燒結陶粒紫外光催化處理含TA微污染地表水的方法，采用液相沉積法制備以煤矸石燒結陶粒為載體的TiO2光催化材料，以紫外光催化反應器為處理單元，使得含TA的微污染地表水(河水、湖泊水)達到紡織工業(yè)用水水質(zhì)要求。本發(fā)明所指微污染地表水，主要是指水體受到有機或無機污染，部分污染物指標超過 《紡織染整工業(yè)回用水水質(zhì)標準》(FZ/T 01107-2011)的水質(zhì)要求。本發(fā)明的技術 方案與主要原理如下
本發(fā)明以煤矸石燒結陶粒為載體，進行表面納米TiO2改性，應用紫外光催化深度處理含TA的微污染地表水，采用改性燒結陶粒對微污染地表水進行光催化深度處理。微污染地表水從下部進入光催化反應器，反應器中間有紫外燈，水體中充滿改性燒結陶粒。紫外光照射下納米TiO2薄膜所產(chǎn)生的強氧化能力不僅能使大多數(shù)有機物得到降解，而且還具有良好的滅菌效果。同時反應器底部曝氣攪拌使高比表面積的燒結陶粒處于浮動狀態(tài)，從而使TiO2薄膜表面與有機物分子充分接觸，大大增加各反應物質(zhì)的傳質(zhì)和解析作用，從而能夠保證水中的TA、CODfc, NH3-N和細菌等的去除率。光催化氧化介質(zhì)對含TA的微污染地表水進行光催化氧化預處理，使得處理后的水質(zhì)達到了國家《紡織染整工業(yè)回用水水質(zhì)標準》 (FZ/T 01107-2011)的水質(zhì)要求。
本發(fā)明對微污染地表水中TA、CODsfa和NH3-N等污染物的去除機理在基于以下占-
^ \\\ ·第一，以煤矸石為主要成分經(jīng)燒結制成的陶粒不僅滿足水處理對于燒結陶粒的基本要求，而且具有明顯的礦物學晶體特征。煤矸石的主要礦物成分以粘土礦物和石英為主，多屬于層狀結構的硅酸鹽，具有良好的吸附和粘結性能，可以很好的吸附去除水中的CODsfa和NH3-N等污染物。同時其燒結產(chǎn)物表面多微孔、粗糙度大、性能穩(wěn)定，使得微污染地表水處理效果穩(wěn)定。第二，對煤矸石燒結陶粒進行TiO2改性，使其表面特性得到改變，同時表面所覆蓋的TiO2薄膜層還能夠盡可能多地因光照射而激活，有利于光催化活性和TiO2利用率的提高，增強燒結陶粒對CODfc、細菌的截留能力。TiO2粒子在光照下激發(fā)產(chǎn)生光生電子和空穴hvb+，并移動到光催化劑表面，與H+、02、H20等作用，產(chǎn)生·0Η等自由基，通過自由基與吸附的污染物作用而發(fā)生氧化還原反應，催化降解TA、CODsfa和氨氮等，從而將大多數(shù)有機污染物 及部分無機物最終氧化成二氧化碳和水等無機小分子。以對氨氮的去除為例，主要過程可表示為0H>hvb+ — · OHH20+hvb+ — · 0Η+Η. NH3+x · OH — ΝΗ3_χ+χΗ20NHx+NHy — N2Hx+yN2Hx+y+(x+y) hvb+— N2 f +(x+y)H+。同時，改性濾料強化了對帶負電的細菌的吸附，紫外光激發(fā)TiO2薄膜產(chǎn)生電子和空穴(hvb+)，并與其表面吸附的0H_和O2作用生成活潑的羥基自由基OH ·和自由基02_ ·，可以直接攻擊所遇細菌的細胞。以OH ·為例，OH ·有很強的氧化能力，OH ·攻擊有機物的不飽和鍵或抽取其H原子，反應產(chǎn)生的新自由基將會激發(fā)鏈式反應的進行，使得細菌蛋白質(zhì)變異，同時脂類得到分解，導致細菌細胞的DNA結構變異、功能破壞而達到滅菌的作用。主要的滅菌反應過程可表示為
\=r + (川· - r-ci I
/\N
R, RR I K
Oil
R；XfI + Oil · - RΛ · — !I2O本發(fā)明采用的光催化反應器為夾層玻璃容器，夾層為光催化反應單元，充填經(jīng)TiO2改性的煤矸石燒結陶粒。光催化反應器內(nèi)部置入一根長約50cm的石英玻璃管，管內(nèi)部放置一根25W的紫外燈管，紫外光經(jīng)石英玻璃管射入夾層內(nèi)的廢水和燒結陶粒表面。裝置上下兩側(cè)各設有2個內(nèi)徑約Icm的玻璃管口，下部一個進氣口一個進水口，上部兩個皆為水氣共同出口，同時采用氣泵進行曝氣增氧攪拌，水氣混合流由上部管口流出。本發(fā)明所采用的燒結陶粒為煤矸石燒結陶粒，粒徑3 6mm，表觀密度約為1. 5g/cm3,比表面積約為5m2/g。本發(fā)明利用氟鈦酸銨液相沉積法對煤矸石燒結陶粒進行TiO2改性，最佳改性條件為摩爾濃度比[c (NH4) 2TiF6] : [c (H3BO3) 1=1:3( (NH4) 2TiF6濃度為O.1moI/L)，反應溫度80°C，熱處理溫度450°C，熱處理時間2h。
具體實施方式
表I為本發(fā)明的5個實施例。
表I采用改性燒結陶粒處理含TA微污染地表水實施例
權利要求
1. 一種采用改性燒結陶粒紫外光催化處理含對苯二甲酸微污染地表水的方法，其特征在于，以煤矸石燒結陶粒為載體，進行表面納米TiO2改性，應用紫外光催化深度處理含對苯二甲酸的微污染地表水，使處理后的微污水達到了國家《紡織染整工業(yè)回用水水質(zhì)標準》(FZ/T 01107-2011)的水質(zhì)要求。
全文摘要
本發(fā)明是一種采用改性燒結陶粒光催化處理含對苯二甲酸的微污染地表水的方法。所述的處理方法，是以煤矸石燒結陶粒為載體，進行表面納米TiO2改性，應用紫外光催化深度處理微污染地表水。所述的處理裝置為夾層玻璃容器，夾層為光催化反應單元，充填經(jīng)TiO2改性的煤矸石燒結陶粒；光催化反應器內(nèi)部設置一石英玻璃管，管內(nèi)部放置一根25W的紫外燈管，紫外光經(jīng)石英玻璃管射入夾層內(nèi)的廢水和燒結陶粒表面；光催化反應器上下兩側(cè)各設有2個玻璃管口，下部一個進氣口一個進水口，上部2個皆為水氣共同出口。采用本發(fā)明的方法處理后的微污水水質(zhì)指標達到了國家《紡織染整工業(yè)回用水水質(zhì)標準》(FZ/T01107-2011)的水質(zhì)要求。
文檔編號C02F1/28GK103011335SQ20121048836
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
發(fā)明者張文藝, 李仁霞, 鄭澤鑫, 占明飛, 戴如娟 申請人:常州大學