CN101289243A - 过氧化氢-二氧化钛光催化消毒污水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过氧化氢－二氧化钛光催化消毒污水的方法，采用了二氧化钛光催化和过氧化氢对污水进行处理。本发明将H₂O₂加到TiO₂/UV体系中，形成H₂O₂－固载型TiO₂光催化反应系统，过氧化氢与带负电荷电子的作用，消耗了反应中的电子，减少了与空穴复合的机会，显著提高了光催化反应效率。本发明提供的方案明显降低了污水紫外消毒投资和运行成本，克服了紫外消毒技术效果不稳定、微生物光复活等缺点，发展了紫外消毒技术在污水处理中应用，强化了难降解有机污染物的分解，是一种很有前途的污水处理方法。

Description

过氧化氢-二氧化钛光催化消毒污水的方法

技术领域

本发明涉及一种消毒污水的方法，具体地说是过氧化氢-二氧化钛光催化消毒污水的方法。

背景技术

目前，污水处理已经成为环境保护的重点问题。紫外线消毒污水的技术具有速度快、占地小、操作简单、便于运行管理和实现自动化控制等优点，但紫外线消毒易受污水浊度、紫外透光率等可变因素影响、不具有残余消毒能力、消毒后出水微生物光复活现象使紫外消毒效果不稳定，这些都直接影响紫外消毒技术在污水消毒中应用。固载型二氧化钛(TiO₂)光催化氧化技术具有性质稳定、条件温和、反应彻底、能耗低、价格廉等优点，同时解决了粉末悬浮状态的TiO2存在的催化剂不容易回收、易中毒、难于制成高效光催化反应器等技术问题，已被成功应用于消毒、有机物分解、藻类杀灭等污水处理中，但光催化反应对高浓度微生物处理效果较差、反应过程中电子-空穴对复合将大大降低光催化反应效率。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术中污水消毒的不足，提供一种消毒效率高的过氧化氢-二氧化钛光催化消毒污水的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的污水消毒方法，首次提出将二氧化钛光催化和过氧化氢联合对污水进行处理。

先将过氧化氢添加到待处理污水中，再进入二氧化钛光催化反应器内处理；所述添加过氧化氢的浓度为10～100ppm。

所述二氧化钛光催化反应器内的二氧化钛是涂覆在网状载体上，该网状载体呈波纹状分布于反应器内。

所述的网状载体优选为金属泡沫光催化网或陶瓷泡沫光催化网。

本发明的污水消毒方法采用光催化氧化原理，即利用紫外杀菌灯作为光催化辐射激发光源，紫外光穿透石英玻璃管，照射到二氧化钛光催化材料上，发生光催化反应，产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)，能有效地降解水中对人体有害的有机化合物，也能使构成藻类、细菌等微生物的蛋白质变性。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)反应器中二氧化钛光催化网状载体呈波纹状分布，水体沿水流方向不断穿过二氧化钛光催化网；由于将二氧化钛光催化网制成波纹状，增加了二氧化钛与污水的接触面积，提高了光催化反应的效率。

(2)由于添加过氧化氢，过氧化氢参与了光催化反应，产生了大量的羟基自由基，能够直接氧化各种有机物，达到杀菌及降解各种有机物的目的。同时，含有藻类、细菌等微生物的水体在通过光催化剂网的过程中，被光催化剂网上面存在的大量羟基自由基所俘获而发生光化学反应，使蛋白质变性，能有效地杀灭藻类和细菌等微生物。另一方面由于过氧化氢与带负电荷电子的作用，消耗了反应中的电子，减少了与空穴复合的机会，促进光催化反应速率。

(3)本发明提供的方案明显降低了污水紫外消毒投资和运行成本，克服了紫外消毒技术效果不稳定、微生物光复活等缺点，发展了紫外消毒技术在污水处理中应用。

(4)紫外线、过氧化氢与二氧化钛本身都具有杀菌消毒的功效，三者相互作用，大大提高了渠式紫外消毒设备的消毒杀藻效果。

附图说明

图1是二氧化钛光催化反应器及其结构示意图。图中，1是反应器，2是进水口，3是紫外灯管，4是二氧化钛光催化网状载体，5是出水口。

图2是实施例1水样细菌灭活测定结果图。

具体实施方式

实施例1

取某污水处理厂二沉池出水作为实验用污水，储存在原水储水塑料桶中。制作规格相同的反应器5个，分别编号为反应器1、反应器2、反应器3、反应器4、反应器5。其中反应器1、2为空箱，内部不设紫外灯和光催化反应模块，反应器3只设紫外灯(18W)，反应器4、5设紫外灯(18W)和光催化泡沫镍网。另准备过氧化氢加药器和蠕动泵，蠕动泵流量在700-13000ml/min范围可调。

反应器1为对照，只进污水；反应器2随进水加入100ppm H₂O₂消毒，反应器3为紫外消毒，不加入过氧化氢溶液；反应器4为光催化消毒，不加入过氧化氢溶液；反应器5为H₂O₂-光催化消毒，随进水加入10ppm H₂O₂。

连接原水储水塑料桶、过氧化氢加药器、蠕动泵和固载型二氧化钛光催化反应器，反应器比储水桶水位高300mm。

开启蠕动泵，将污水从储水桶泵至反应器。如图1所示，1是反应器，2是污水进水口，3是紫外灯管，4是二氧化钛光催化网状载体，5是出水口。污水从进水口进入反应器，经过消毒处理后从出水口流出，完成消毒。污水在反应器中反应时间分别为2min、4min、6min、8min、10min、12min，分别收集5个反应器中不同反应时长流出的污水，作为待测水样。

测定收集的水样中剩余细菌数和灭活率，结果见图2。

由图2可见，反应器1、2流出的水样，即对照和应用100ppmH₂O₂消毒的水样，反应12分钟后细菌总数和原水相比，没有明显的降低，说明几乎没有灭菌效果。

反应器3、4、5流出的水样，均对有很明显的杀菌效果，其中反应器5流出的水样，杀菌作用最为明显，说明光催化反应器中投加10ppm H₂O₂能大大加速反应器消毒效果。

反应器3在2min内即可达到1.18对数级的灭活率，6min内即可达到3.08个对数级的灭活率，随后，随着反应时间的延长，反应器细菌灭活率缓慢上升，至12min，细菌总数由试验开始的11.30×10⁴个/L下降到21.48个/L，达到3.72个对数级的灭活率。

反应器4的光催化反应杀菌效率较紫外反应器杀菌效率有所提高，2min内反应器即可达到2.27对数级的灭活率，4min内迅速达到3.58个对数级的灭活率，随后，随着反应时间的延长，反应器细菌灭活率缓慢上升，至12min，细菌总数由试验开始的11.30×10⁴个/L下降到14.5个/L，达到3.89个对数级的灭活率，较单纯紫外消毒低。

反应器5中投加10ppm H₂O₂大大加强消毒作用，2min内反应器即可达到3.03对数级的灭活率，随后效果随着反应时间的延长，反应器细菌灭活率缓慢上升，至12min，细菌总数由试验开始的11.30×10⁴个/L下降到10.5个/L，达到4.03个对数级的灭活率，低于光催化反应器。

本试验中紫外反应器虽然最终也能达到较好的杀菌效果，但6-8min才达到杀菌高峰；光催化加快紫外杀菌速度，反应开始后4min内即可达到杀菌高峰；而光催化反应器中投加H₂O₂，能显著加快光催化反应杀菌速度，2min既可达到杀菌高峰，灭活率高达3.03个对数级，H₂O₂使光催化反应速度和效率大大提高。

产生上述杀菌效果迥异的原因在于光催化杀菌机理和紫外杀菌机理不同。光催化反应产生的强氧化性中间产物，对污水中细菌产生细胞渗透、辅酶A破坏、内毒素降解、蛋白质和脂类变性分解和细胞矿化成CO₂等作用达到杀菌消毒的效果。光催化反应器中，除了紫外线杀菌外，光催化反应产生的羟基自由基OH·和超氧化物阴离子自由基O₂-·等强氧化物质能大大提高紫外杀菌效率，加快杀菌反应速度。过氧化氢(H₂O₂)来源广泛、安全性能好、无腐蚀性，是一种绿色的氧化剂，将H₂O₂加到TiO₂/UV体系中，形成H₂O₂-固载型TiO₂光催化反应系统，能抑制了电子-空穴复合，大大加快光催化反应速率，强化难降解有机污染物的分解，是一种很有前途的水处理方法。

Claims (5)

1.一种过氧化氢-二氧化钛光催化消毒污水的方法，其特征在于采用二氧化钛光催化和过氧化氢对污水进行处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是在待处理污水中添加过氧化氢，再进入二氧化钛光催化反应器内处理。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述二氧化钛光催化反应器内的二氧化钛是固定在网状载体上，该网状载体呈波浪状分布于反应器内。

4.如权利要求2所述的方法，其特征是在待处理污水中添加过氧化氢的浓度为10～100ppm。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的网状载体为金属泡沫光催化网或陶瓷泡沫光催化网。

Images