CN109748468A - 一种生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统及方法，包括砂滤装置、生物耦合光催化装置、太阳能发电系统和PLC控制系统。砂滤装置去除有机废水中的悬浮物，为生物耦合光催化做预处理。生物耦合光催化装置直接耦合光催化氧化和生物降解技术，使其同步进行，与间接耦合方式相比降低了运行成本和处理难度，减少了设备占地面积和减少成本。同时采用太阳能发电系统对光催化光源进行供电，进一步降低了运行成本。PLC控制系统对系统工艺进行实时智能监控，保证运行的稳定性。本发明提供的生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统及方法能够实现快速、高效地降解难降解有机物，整套系统能稳定运行，能耗低。

Description

一种生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统及方法

技术领域

本发明涉及有机废水处理领域，具体涉及一种生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统及方法。

背景技术

随着我国工业化进程的加速，水体污染问题日益严重，对人类的生存环境造成了严重的危害，解决水污染问题迫在眉睫。污染水体中含有的有机污染物具有种类多、危害大的特点，其中部分有机污染物既不能被生物降解，还含有有毒有害物质，一旦排放到天然水体中很难被降解，可能造成水体富营养化，致使水生生物大量死亡，危及生物多样性，而且被污染的生物会沿着生物链影响人类的健康。和传统的物理、化学、生物处理方法相比，新的难降解有机废水处理技术，如固定化处理技术、高级氧化技术、微生物耦合光催化技术等具有氧化能力强、反应速度快、氧化彻底、不产生二次污染等特点，发展前景广阔。

光催化氧化耦合生物组合技术处理有机废水是近年来研究的热点，先利用光催化氧化技术对有机废水进行预处理，使难被微生物降解的有机物转变为可被微生物降解物质，然后再进行生化处理，彻底降解除去废水中的有机污染物。相比单一光催化氧化技术或生物法，该耦合技术能充分发挥光催化氧化和生物法各自的优点，对废水处理更彻底，效率更高。目前常见的是间接耦合光催化氧化和生物降解工艺，如中国专利公布号CN108751332A公布了一种光催化-生物降解水处理装置和方法，先将水体中污染物由光催化纤维织物表面产生的活性种降解，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去除。中国专利授权公告号CN1161290C公布了一种二元酸废水处理方法及其装置，先调节酸废水酸碱度，再将废水通过生物流化床处理，之后再进入光催化氧化装置催化氧化污染物。间接耦合工艺需要高级氧化和生物降解两个反应器，增加了占地面积和建设成本，此外还必须根据进水水质及高级氧化降解效率与生物降解效率来动态的改变各单元所需时间，难以控制光催化产物的可生物降解性，加大反应器运行成本和操控难度。中国专利授权公告号CN201264955Y公布了一种光催化氧化与生物降解一体化的气升式内循环反应器，该专利将反应器平均划分成光催化氧化区和生物反应区，未能充分将光催化和生物降解有机结合，实现光催化氧化和生物降解同步进行，并且也未考虑到进水浊度对光催化效率的影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统，包括沿废水流经方向依次连通的砂滤装置和生物耦合光催化装置；

其中，生物耦合光催化装置包括反应器、紫外光源、空心石英管护罩、微孔曝气装置、生物膜光催化载体和支架；反应器底部放置微孔曝气装置，微孔曝气装置上方安装支架，生物膜光催化载体下端固定在支架上，反应器中间固定空心石英管护罩，护罩内放置紫外光源。

砂滤装置包括滤料和滤布，滤布防止滤料损失。

进一步的，还包括喷淋式进水装置、有机物监测仪、PLC控制系统和太阳能发电系统；

所述喷淋式进水装置和砂滤装置相连，废水经过砂滤过滤后以喷淋方式进入生物耦合光催化装置，提高有机物被氧化程度；

所述有机物检测仪检测生物耦合光催化装置出口处水中有机物含量；PLC控制系统监测有机物检测仪的数据，以及控制生物耦合光催化装置进水电磁阀门、水泵和出水电磁阀门的开关；

所述太阳能发电系统包括太阳能电池组件和蓄电池，太阳能发电系统和紫外光源相连，为光源提供电能。

在本发明中，有机废水流入砂滤装置，进行砂滤处理去除悬浮物；砂滤装置内下部滤料为直径2-3mm的石榴石滤料，上部滤料为直径0.5-1.5mm的石英砂滤料；砂滤处理后的废水进入生物耦合光催化装置，进行有机物降解处理；

所述砂滤出水喷淋进生物耦合光催化装置，喷淋头低于反应器上边沿20-30cm。

所述生物耦合光催化装置内微孔曝气装置使待处理的废水处于流动状态，并提高反应器内溶解氧含量；反应器为圆筒形，直径0.7-1.0m，反应器高1.5-2.0m；

所述生物膜光催化载体下端固定在支架上，支架直径0.5-0.8m，载体数目15-25个，长度0.8-1.0m；生物膜光催化载体是纤维材料串联的聚氨酯海绵或泡沫，聚氨酯海绵或泡沫立方体结构，每侧边长为3-5cm，平均孔径为2-4mm，密度为0.8-1.5g·cm-3；纤维材料的材质选自聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯纤维中的一种或多种；

所述紫外光源由太阳能供电，灯管功率为200-400W。

更进一步的，所述聚氨酯海绵或泡沫外侧涂覆光催化响应剂，光催化响应剂选自二氧化钛、贵金属改性二氧化钛、二氧化钛-石墨烯复合物、类石墨烯相氮化碳复合物中一种或多种，所述催化响应剂与聚氨酯海绵或泡沫的质量比为1:1-1:3；在负载光催化响应剂后聚氨酯海绵或泡沫内采用活性污泥法接种微生物，并对微生物进行培养。

所述PLC控制系统监测有机物检测仪的数据，当测得的数值低于设定值时，PLC控制系统打开生物耦合光催化装置出水电磁阀门，待反应器中废水排放完后，关闭出水电磁阀门，打开生物耦合光催化装置进水电磁阀门和水泵进水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过砂滤装置去除有机废水中的悬浮物，为生物耦合光催化做预处理。生物耦合光催化装置直接耦合光催化氧化和生物降解技术，使其同步进行，与间接耦合方式相比降低了运行成本和处理难度，减少了设备占地面积和减少成本。同时采用太阳能发电系统对光催化光源进行供电，进一步降低了运行成本。PLC控制系统对系统工艺进行实时智能监控，保证运行的稳定性。

本发明提供的生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统及方法能够实现快速、高效地降解有机物，整套系统能稳定运行，能耗低，对实际生产应用有很好的借鉴意义。

附图说明

图1是一种生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统及方法的示意图。

附图标记说明：100-第一阀门；110-第一水泵；200-砂滤装置；210-滤布；300-第二阀门；310-第二水泵；400-反应器；410-喷淋式进水装置；420-紫外光源；430-空心石英管护罩；440-生物膜光催化载体；450-支架；460-微孔曝气装置；470-有机物监测仪；480-第三阀门；500-太阳能电池组件；510-蓄电池；600-PLC控制系统。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供一种生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统，打开第一阀门100和第一水泵110向系统进水，废水流经方向依次连通砂滤装置200和生物耦合光催化装置；其中，生物耦合光催化装置包括反应器400、紫外光源420、空心石英管护罩430、微孔曝气装置460、生物膜光催化载体440和支架450；反应器底部放置微孔曝气装置460，微孔曝气装置460上方安装支架450，生物膜光催化载体440下端固定在支架450上，反应器400中间固定空心石英管护罩430，护罩内放置紫外光源420。砂滤装置还包括滤料和滤布210，滤布防止滤料损失。

喷淋式进水装置410和砂滤装置相连，废水经过砂滤过滤后以喷淋方式进入生物耦合光催化装置，提高有机物被氧化程度；有机物检测仪470检测生物耦合光催化装置出口处水中有机物含量；PLC控制系统600监测有机物检测仪的数据，控制电磁第二阀门300、第二水泵310和电磁第三阀门480的开关。太阳能发电系统包括太阳能电池组件500和蓄电池510；太阳能发电系统和紫外光源420相连，为光源提供电能。

有机废水流入砂滤装置200去除悬浮物；砂滤装置内下部滤料为直径2-3mm的石榴石滤料，上部滤料为直径0.5-1.5mm的石英砂滤料；砂滤处理后的废水进入生物耦合光催化装置，进行有机物降解处理；砂滤出水喷淋进生物耦合光催化装置，喷淋头低于反应器400上边沿20-30cm；微孔曝气装置460使反应器内待处理的废水处于流动状态，并提高反应器内溶解氧含量；反应器为圆筒形，直径0.7-1.0m，反应器高1.5-2.0m；生物膜光催化载体440下端固定在支架450上，支架直径0.5-0.8m，载体数目15-25个，长度0.8-1.0m；载体是纤维材料串联的聚氨酯海绵或泡沫，聚氨酯海绵或泡沫立方体结构，每侧边长为3-5cm，平均孔径为2-4mm，密度为0.8-1.5g·cm^-3；纤维材料的材质包括聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯纤维中的一种或多种；聚氨酯海绵或泡沫外侧涂覆光催化响应剂，光催化响应剂是二氧化钛、贵金属改性二氧化钛、二氧化钛-石墨烯复合物、类石墨烯相氮化碳复合物中一种或多种，和聚氨酯海绵或泡沫的质量比为1:1-1:3，在负载光催化响应剂后聚氨酯海绵或泡沫内采用活性污泥法接种微生物，并对微生物进行培养；即将负载光催化响应剂后的载体浸泡在污水处理厂A2/O工艺好氧段活性污泥中并曝气24h，之后将其放入全混合式连续流装置中进行培养，温度20-25摄氏度，进水流量为20-30mL/min，曝气量为0.5-5L/min，溶解氧控制在7-12mg/L，培养时间7-10d。培养液中C:N:P约为150:5:1。紫外光源420由太阳能供电，灯管功率为200-400W；PLC控制系统600监测有机物检测仪470的数据，当测得的数值低于设定值时，PLC控制系统打开电磁阀门480，待反应器中废水排放完后，关闭电磁阀门480，打开电磁阀门300和水泵310。

实施例1，一种生物耦合光催化同步处理难降解抗生素有机废水的系统及方法，有机废水浊度200NTU，浓度25mg/L，砂滤装置降低浊度至2NTU，在紫外灯光照时间10h，温度25摄氏度，微孔曝气3L/min的情况下，有机物降解去除率达到98％。

实施例2，一种生物耦合光催化同步处理难降解苯酚有机废水的系统及方法，有机废水浊度100NTU，浓度50mg/L，砂滤装置降低浊度至1NTU，在紫外灯光照时间14h，温度15摄氏度，微孔曝气6L/min的情况下，有机物降解去除率达到99％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统，其特征在于：包括沿废水流经方向依次连通的砂滤装置和生物耦合光催化装置；

其中，生物耦合光催化装置包括反应器、紫外光源、空心石英管护罩、微孔曝气装置、生物膜光催化载体和支架；反应器底部放置微孔曝气装置，微孔曝气装置上方安装支架，生物膜光催化载体下端固定在支架上，反应器中间固定空心石英管护罩，护罩内放置紫外光源；

砂滤装置包括滤料和滤布，滤布防止滤料损失。

2.根据权利要求1所述的生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统，其特征在于：

还包括喷淋式进水装置、有机物监测仪、PLC控制系统和太阳能发电系统；

所述喷淋式进水装置和砂滤装置相连，废水经过砂滤过滤后以喷淋方式进入生物耦合光催化装置，提高有机物被氧化程度；

所述有机物检测仪检测生物耦合光催化装置出口处水中有机物含量；PLC控制系统监测有机物检测仪的数据，以及控制生物耦合光催化装置进水电磁阀门、水泵和出水电磁阀门的开关；

所述太阳能发电系统包括太阳能电池组件和蓄电池，太阳能发电系统和紫外光源相连，为光源提供电能。

3.根据权利要求1所述的生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统，其特征在于：

有机废水流入砂滤装置，进行砂滤处理去除悬浮物；砂滤装置内下部滤料为直径2-3mm的石榴石滤料，上部滤料为直径0.5-1.5mm的石英砂滤料；砂滤处理后的废水进入生物耦合光催化装置，进行有机物降解处理；

所述砂滤出水喷淋进生物耦合光催化装置，喷淋头低于反应器上边沿20-30cm。

4.根据权利要求1所述的生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统，其特征在于：

所述生物耦合光催化装置内微孔曝气装置使待处理的废水处于流动状态，并提高反应器内溶解氧含量；反应器为圆筒形，直径0.7-1.0m，反应器高1.5-2.0m；

所述生物膜光催化载体下端固定在支架上，支架直径0.5-0.8m，载体数目15-25个，长度0.8-1.0m；生物膜光催化载体是纤维材料串联的聚氨酯海绵或泡沫，聚氨酯海绵或泡沫立方体结构，每侧边长为3-5cm，平均孔径为2-4mm，密度为0.8-1.5g·cm-3；纤维材料的材质选自聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯纤维中的一种或多种；

所述紫外光源由太阳能供电，灯管功率为200-400W。

5.根据权利要求4所述的生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统，其特征在于：

所述聚氨酯海绵或泡沫外侧涂覆光催化响应剂，光催化响应剂选自二氧化钛、贵金属改性二氧化钛、二氧化钛-石墨烯复合物、类石墨烯相氮化碳复合物中一种或多种，所述催化响应剂与聚氨酯海绵或泡沫的质量比为1:1-1:3；在负载光催化响应剂后聚氨酯海绵或泡沫内采用活性污泥法接种微生物，并对微生物进行培养。

6.根据权利要求1所述的生物耦合光催化同步处理难降解有机废水的系统，其特征在于：

所述PLC控制系统监测有机物检测仪的数据，当测得的数值低于设定值时，PLC控制系统打开生物耦合光催化装置出水电磁阀门，待反应器中废水排放完后，关闭出水电磁阀门，打开生物耦合光催化装置进水电磁阀门和水泵进水。