申请日2013.11.11
公开(公告)日2014.02.05
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30; C02F3/34; C02F1/72
摘要
一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法，它涉及一种处理废水的方法。本发明要解决现有光催化法催化降解废水中有机物的能力差、反应效率低、难以处理污染物浓度高的废水、光催化剂回收困难以及生物法降解废水中有机物效率低的问题。本发明的方法是按以下步骤进行：一、选择载体;二、载体附着物的制备：a、负载二氧化钛载体的制备，b、接种微生物，c、培养微生物，d、驯化微生物;三、待处理废水的处理。本发明降解有机物的能力提升了10倍、反应效率比光催化法提高了20倍、可以处理量大且污染物浓度高达10g/L的废水且光催化剂二氧化钛负载在载体上易于回收和重复利用。本发明应用于水处理领域。
权利要求书
1.一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法，其特征在于一种光催化耦合微生 物法一体化处理废水的方法，是按以下步骤进行的：
一、选择载体：
选取泡沫塑料为载体;
二、载体附着物的制备：
a、负载二氧化钛载体的制备：按质量份数称取10～30份的聚乙二醇和1～3份的P25型 二氧化钛，在70℃～90℃的条件下将称取的聚乙二醇和P25型二氧化钛超声混合 10min～60min，得到混合液A，将步骤一选取的载体放入混合液A中，在70℃～90℃的条件 下超声10min～60min，将载体取出，在40℃～60℃的条件下干燥24h～48h，得到负载二氧化 钛的载体，将负载二氧化钛的载体记为载体A;其中所述的步骤一选取的载体与混合液A 的体积比为1：(3～5);
b、接种微生物：将活性污泥放入到反应器中，再将步骤a中得到的载体A投加到反应 器中，在温度为20℃～25℃、曝气量为1L/min～6L/min、水力停留时间为18h～30h的条件 下，以间歇式进水方式引入污水处理厂的废水5d～15d后，得到的载体A内表面附着微生 物;其中载体A与反应器的体积比为(0.2～0.4)：1;
c、培养微生物：向步骤a所述的反应器中加入培养液，在温度为20℃～25℃、曝气量 为1L/min～6L/min、水力停留时间为18h～30h的条件下培养步骤b得到的在载体A内表面 附着的微生物5d～10d后，排除反应器内全部活性污泥，得到载体A内表面附着厚度为 0.5mm～1mm的微生物;
其中，所述的培养液是每1L培养液中含有1份～3份质量份数硫酸铵、5份～15份质量 份数磷酸二氢钾、5份～15份质量份数磷酸氢二钠、5份～15份质量份数硫酸镁、1份～2份 质量份数硫酸钙、30份～60份质量份数蛋白胨和50份～100份质量份数葡萄糖;
d、驯化微生物：在温度为20℃～25℃、曝气量为1L/min～6L/min、水力停留时间为 18h～30h的条件下，对步骤c中得到处于反应器中的载体A内表面附着厚度为0.5mm～1mm 的微生物进行梯度驯化，驯化时间为1～4周，得到内表面附着有驯化微生物的载体A;
其中，所述的梯度驯化是指：按水中污染物的质量浓度由低到高的顺序进行驯化，在 后的水中污染物的质量浓度为其在前的水中污染物的质量浓度的1.1～2倍;
三、待处理废水的处理：
在光催化光源的光照时间为2h～8h、步骤c所述的反应器中二氧化钛质量与反应器中 污水体积比为(80mg～150mg)：1L、温度为8℃～25℃、水力停留时间为2h～12h、曝气浓 度为1L/min～6L/min的条件下，采用间歇式进水方式或连续式进水方式将待处理的污水引 入到步骤c所述的反应器中，进行废水处理，其中所述的待处理污水的pH为5～9。
2.根据权利要求1所述的一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法，其特征在 于步骤一中所述的载体是以聚氨酯、聚乙烯、吡咯烷酮或聚丙烯为材料的泡沫塑料，所述 的载体为立方体形状，所述立方体的边长为10mm～20mm，孔径为1mm～2mm，密度为0.8 g/cm3～1.5g/cm3，孔隙率为80%～95%。
3.根据权利要求1所述的一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法，其特征 在于步骤二中步骤a所述的在80℃的条件下将称取的聚乙二醇和P25型二氧化钛超声混合 20min～40min，得到混合液A，将步骤一中选取的载体放入混合液A中，在80℃的条件下 超声20min～40min。
4.根据权利要求1所述的一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法，其特征 在于步骤二中步骤a所述的干燥在烘干箱或真空干燥箱进行，其中，真空干燥箱进行干燥 的真空度为：120Pa～150Pa。
5.根据权利要求1所述的一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法，其特征 在于步骤二中步骤b所述在温度为20℃～25℃、曝气量为2L/min～4L/min、水力停留时间 为18h～30h的条件下，以间歇式进水方式引入污水处理厂的废水8d～12d。
6.根据权利要求1所述的一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法，其特征 在于步骤二中步骤c所述在温度为20℃～25℃、曝气量为2L/min～4L/min、水力停留时间为 18h～30h的条件下培养微生物6d～8d。
7.根据权利要求1所述的一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法，其特征 在于步骤二中步骤d所述的驯化时间为2～3周。
8.根据权利要求1所述的一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法，其特征 在于步骤三所述的光催化光源为汞灯、紫外灯或可见光，光照时间为2h～4h。
9.根据权利要求1所述的一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法，其特征 在于步骤三所述的反应器中二氧化钛质量与反应器中污水体积比为(100mg～130mg)：1L、 温度为10℃～20℃、水力停留时间为4h～8h、曝气浓度为2L/min～4L/min。
10.根据权利要求1所述的一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法，其特征 在于步骤三所述的待处理污水的pH为6～8。
说明书
一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法
技术领域
本发明涉及一种处理废水的方法。
背景技术
随着工农业的迅速发展，水体污染成为国际社会共同面对的危机。水中的污染物，尤 其是一些难生物降解的有机污染物，种类多、危害大，在自然界中的积累转化必会严重影 响到人类的生存环境。由于这些有机污染物难以被生物降解，且对生化反应有抑制和毒害 作用，单纯生物处理无法使其得到降解，于是人们采用一些高级氧化技术对其进行处理。 高级氧化技术又称深度氧化技术，是20世纪80年代开始形成的处理难降解有机物污水的 技术。该技术运用光、电、氧化剂、催化剂等在反应中产生活性极强的羟基自由基，羟基 自由基可与污水中的有机化合物进行反应，从而将废水中难降解的有机物直接降解成为 CO2和H2O，达到排放标准。
生物法降解有机物的能力差异较大，推广受到一定限制;光催化法的反应效率低，难 以处理量大且污染物浓度大的废水;还有光催化剂的负载和分离回收问题。
发明内容
本发明目的是为了解决现有光催化法催化降解废水中有机物的能力差、反应效率低、 难以处理污染物浓度高的废水、光催化剂回收困难以及生物法降解废水中有机物效率低的 问题，而提供光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法。
本发明一种光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法，是按以下步骤进行的：
一、选择载体：
选取泡沫塑料为载体;
二、载体附着物的制备：
a、负载二氧化钛载体的制备：按质量份数称取10～30份的聚乙二醇和1～3份的P25 型二氧化钛，在70℃～90℃的条件下将称取的聚乙二醇和P25型二氧化钛超声混合 10min～60min，得到混合液A，将步骤一选取的载体放入混合液A中，在70℃～90℃的条 件下超声10min～60min，将载体取出，在40℃～60℃的条件下干燥24h～48h，得到负载二 氧化钛的载体，将负载二氧化钛的载体记为载体A;其中所述的步骤一选取的载体与混合 液A的体积比为1：(3～5);
b、接种微生物：将活性污泥放入到反应器中，再将步骤a中得到的载体A投加到反 应器中，在温度为20℃～25℃、曝气量为1L/min～6L/min、水力停留时间为18h～30h的 条件下，以间歇式进水方式引入污水处理厂的废水5d～15d后，得到的载体A内表面附着 微生物;其中载体A与反应器的体积比为(0.2～0.4)：1;
c、培养微生物：向步骤a所述的反应器中加入培养液，在温度为20℃～25℃、曝气 量为1L/min～6L/min、水力停留时间为18h～30h的条件下培养步骤b得到的在载体A内 表面附着的微生物5d～10d后，排除反应器内全部活性污泥，得到载体A内表面附着厚度 为0.5mm～1mm的微生物;
其中，所述的培养液是每1L培养液中含有1份～3份质量份数硫酸铵、5份～15份质 量份数磷酸二氢钾、5份～15份质量份数磷酸氢二钠、5份～15份质量份数硫酸镁、1份～2 份质量份数硫酸钙、30份～60份质量份数蛋白胨和50份～100份质量份数葡萄糖;
d、驯化微生物：在温度为20℃～25℃、曝气量为1L/min～6L/min、水力停留时间为 18h～30h的条件下，对步骤c中得到处于反应器中的载体A内表面附着厚度为0.5mm～1mm 的微生物进行梯度驯化，驯化时间为1～4周，得到内表面附着有驯化微生物的载体A;
其中，所述的梯度驯化是指：按水中污染物的质量浓度由低到高的顺序进行驯化，在 后的水中污染物的质量浓度为其在前的水中污染物的质量浓度的1.1～2倍;
三、待处理废水的处理：
在光催化光源的光照时间为2h～8h、步骤c所述的反应器中二氧化钛质量与反应器中 污水体积比为(80mg～150mg)：1L、温度为8℃～25℃、水力停留时间为2h～12h、曝气 浓度为1L/min～6L/min的条件下，采用间歇式进水方式或连续式进水方式将待处理的污水 引入到步骤c所述的反应器中，进行废水处理，其中所述的待处理污水的pH为5～9。
本发明是先用光催化法对废水进行预处理，使废水中难被微生物降解的有机物转变为 可被微生物降解物质，然后利用微生物进行生化处理，彻底除去废水中的污染物，本发明 光催化耦合微生物法一体化处理废水的方法可充分发挥光催化法处理废水和生物法处理 废水的优点，对废水处理更彻底，效率更高。
本发明的有益效果：
(1)采用传统生物法无法对废水中氨氮、氯和酚类进行降解，而本发明先用光催化 法对废水中氨氮、氯和酚类进行预处理，使废水中氨氮、氯和酚类转变为可被微生物降解 物质，然后利用微生物进行生化处理，彻底除去废水中的污染物。
(2)本发明采用将光催化法处理废水的方法和利用微生物处理废水的方法结合，与 现有光催化法催化降解废水的有机物能力相比提高5倍，与现有生物法相比，降解废水中 有机物的效率提升了10倍，本发明的反应效率比光催化法提高了20倍。
(3)采用光催化法不能处理污染物浓度较大的废水，而本发明可以处理量大且污染 物浓度高达10g/L的废水，与传统光催化法处理废水的方法相比，本发明可使废水完全矿 化。
(4)传统的光催化法处理废水时采用粉态二氧化钛作为光催化剂，在处理废水的整 个过程中粉态二氧化钛的损失严重，且粉态二氧化钛的回收困难，而本发明将光催化剂二 氧化钛负载在载体上，经过300d的实验发现二氧化钛没有脱落的现象，易于回收和重复 利用。
(5)本发明可以广泛用于湖泊、海洋、城市污水或工业废水等水处理领域。