CN108751332B - 一种光催化-生物降解水处理装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光催化‑生物降解水处理装置和方法。本发明提供的光催化‑生物降解水处理装置包括依次连通的光催化降解装置和生物降解装置；所述光催化降解装置包括经水管串联的光催化单元，每个光催化单元包括依次平行设置的灯管和光催化纤维织物；所述生物降解装置包括垂直设置于生物降解装置底部和顶部的支架，以及固定于所述支架上的悬浮填料，所述生物降解装置的底部设置有曝气装置。本发明提供的装置通过光催化与生物降解共同作用，水体污染物由光催化纤维织物表面产生的活性种降解去除，再排入到生物降解装置中，由悬浮填料对污染物进行进一步的吸附和降解，二者结合对污水进行净化处理，大大提高了污水净化效率。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种光催化-生物降解水处理装置和方法。
背景技术
随着城市化和工业化进程的加快，我国水资源的污染状况日益严重。污水的治理问题已经成为当代环境工作亟待解决的重大问题之一。现有的水处理工艺，如A2O、UASB、活性污泥法、氧化沟法、SBR法等，投资和运行成本较高，且不能达到很好的处理效果，因此寻求一种经济高效的水处理工艺，尤其是处理那些水质复杂、较难降解的工农业废水具有重要的现实意义。
生物处理技术由于具有操作简便、成本低廉、脱氮除磷效果好等优点，已在污水处理领域得到广泛的应用。但是，由于微生物的生物降解能力有限，对于很多有毒有机物并不能有效地去除，并且存在污水处理效率低下等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光催化-生物降解水处理装置和方法。本发明提供的光催化-生物降解水处理装置对污水的净化效率高，且能够有效去除有毒有机物。
本发明提供了一种光催化-生物降解水处理装置，包括依次连通的光催化降解装置和生物降解装置；所述光催化降解装置包括经水管串联的光催化单元，每个光催化单元包括依次平行设置的灯管和光催化纤维织物；所述生物降解装置包括垂直设置于生物降解装置底部和顶部的支架，以及固定于所述支架上的悬浮填料，所述生物降解装置的底部设置有曝气装置。
优选的，所述光催化单元的出水口与下一光催化单元的入水口通过水管连通，所述光催化单元的出水口设置于光催化单元的下端。
优选的，所述光催化单元的入水口设置于光催化单元的顶部，所述水管与光催化单元入水口连通的一端设置有喷射头。
优选的，所述光催化单元的数量为5个以上。
优选的，所述光催化纤维织物的两面都具有光催化活性。
优选的，所述光催化纤维织物包括纤维材料和附着于所述纤维材料表面的光催化剂。
优选的，所述生物降解装置包括第一入水口和第二入水口，所述第一入水口与光催化降解装置的出水口通过水管连通。
优选的，所述生物降解装置顶部和底部的支架间隔交错设置。
优选的，所述悬浮填料包括活性炭、沸石、环糊精、碳纤维和甲壳素纤维中的一种或多种。
本发明还提供了一种光催化-生物降解水处理的方法，使用上述技术方案所述装置，包括以下步骤：
(1)在生物降解装置中通入待处理污水，在曝气条件下对悬浮填料进行挂膜培养，在悬浮填料表面形成生物膜；
(2)使待处理污水依次流经光催化降解装置的各光催化单元，污水流经光催化纤维织物时，在灯管的照射作用下进行催化降解，得到光催化降解水；
(3)使所述步骤(2)得到的光催化降解水流经生物降解装置，在所述步骤(1)得到的生物膜的作用下进行吸附和降解。
本发明提供了一种光催化-生物降解水处理装置，包括依次连通的光催化降解装置和生物降解装置；所述光催化降解装置包括经水管串联的光催化单元，每个光催化单元包括依次平行设置的灯管和光催化纤维织物；所述生物降解装置包括垂直设置于生物降解装置底部和顶部的支架，以及固定于所述支架上的悬浮填料，所述生物降解装置的底部设置有曝气装置。本发明提供的装置通过光催化与生物降解共同作用，水体污染物由光催化纤维织物表面产生的活性种降解去除，再排入到生物降解装置中，由悬浮填料对污染物进行进一步的吸附和降解，二者结合对污水进行净化处理，大大提高了污水净化效率。实验结果表明，本发明提供的光催化-生物降解水处理装置不仅能减少污水中的固体悬浮物(SS)，降低污水COD和BOD5，同时也能有效降低总氮及总磷值。
附图说明
图1为实施例1中光催化-生物降解水处理装置结构示意图；
图中，1为光催化纤维织物，2为灯管，3为喷射头，4为水管，5为悬浮填料，6为支架，7为曝气装置。
具体实施方式
本发明提供了一种光催化-生物降解水处理装置，包括依次连通的光催化降解装置和生物降解装置；所述光催化降解装置包括经水管串联的光催化单元，每个光催化单元包括依次平行设置的灯管和光催化纤维织物；所述生物降解装置包括垂直设置于生物降解装置底部和顶部的支架，以及固定于所述支架上的悬浮填料，所述生物降解装置的底部设置有曝气装置。
本发明提供的光催化-生物降解水处理装置包括光催化降解装置。在本发明中，所述光催化降解装置包括经水管串联的光催化单元。本发明对所述光催化单元的尺寸和数量没有特殊的限定，根据实际需要进行调整即可。在本发明中，所述光催化单元的数量优选为5个以上，更优选为10个以上；在本发明的实施例中，具体可以为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15。
在本发明的实施例中，所述光催化单元的出水口与下一光催化单元的入水口通过水管连通，所述光催化单元的出水口设置于光催化单元的下端。在本发明的实施例中，每个光催化单元的下方设置有水槽，将流经该光催化单元的水收集后，经水管进入下一光催化单元。
在本发明的实施例中，所述光催化单元的入水口设置于光催化单元的顶部，所述水管与光催化单元入水口连通的一端设置有喷射头。在本发明中，所述喷射头有助于污水充分进行催化降解。
在本发明中，每个光催化单元包括依次平行设置的灯管和光催化纤维织物。在本发明的实施例中，所述喷射头设置于光催化纤维织物的上方。在本发明中，所述喷射头与光催化纤维织物之间的距离优选为8～15cm，更优选为10～12cm。在本发明中，所述喷射头与光催化纤维织物之间的距离能够进一步保证污水充分流经光催化纤维织物。
在本发明的实施例中，所述光催化纤维织物的两面都具有光催化活性。在本发明中，由于各个光催化单元之间只是由安装的水管所隔开，所述光催化纤维织物的两面分别受到所在光催化单元的灯管的照射和相邻光催化单元中的灯管的照射。
在本发明中，所述光催化纤维织物优选包括纤维材料和附着于所述纤维材料表面的光催化剂。在本发明中，所述光催化剂和纤维材料的质量比优选为(1～15):(85～99)，更优选为(5～10):(90～95)。
在本发明中，所述纤维材料优选为针织物、机织物或非织造织物。在本发明中，所述纤维材料优选包括聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维和聚丙烯腈纤维中的一种或多种，更优选为聚酯纤维、聚乙烯纤维和聚酰胺纤维中的一种或多种。在本发明中，当所述纤维材料包括上述多种时，本发明对所述各组分的比例没有特殊的限定，以任意比例配比均可。
在本发明中，所述光催化剂包括二氧化钛、二氧化钛-石墨烯复合物、类石墨相氮化碳、类石墨相氮化碳-石墨烯复合物、二氧化钛-类石墨相氮化碳的复合物、二氧化钛-石墨烯-类石墨相氮化碳复合物、二氧化钛-类石墨相氮化碳-金属酞菁复合物、二氧化钛-三氧化钨复合物、类石墨相氮化碳-三氧化钨复合物、二氧化钛-类石墨相氮化碳-三氧化钨的复合物、类石墨相氮化碳-金属酞菁复合物、金属酞菁-三氧化钨复合物、类石墨相氮化碳-三氧化钨-金属酞菁复合物和二氧化钛-金属酞菁-三氧化钨复合物中的一种或多种。
在本发明中，所述光催化剂包括二氧化钛时，所述二氧化钛优选为锐钛矿型二氧化钛，或者为锐钛矿型和金红石型的混合物；所述二氧化钛的粒径优选为5～800nm，更优选为15～600nm，最优选为20～500nm。本发明对所述二氧化钛的来源没有特殊要求，使用市售的二氧化钛商品或使用本领域技术人员熟知的方法进行制备均可。
在本发明中，所述光催化剂包括类石墨相氮化碳时，所述类石墨相氮化碳(g-C3N4)优选为单层类石墨相氮化碳或多层类石墨相氮化碳或两者的混合物；所述类石墨相氮化碳的厚度优选为0.3～50nm，更优选为2～40nm。本发明对所述类石墨相氮化碳的来源没有特殊限定，使用市售的类石墨相氮化碳商品或使用本领域技术人员熟知的方法进行制备均可。
在本发明中，所述光催化剂包括二氧化钛-石墨烯复合物时，所述二氧化钛-石墨烯复合物中二氧化钛和石墨烯的质量比优选为100:(0.2～3)，更优选为100:(0.5～2)。在本发明中，所述石墨烯优选为单层石墨烯、多层石墨烯、或单层石墨烯和多层石墨烯的混合物。在本发明中，所述多层石墨烯的厚度优选为0.3～50nm，更优选为2～40nm。本发明对所述石墨烯的来源没有特殊限定，使用市售的石墨烯商品或使用本领域技术人员熟知的方法进行制备均可；所述二氧化钛的来源及种类优选与上述方案一致。
在本发明中，所述光催化剂包括类石墨相氮化碳-石墨烯复合物时，所述类石墨相氮化碳-石墨烯复合物的质量比优选为100:(0.2～3)，更优选为100:(0.5～2)。在本发明中，所述类石墨相氮化碳和石墨烯的来源及种类优选与上述方案一致。
在本发明中，所述光催化剂包括二氧化钛-类石墨相氮化碳复合物时，所述二氧化钛-类石墨相氮化碳复合物的质量比优选为100:(2～100)，更优选为100:(5～25)；所述二氧化钛和类石墨相氮化碳的种类及来源优选与上述方案一致。
在本发明中，所述光催化剂包括二氧化钛-三氧化钨复合物时，所述二氧化钛-三氧化钨复合物中二氧化钛和三氧化钨的质量比优选为100:(2～1000)，更优选为100:(5～300)。在本发明中，所述三氧化钨的粒径优选为5～500nm，更优选为10～400nm，最优选为50～300nm。本发明对所述三氧化钨的来源没有特殊限定，使用市售的三氧化钨商品或使用本领域技术人员熟知的方法进行制备均可；所述二氧化钛的来源及种类优选与上述方案一致。
在本发明中，所述光催化剂包括类石墨相氮化碳-三氧化钨复合物时，所述类石墨相氮化碳-三氧化钨复合物中类石墨相氮化碳和三氧化钨的质量比优选为100:(10～1000)，更优选为100:(20～500)。在本发明中，所述类石墨相氮化碳和三氧化钨的来源及种类优选与上述方案一致。
在本发明中，所述光催化剂包括二氧化钛-石墨烯-类石墨相氮化碳复合物时，所述二氧化钛-石墨烯-类石墨相氮化碳复合物中二氧化钛、石墨烯和类石墨相氮化碳的质量比优选为(30～95):(0.5～5):(8～70)，更优选为(40～80):(1～5):(15～60)。在本发明中，所述二氧化钛、石墨烯和类石墨相氮化碳的来源及种类优选与上述方案一致。
在本发明中，所述光催化剂包括二氧化钛-类石墨相氮化碳-三氧化钨复合物时，所述二氧化钛-类石墨相氮化碳-三氧化钨复合物中二氧化钛、类石墨相氮化碳和三氧化钨的质量比优选为(15～90):(2～50):(5～80)，更优选为(30～90):(5～40):(10～70)。在本发明中，所述二氧化钛、类石墨相氮化碳和三氧化钨的种类及来源优选与上述方案一致。
在本发明中，所述光催化剂包括二氧化钛-类石墨相氮化碳-金属酞菁复合物时，所述二氧化钛-类石墨相氮化碳-金属酞菁复合物中二氧化钛、类石墨相氮化碳和金属酞菁的质量比优选为(45～74):(25～50):(0.5～6)，更优选为(55～65):(30～40):(1～4)。在本发明中，所述金属酞菁优选为铁酞菁、钴酞菁或铜酞菁。本发明对所述金属酞菁的来源没有特殊限定，使用市售的金属酞菁或使用本领域技术人员熟知的方法进行制备均可；所述二氧化钛和类石墨相氮化碳的种类及来源优选与上述方案一致。
在本发明中，所述光催化剂包括二氧化钛-金属酞菁-三氧化钨复合物时，所述二氧化钛-金属酞菁-三氧化钨复合物中二氧化钛、金属酞菁和三氧化钨的质量比优选为(10～90):(0.1～10):(5～90)，更优选为(25～90):(0.2～5):(10～80)。在本发明中，所述二氧化钛、金属酞菁和三氧化钨的种类及来源优选与上述方案一致。
在本发明中，所述光催化剂包括类石墨相氮化碳-金属酞菁-三氧化钨复合物时，所述类石墨相氮化碳-金属酞菁-三氧化钨复合物中类石墨相氮化碳、金属酞菁和三氧化钨的质量比优选为(19.8～90):(0.2～9):(9～80)，更优选为(25～85):(0.3～7):(10～75)。在本发明中，所述类石墨相氮化碳、金属酞菁和三氧化钨的种类及来源优选与上述方案一致。
在本发明中，所述光催化剂包括金属酞菁-三氧化钨复合物时，所述金属酞菁-三氧化钨复合物中金属酞菁和三氧化钨的质量比优选为(0.05～10):100，更优选为(0.1～5):100。在本发明中，所述金属酞菁和三氧化钨的种类及来源优选与上述方案一致。
在本发明中，所述催化剂包括类石墨相氮化碳-金属酞菁复合物时，所述类石墨相氮化碳-金属酞菁复合物中类石墨相氮化碳和金属酞菁的质量比优选为100:(0.05～10)，更优选为100:(0.1～5)。在本发明中，所述类石墨相氮化碳和金属酞菁的种类及来源优选与上述方案一致。
在本发明中，当所述光催化剂为混合物时，本发明对所述光催化剂混合物中的光催化剂种类及质量比没有特殊要求，使用任意种类的光催化剂以任意质量比进行混合均可。
在本发明中，所述光催化纤维织物优选为CN201610693412.7，CN201610693428.8，CN201610696643.3，CN201610701918.8中公开的光催化纤维织物。
在本发明中，每个光催化单元中灯管的数量优选为2～5根。在本发明的实施例中，所述多个灯管竖直平行设置。在本发明中，所述灯管优选包括紫外灯、氙灯、镝灯、金卤灯、LED灯或荧光灯；所述灯管的功率优选为30～800W，更优选为100～600W，最优选为200～300W。在本发明中，所述灯管的种类优选与光催化剂的种类对应，以灯管的光源能够激发光催化剂的活性为准。在本发明的实施例中，当光催化剂为二氧化钛时，对应的光源种类为紫外灯；当光催化剂为其他或复合物时，对应的光源种类为氙灯、镝灯、金卤灯、LED灯和荧光灯中的一种。
在本发明中，每个光催化单元中灯管与光催化纤维织物的距离优选独立地为0.3～1.2m，更优选独立地为0.5～1m。
在本发明中，所述灯管产生光源照射在光催化剂上诱导产生羟基自由基、超氧自由基等多种活性种，将光能转化为化学能，协同降解水体中的有机污染物，并有效降低COD和BOD5。
在本发明中，所述光催化降解装置为瀑布式多级光催化降解装置，所谓“瀑布式”，即光催化纤维材料竖直放置，水流经喷射头喷出，呈瀑布式竖直流过光催化纤维材料的表面，与光催化剂能够充分接触；所谓“多级”，即光催化降解装置由多级光催化单元串联组成，污水需流经多个光催化单元，即需多次流过光催化纤维材料的表面，停留时间长；在光催化单元中，一个光源照射一张光催化纤维材料，且两者平行设置，能够大大提高光催化纤维材料对光能的吸收，故水中的污染物能够被更有效、彻底地去除。
本发明提供的光催化-生物降解水处理装置包括与光催化降解装置顺次连通的生物降解装置。在本发明的实施例中，所述生物降解装置包括第一入水口和第二入水口，所述第一入水口与光催化降解装置的出水口通过水管连通。在本发明的实施例中，所述第一入水口与光催化降解装置中最后一个光催化单元的出水口通过水管连通。在本发明中，所述第二入水口作为待处理污水的直接入口，用于悬浮填料挂膜培养时通入污水。
在本发明中，所述生物降解装置包括垂直设置于生物降解装置底部和顶部的支架。在本发明的实施例中，所述生物降解装置顶部和底部的支架间隔交错设置。在本发明中，相邻两个支架的间距独立地优选为0.3～1m，更优选为0.5～0.7m。
在本发明中，所述生物降解装置包括固定于所述支架上的悬浮填料。在本发明中，所述悬浮填料优选包括活性炭、沸石、环糊精、碳纤维和甲壳素纤维中的一种或多种，更优选为碳纤维。在本发明中，所述悬浮填料为碳纤维时，所述碳纤维优选为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维中的一种或多种，更优选为聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维中的一种或多种。
在本发明中，所述悬浮填料比表面积大，有丰富的微孔结构，因此具有很高的吸附性，能有效去除污水的颜色、气味、油份、酚等，同时还可去除难降解物质，尤其对氨氮具有很强的净化作用；悬浮填料还具有很高的生物亲和性，在曝气条件下微生物挂膜快，老化生物膜易脱落，附着在生物膜上的微生物以有机污染物为能量来源通过自身的新陈代谢作用降解水体中的有机污染物。
在本发明中，所述生物降解装置中的支架呈上下分布，将悬浮填料固定在支架上，使悬浮填料上下分布，可以增加污水与悬浮填料形成的生物膜之间的接触面积和停留时间，提高净化效果。
在本发明的实施例中，所述悬浮填料通过卡槽固定于所述支架上。在本发明中，所述支架上卡槽的间距优选为2～10cm，更优选为3～7cm。在本发明中，每个卡槽上悬浮填料的质量优选为0.1～0.5kg，更优选为0.1～0.3kg。本发明对所述支架和卡槽的数量没有特殊的限定，根据所需装置的尺寸进行调整即可。
在本发明中，所述生物降解装置的底部设置有曝气装置。本发明对所述曝气装置的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的曝气装置即可。在本发明中，所述曝气装置优选为可调曝气量的微孔曝气器或穿孔管曝气器。
本发明提供的装置将高活性有机/无机杂化光催化剂与柔性纤维材料有机结合，获得的光催化材料具有可见光响应，能更高效的利用光能；纤维材料具有比表面积大、柔软性好、编制加工性能优，以及与有机污染物的亲和性好等优点，能将有机污染物进行高效催化降解；复合的光催化剂能够有效避免对催化纤维材料的光腐蚀，显著提升了光催化纤维材料的稳定性，可循环重复使用；悬浮填料比表面积大，有丰富的微孔结构，因此表面能大量吸附水中污浊物质；悬浮填料具有极高的生物亲和性，表面能吸附大量微生物并使其生长繁殖形成生物膜，吸附和降解水中的有机污染物；光催化材料与悬浮填料的稳定性高，耐酸碱腐蚀，机械强度大和寿命长，且价格便宜，工程投资远远低于国家标准，经济优势显著；将光催化技术与生物技术相结合，通过光催化与生物降解共同作用，对污水进行多级净化处理，大大提高了污水净化效果。
本发明还提供了一种光催化-生物降解水处理的方法，使用上述技术方案所述装置，包括以下步骤：
(1)在生物降解装置中通入待处理污水，在曝气条件下对悬浮填料进行挂膜培养，在悬浮填料表面形成生物膜；
(2)使待处理污水依次流经光催化降解装置的各光催化单元，污水流经光催化纤维织物时，在灯管的照射作用下进行催化降解，得到光催化降解水；
(3)使所述步骤(2)得到的光催化降解水流经生物降解装置，在所述步骤(1)得到的生物膜的作用下进行吸附和降解。
在生物降解装置中通入待处理污水，在曝气条件下对悬浮填料进行挂膜培养，在悬浮填料表面形成生物膜。在本发明中，所述待处理污水优选经第二入水口通入生物降解装置中，然后经生物降解装置的出水管流出。在本发明中，所述待处理污水的流速优选为50～300L/h，更优选为100～200L/h。
在本发明中，所述曝气的时间优选为7～10天，更优选为8～9天。本发明优选在通入待处理污水开始起进行曝气，达到曝气时间后停止曝气，继续通入待处理污水至挂膜培养结束。本发明对所述曝气的速率没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的曝气速率即可。
在本发明中，所述挂膜培养的温度优选为20～30℃，更优选为25℃。在本发明中，所述挂膜培养的时间优选为1～2周，更优选为9～12天。在本发明中，所述挂膜培养过程中，所述待处理污水的进水量优选为水处理过程中进水量的30～50％，更优选为40％。在本发明中，所述挂膜培养过程中，微生物在悬浮填料表面形成生物膜。
挂膜培养完成后，本发明优选将所述第二入水口关闭，停止通入待处理污水。
本发明使待处理污水依次流经光催化降解装置的各光催化单元，污水流经光催化纤维织物时，在灯管的照射作用下进行催化降解，得到光催化降解水。在本发明中，所述污水的流速优选为30～100L/h，更优选为50～80L/h，最优选为60～70L/h。
在本发明中，所述污水优选经喷射口喷射至光催化纤维织物表面；所述喷射的速率优选为0.5～5L/h，更优选为1～4L/h，最优选为2～3L/h。在本发明中，所述喷射使水呈瀑布式竖直流过光催化纤维织物的表面，与光催化剂充分接触；通过光源照射在光催化剂上诱导产生羟基自由基、超氧自由基等多种活性种降解水中的污染物。
得到光催化降解水后，本发明使所述光催化降解水流经生物降解装置，在所述生物膜的作用下进行吸附和降解。在本发明中，所述吸附和降解优选在曝气条件下进行。
吸附和降解完成后，本发明优选使所述吸附和降解得到的生物降解水经生物降解装置的出水管排出。
本发明将光催化降解技术与生物降解技术相结合，可以实现高效的污水治理，是处理各类工农业废水、生活污水等的优良选择。本发明利用光催化-生物降解水处理装置，对污水进行多级化处理，净化效果明显；污水先进入瀑布式多级光催化降解装置，水体污染物由光催化纤维织物表面产生的活性种降解去除，再排入到生物降解装置中，由悬浮填料对污染物进行进一步的吸附和降解；两者结合，净化效果显著，不仅能减少污水中的固体悬浮物(SS)，降低污水COD和BOD5，同时也能有效降低总氮及总磷值。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的光催化-生物降解水处理装置和方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的光催化-生物降解水处理装置包括经水管4依次连通的光催化降解装置和生物降解装置；所述光催化降解装置包括经水管串联的光催化单元，每个光催化单元包括依次平行设置的灯管2和光催化纤维织物1；所述光催化单元的出水口设置于光催化单元的下端，所述光催化单元的入水口设置于光催化单元的顶部，所述水管与光催化单元入水口连通的一端设置有喷射头3；所述生物降解装置包括垂直设置于生物降解装置底部和顶部的支架6，以及固定于所述支架上的悬浮填料5，所述生物降解装置的底部设置有曝气装置7。
本实施例拟定光催化降解装置中光催化单元的个数为7个，每个光催化单元中的灯管选用氙灯，功率选择150W，灯管的数量为3根，光催化纤维织物的尺寸大小为0.4m×0.5m。催化纤维织物的形式为非织造织物，纤维材料为聚酯纤维，光催化剂为二氧化钛-石墨烯-类石墨相氮化碳复合物，其中二氧化钛、石墨烯和类石墨相氮化碳的质量比为55:2:47，光催化剂和聚酯纤维材料的质量比为2:95。
生物降解装置中支架的个数为6个，每个支架上挂10条碳纤维束，每条碳纤维束的质量为0.2kg。曝气装置选择可调曝气量的微孔曝气器，数量为3个。
打开第二入水口的阀门，进行碳纤维束挂膜培养，在生物降解装置中通入一定量的污水，连续曝气10天，然后按设计进水量的30％连续进出水，运行2周，挂膜培养完成，关闭第二入水口的阀门。
选取某城镇污水模拟废水，废水水质如下：SS为90.3mg/L，COD为213mg/L，BOD5为64mg/L，氨氮24.6mg/L，总磷为2.8mg/L。使用上述装置进行处理，按设计进水量100L/h连续进出水，对处理后的水质进行检测：SS为9.6mg/L，COD为47mg/L，BOD5为8.9mg/L，氨氮7.6mg/L，总磷为0.3mg/L，达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中一级A排放标准。
实施例2
采用实施例1中的装置，不同的是：
本实施例拟定光催化降解装置中光催化单元的个数为8个，每个光催化单元中的灯管选用氙灯，功率选择150W，灯管的数量为3根，光催化纤维织物的尺寸大小为0.4m×0.5m。催化纤维织物的形式为针织物，纤维材料为聚酰胺纤维，光催化剂为类石墨相氮化碳-三氧化钨复合物，其中类石墨相氮化碳和三氧化钨的质量比为2:5，光催化剂和聚酰胺纤维材料的质量比为2:95。
生物降解装置中支架的个数为7个，每个支架上挂10条碳纤维束，每条碳纤维束的质量为0.2kg。曝气装置选择可调曝气量的微孔曝气器，数量为3个。
打开第二入水口的阀门，进行碳纤维束挂膜培养，在生物降解装置中通入一定量的污水，连续曝气10天，然后按设计进水量的30％连续进出水，运行2周，挂膜培养完成，关闭第二入水口的阀门。
选取某肉类加工厂模拟废水，废水水质如下：SS为114.3mg/L，COD为293mg/L，BOD5为85mg/L，氨氮34.6mg/L。使用上述装置进行处理，按设计进水量100L/h连续进出水，对处理后的水质进行检测：SS为57mg/L，COD为67mg/L，BOD5为23mg/L，氨氮为12.6mg/L，达到了《肉类加工工业水污染物排放标准》(GB 13457-1992)中一级排放标准。
实施例3
采用实施例1中的装置，不同的是：
本实施例拟定光催化降解装置中光催化单元的个数为10个，每个光催化单元中的灯管选用氙灯，功率选择150W，灯管的数量为4根，光催化纤维织物的尺寸大小为0.4m×0.5m。催化纤维织物的形式为针织物，纤维材料为聚乙烯纤维，光催化剂为二氧化钛-类石墨相氮化碳-金属酞菁复合物，其中二氧化钛、类石墨相氮化碳和金属酞菁的质量比为60:35:5，光催化剂和聚乙烯纤维材料的质量比为2:85。
生物降解装置中支架的个数为8个，每个支架上挂10条碳纤维束，每条碳纤维束的质量为0.2kg。曝气装置选择可调曝气量的微孔曝气器，数量为4个。
打开第二入水口的阀门，进行碳纤维束挂膜培养，在生物降解装置中通入一定量的污水，连续曝气10天，然后按设计进水量的30％连续进出水，运行2周，挂膜培养完成，关闭第二入水口的阀门。
选取某纺织印染企业模拟废水，废水水质如下：SS为126mg/L，COD为304mg/L，BOD5为81mg/L，氨氮33.7mg/L，总磷为3.2mg/L。使用上述装置进行处理，按设计进水量100L/h连续进出水，对处理后的水质进行检测：SS为52mg/L，COD为87mg/L，BOD5为21mg/L，氨氮为9.6mg/L，总磷为0.9mg/L，达到了《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287-2012)。
实施例4
采用实施例1中的装置，不同的是：
本实施例拟定光催化降解装置中光催化单元的个数为9个，每个光催化单元中的灯管选用氙灯，功率选择150W，灯管的数量为5根，光催化纤维织物的尺寸大小为0.4m×0.5m。催化纤维织物的形式为机织物，纤维材料为聚酯纤维，光催化剂为类石墨相氮化碳-金属酞菁复合物，其中类石墨相氮化碳-金属酞菁的质量比为20:1，光催化剂和聚乙烯纤维材料的质量比为2:93。
生物降解装置中支架的个数为8个，每个支架上挂10条碳纤维束，每条碳纤维束的质量为0.2kg。曝气装置选择可调曝气量的微孔曝气器，数量为4个。
打开第二入水口的阀门，进行碳纤维束挂膜培养，在生物降解装置中通入一定量的污水，连续曝气10天，然后按设计进水量的30％连续进出水，运行2周，挂膜培养完成，关闭第二入水口的阀门。
选取某小型造纸厂模拟废水，废水水质如下：SS为105mg/L，COD为254mg/L，BOD5为62mg/L，氨氮23.7mg/L，总磷为2.8mg/L。使用上述装置进行处理，按设计进水量500L/h连续进出水，对处理后的水质进行检测：SS为48mg/L，COD为86mg/L，BOD5为23mg/L，氨氮为8.9mg/L，总磷为0.8mg/L，达到了《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB 3544-2008)。
实施例5
采用实施例1中的装置，不同的是：
本实施例拟定光催化降解装置中光催化单元的个数为12个，每个光催化单元中的灯管选用氙灯，功率选择150W，灯管的数量为4根，光催化纤维织物的尺寸大小为0.4m×0.5m。催化纤维织物的形式为非织造织物，纤维材料为聚酰胺纤维，光催化剂为二氧化钛-金属酞菁-三氧化钨复合物，其中二氧化钛、金属酞菁和三氧化钨的质量比为50:5:45，光催化剂和聚酰胺纤维材料的质量比为2:90。
生物降解装置中支架的个数为10个，每个支架上挂10条碳纤维束，每条碳纤维束的质量为0.2kg。曝气装置选择可调曝气量的微孔曝气器，数量为5个。
打开第二入水口的阀门，进行碳纤维束挂膜培养，在生物降解装置中通入一定量的污水，连续曝气10天，然后按设计进水量的30％连续进出水，运行2周，挂膜培养完成，关闭第二入水口的阀门。
选取某畜禽养殖农场模拟废水，废水水质如下：SS为261mg/L，COD为824mg/L，BOD5为281mg/L，氨氮153.7mg/L，总磷为33.2mg/L。使用上述装置进行处理，按设计进水量500L/h连续进出水，对处理后的水质进行检测：SS为154mg/L，COD为367mg/L，BOD5为102mg/L，氨氮为68.2mg/L，总磷为7.6mg/L，达到了《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001)。
从以上实施例可以看出，本发明提供的装置和方法将光催化技术与生物降解技术相结合，对污水进行多级化处理，净化效果明显，不仅能减少污水中的固体悬浮物(SS)，降低污水COD和BOD5，同时也能有效降低总氮及总磷值，可以实现高效的污水治理，是处理各类工农业废水、生活污水等的优良选择。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种光催化-生物降解水处理装置，包括依次连通的光催化降解装置和生物降解装置；所述光催化降解装置包括经水管串联的光催化单元，每个光催化单元包括依次平行设置的灯管和光催化纤维织物；所述生物降解装置包括垂直设置于生物降解装置底部和顶部的支架，以及固定于所述支架上的悬浮填料，所述生物降解装置的底部设置有曝气装置；
所述光催化纤维织物包括纤维材料和附着于所述纤维材料表面的光催化剂；所述光催化剂包括二氧化钛-类石墨相氮化碳-金属酞菁复合物、类石墨相氮化碳-金属酞菁复合物、金属酞菁-三氧化钨复合物、类石墨相氮化碳-三氧化钨-金属酞菁复合物和二氧化钛-金属酞菁-三氧化钨复合物中的一种或多种；
所述光催化单元的出水口与下一光催化单元的入水口通过水管连通，所述光催化单元的出水口设置于光催化单元的下端；
所述光催化单元的入水口设置于光催化单元的顶部，所述水管与光催化单元入水口连通的一端设置有喷射头。
2.根据权利要求1所述的光催化-生物降解水处理装置，其特征在于，所述光催化单元的数量为5个以上。
3.根据权利要求1所述的光催化-生物降解水处理装置，其特征在于，所述光催化纤维织物的两面都具有光催化活性。
4.根据权利要求1所述的光催化-生物降解水处理装置，其特征在于，所述生物降解装置包括第一入水口和第二入水口，所述第一入水口与光催化降解装置的出水口通过水管连通。
5.根据权利要求1所述的光催化-生物降解水处理装置，其特征在于，所述生物降解装置顶部和底部的支架间隔交错设置。
6.根据权利要求1所述的光催化-生物降解水处理装置，其特征在于，所述悬浮填料包括活性炭、沸石、环糊精、碳纤维和甲壳素纤维中的一种或多种。
7.一种光催化-生物降解水处理的方法，使用权利要求1～6任意一项所述的装置，包括以下步骤：
(1)在生物降解装置中通入待处理污水，在曝气条件下对悬浮填料进行挂膜培养，在悬浮填料表面形成生物膜；
(2)使待处理污水依次流经光催化降解装置的各光催化单元，污水流经光催化纤维织物时，在灯管的照射作用下进行催化降解，得到光催化降解水；
(3)使所述步骤(2)得到的光催化降解水流经生物降解装置，在所述步骤(1)得到的生物膜的作用下进行吸附和降解。
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