专利名称：：一种光催化与生物联用的饮用水处理方法
技术领域：
：本发明涉及一种水处理方法。
背景技术：
：光催化法是一种很有发展前景的水处理新技术，由于其可以利用太阳光或者紫外光对多种污染物有明显的降解效果，因而具有广阔的应用前景。光催化技术用半导体材料作为催化剂，当能量相当于半导体禁带宽度的光照射到催化剂表面时，就会激发半导体内的电子从价带跃迁至导带，形成具有很强活性的电子-空穴对，并进一步诱导一系列氧化还原反应的进行，从而达到去除污染物质的目的，但是，目前光催化技术水处理方法的成本高，且光催化方法对于水中的氨氮去除效果差。生物法作为一种经济合理、有效的水污染控制手段，在水处理方面发挥着重要的作用，尤其对饮用水中的氨氮的去除效果明显，但对于一些可生化性较低的污染物处理效果有限，并且采用生物法处理饮用水，会出现出水微生物指标超标的问题。
发明内容本发明为了解决光催化水处理方法成本高、氨氮去除效果差的问题以及生物法水处理效率低、出水微生物指标超标的问题，而提供一种光催化与生物联用的饮用水处理方法。本发明的光催化与生物联用的饮用水处理方法按以下步骤进行一、原水用水泵压入到光催化反应器中，然后将光催化剂加入光催化反应器中均匀混合，控制光催化反应器pH值为212，水力停留时间为10min480min，光源强度为0.120mW/cm2，然后经光催化反应器的膜组件过滤，其中，光催化剂的加入量是向每升光催化反应器的容积中投入0.1~5g的光催化剂；二、光催化反应器的出水进入生物滤池中，经过滤料过滤，控制生物滤池滤速为l~20m/h;三、将步骤二的出水从上部回流到光催化反应器中进行光催化杀菌，控制水力停留时间为5min480min，然后经过光催化反应器的上部膜组件过滤抽吸出水，即实现了原水的处理。本发明的方法将光催化技术和生物技术进行耦合，先将原水在光催化反应器中进行光催化降解，利用光催化氧化反应提高目标物的可生化性，再将可生化性高的出水放入生物滤池中进行生物处理，有利于生物处理工艺的进行，提高了生物处理的效率。在地表水中高氨氮的问题日益严重，但是光催化技术对水中氨氮的去除效果差，而生物处理技术对水中氨氮的去除效果很好，所以，生物处理技术作为光催化技术的后续处理工艺，除了能够更好地处理污水中的有机物，还能够处理污水中的氨氮，进一步提高了水处理的效率。生物处理后的出水进入到光催化反应器中，有效地利用了光催化反应器中光催化技术杀菌的功能，解决了生物处理后的水微生物指标超标的问题。本发明的方法与光催化水处理法相比较，光催化技术不能有效去除水中的氨氮，而本发明的方法处理水中的氨氮去除率为95%以上，对水中的氨氮去除效果好；本发明的方法与单独的光催化水处理法和单独的生物水处理法相比较水中UV2M的去除率达到90%以上，TOC的去除率达到80%以上，水处理效率高。本发明经过生物处理后，回流至光催化反应器中通过光催化技术进行灭菌，有效去除细菌等微生物，使处理后的生活饮用水符合生活饮用水卫生标准。本发明的生物处理作为光催化氧化工艺的后续处理单元能够减轻光催化降解反应的负荷，进而减小光催化氧化工艺的水力停留时间，减少了催化反应时间，降低了水处理的成本，提高了处理效率。图1根据具体实施方式十二光催化膜分离反应器与生物滤池相结合的装置图，其中1为光催化反应器，2为生物滤池，3为光催化反应器光源，4为光催化剂，5为光催化反应器底部膜组件，6为生物滤料，7光催化反应器顶部膜组件，箭头方向为水流动的方向。具体实施例方式具体实施方式一本实施方式光催化与生物联用的饮用水处理方法按以下步骤进行一、用水泵将原水压入到光催化反应器中，然后将光催化剂加入光催化反应器中均匀混合，控制光催化反应器pH值为2~12，水力停留时间为10min480min，光源强度为0.1~20mW/cm2，其中，光催化剂的加入量为每升光催化反应器容积中投入0.15g的光催化剂；二、光催化处理后的原水经过光催化反应器的下部膜组件过滤进入生物滤池中进行生物处理，控制生物滤池滤速为l~20m/h，经过生物滤池滤料过滤后出水；三、将步骤二的出水从上部回流到光催化反应器中进行光催化杀菌，控制水力停留时间为5min480min，然后经过光催化反应器的上部膜组件过滤抽吸出水，即实现了原水的处理。本实施方式模拟地表水为原水，原水为腐殖酸和NH4Cl配水，原水水质UV254为0.23cm"，TOC为7.5mg/L，氨氮为5mg/L。经本实施方式处理后UV254去除率达到90%以上，TOC去除率达到80。/。以上，氨氮去除率达到94%以上，微生物去除率达到97%以上。具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中光催化反应器pH值为410。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中光催化反应器水力停留时间为15min360min。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中的光催化剂是Ti02粉。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中每升反应器的容积中加入0.2~4g的光催化剂。其它步骤及参数与具体实施方式一、二或四相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中光源采用紫外光源，光源强度为118mW/cm2。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中的膜为微滤膜、超滤膜或者纳滤膜。其它步骤及参数与具体实施方式一、二、四或六相同。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中滤料为活性炭、陶粒、石英砂、沸石、塑料填料或纤维球。其它步骤及参数与具体实施方式七相同。具体实施方式九本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中生物滤池的滤速为218m/h。其它步骤及参数与具体实施方式一、二、四、六或八相同。具体实施方式十本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中光催化反应器的膜组件为微滤膜、超滤膜或者纳滤膜。其它步骤及参数与具体实施方式九相同。具体实施方式十一本实施方式光催化与生物联用的饮用水处理方法按以下步骤进行一、用水泵将原水压入到光催化反应器中，然后将光催化剂加入光催化反应器中均匀混合，控制光催化反应器pH值为7，水力停留时间为15min，光源强度为1.5mW/cm2;其中，光催化剂的加入量为每升光催化反应器容积中投入1.5g的光催化剂；二、光催化处理后的原水经过光催化反应器的下部膜组件过滤进入生物滤池中进行生物处理，控制生物滤池滤速为3m/h，经过生物滤池滤料过滤后出水；三、将步骤二的出水从上部回流到光催化反应器中进行光催化杀菌，控制水力停留时间为15min，然后经过光催化反应器的上部膜组件过滤抽吸出水，即实现了原水的处理。本实施方式模拟地表水为原水，原水为腐殖酸和NH4C1配水，原水水质UV254为0.23cm'，，TOC为7.5mg/L，氨氮为5mg/L。经本实施方式处理后UV254去除率为97%，TOC去除率为8815/。，氨氮去除率为98%。具体实施方式十一结合图1说明本实施方式光催化与生物联用的饮用水处理方法按以下步骤进行一、用水泵将原水压入到光催化反应器l中，然后将光催化剂4加入光催化反应器中均匀混合，控制光催化反应器1pH值为7，水力停留时间为18min，光源3强度为1.6mW/cm2，其中，光催化剂的加入量为每升光催化反应器容积中投入2g的光催化剂；二、光催化处理后的原水经过光催化反应器的下部膜5组件过滤进入生物滤池2中进行生物处理，控制生物滤池2滤速为2.5m/h，经生物滤池滤料6过滤后出水；三、将步骤二的出水从上部回流到光催化反应器1中，在光源3下，水力停留时间为30min的条件下进行杀菌，然后经过光催化反应器l的上部膜组件7过滤抽吸出水，即实现了原水的处理。本实施方式步骤一中原水从下部进入光催化反应器中，然后经过光催化作用，经光催化反应器下部的膜组件过滤后的出水进入到生物滤池中。本实施方式步骤二中经过生物处理后的出水从上部全部回流至步骤一中的光催化反应器中进行灭菌。本实施方式模拟地表水为原水，原水为腐殖酸和NH4C1配水，原水水质UV254为0.23cm"，TOC为7.5mg/L，氨氮为5mg/L。经本实施方式处理后UV254去除率为96%，TOC去除率为87y。，氨氮去除率为99%。在光催化水处理工艺相同的情况下，本发明的光催化与生物联用的饮用水处理方法与光催化水处理方法进行对比试验。第一组为本发明的光催化与生物联用的饮用水处理方法，在光催化反应器中pH值为7，水力停留时间15min，每升反应器中Ti02的投入量为lg，光源采用紫外光，波长为254nm，紫外灯功率为40W，光源强度为ImW/cm2;生物滤池中滤料为沸石，生物滤池滤速为2m/h，在光催化反应器中进行杀光催化菌，灭菌条件为水力停留时间15min;第二组单独采用光催化水处理技术，pH值为7，水处理时间15min，每升反应器中Ti02的投入量为lg，光源采用紫外光，波长为254nm，紫外灯功率为40W，光源强度为ImW/cm2;这两组的对比试验结果如表1所示，从表1中的数据可以看出本发明方法处理后原水的UV254去除率为97%，TOC去除率为86%，氨氮去除率为98%，本发明方法对于原水的处理效果好，大大提高了对有机物和氨氮的去除效果，提高了污水处理的效率。表l^^^^^^检测方^^^^指+-UV254去除率TOC去除率氨氮去除率光催化水处理技术29%24%0光催化与生物相结合的水处理技术97%85%98%在生物水处理技术工艺相同的情况下，本发明的光催化与生物联用的饮用水处理方法与生物水处理方法进行对比试验，其中第一组是本发明的光催化与生物联用的饮用水处理方法，在光催化反应器中pH值为7，水力停留时间15min，每升反应器中Ti02的投入量为lg，光源采用紫外光，波长为254nm，紫外灯功率为40W，光源强度为ImW/cm2;生物滤池中滤料为沸石，生物滤池滤速为2m/h，在光催化反应器中进行光催化杀菌，灭菌条件为水力停留时间15min;第二组是生物水处理方法，生物滤池中滤料为沸石，生物滤池滤速为2m/h;这两组试验的结果如表2所示，从表2中的数据可以看出本发明方法处理后原水的UV254去除率为97%，TOC去除率为85%，氨氮去除率为98%，微生物去除率为98%，本发明的方法与生物水处理技术相比提高了对有机物的处理效率高，且本发明通过光催化技术进行灭菌，有效去除细菌等微生物，解决了生物处理后的水微生物指标超标的问题。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本发明的光催化与生物联用的饮用水处理方法与光催化水处理方法进行对比试验，其中第一组本发明的光催化与生物联用的饮用水处理方法，在光催化反应器中pH值为7，水力停留时间15min,每升反应器中Ti02的投入量为lg，光源采用紫外光，波长为254nm，紫外灯功率为40W，光源强度为lmW/cm2;生物滤池中滤料为沸石，生物滤池滤速为2m/h，在光催化反应器中进行光催化杀菌，灭菌条件为水力停留时间15min;第二组光催化水处理方法，在光催化反应器中pH值为7，水力停留时间75min，每升反应器中Ti02的投入量为lg，光源采用紫外光，波长为254nm，紫外灯功率为40W，光强为lmW/cm2;对比试验结果如表3所示，从表3中的数据可以看出本发明方法处理后原水的UV254去除率为98%，TOC去除率为87%，氨氮去除率为98%，本发明的光催化与生物处理的水处理方法效果好，水处理的效率高，而且本发明的生物处理作为光催化氧化工艺的后续处理单元，能够减少光催化降解反应的负荷，进而减小光催化氧化工艺的水力停留时间，减少了催化反应时间，降低了水处理的成本，同时还提高对有机物和氨氮的去除效果。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求1、一种光催化与生物联用的饮用水处理方法，其特征在于光催化与生物联用的饮用水处理方法按以下步骤进行一、用水泵将原水压入到光催化反应器中，然后将光催化剂加入光催化反应器中均匀混合，控制光催化反应器pH值为2～12，水力停留时间为10min～480min，光源强度为0.1～20mW/cm2，其中，光催化剂的加入量为每升光催化反应器容积中投入0.1～5g的光催化剂；二、光催化处理后的原水经过光催化反应器的下部膜组件过滤进入生物滤池中进行生物处理，控制生物滤池滤速为1～20m/h，经过生物滤池滤料过滤后出水；三、将步骤二的出水从上部回流到光催化反应器中进行光催化杀菌，控制水力停留时间为5min～480min，然后经过光催化反应器的上部膜组件过滤抽吸出水，即实现了原水的处理。2、根据权利要求1所述的一种光催化与生物联用的饮用水处理方法，其特征在于步骤一中光催化反应器pH值为4~10。3、根据权利要求1或2所述的一种光催化与生物联用的饮用水处理方法，其特征在于步骤一中光催化反应器水力停留时间为15min360min。4、根据权利要求3所述的一种光催化与生物联用的饮用水处理方法，其特征在于步骤一中的光催化剂是Ti02粉。5、根据权利要求1、2或4所述的一种光催化与生物联用的饮用水处理方法，其特征在于步骤一中每升光催化反应器的容积中投入0.2~4g的光催化剂。6、根据权利要求5所述的一种光催化与生物联用的饮用水处理方法，其特征在于步骤一中光源采用紫外光源，光源强度为l~18mW/cm2。7、根据权利要求l、2、4或6所述的一种光催化与生物联用的饮用水处理方法，其特征在于步骤一中光催化反应器的下部膜组件为微滤膜、超滤膜或者纳滤膜。8、根据权利要求7所述的一种光催化与生物联用的饮用水处理方法，其特征在于步骤二中滤料为活性炭、陶粒、石英砂、沸石、塑料填料或纤维球。9、根据权利要求l、2、4、6或8所述的一种光催化与生物联用的饮用水处理方法，其特征在于步骤二中生物滤池滤速为218m/h。10、根据权利要求9所述的一种光催化与生物联用的饮用水处理方法，其特征在于步骤三中光催化反应器的上部膜组件为微滤膜、超滤膜或者纳滤膜。全文摘要一种光催化与生物联用的饮用水处理方法，它涉及一种水处理方法。本发明解决了光催化法水处理方法成本高、降解难生物降解有机物效率低、氨氮去除效果差问题以及生物法处理后水中微生物超标的问题。本发明的方法由以下步骤进行1.原水进入光催化反应器进行光催化反应处理；2.将步骤一处理后的水进行生物处理；3.生物处理后的出水回流至光催化反应器进行杀菌，即实现了原水的处理。本发明的光催化与生物相结合的水处理技术成本低、水处理效率高，经处理后水中微生物符合生活饮用水卫生标准，本发明方法适用于生活饮用水的处理。文档编号C02F3/34GK101439894SQ200810209848公开日2009年5月27日申请日期2008年12月30日优先权日2008年12月30日发明者严晓菊,于水利,安延涛,李力争申请人:哈尔滨工业大学