一种光催化耦合微生物过滤一体化工艺处理含酚废水的方法与流程

本发明涉及光催化领域，一种光催化耦合微生物过滤一体化工艺的应用。

背景技术：

本发明首次将光催化剂耦合微生物负载到玻璃纤维布来提高光催化率，循环利用率和过滤能力。含酚废水的防治引起世界各国的普遍重视。纳米tio2颗粒较小,制备时易团聚、使用时又易流失,难以分离回收和循环使用,并且在处理低浓度有机污染物时因周围有机物浓度小而导致光催化效率低,严重制约着纳米tio2光催化剂的产业化和商业化。微生物可以对废水中的酚类物质进行吸附，由于体系中微生物的存在，在废水中有足够溶解氧的条件下，微生物分解吸收酚类物质，经过一段时间后会使废水得到净化，再结合光催化实现了对污水更进一步的去污。玻璃纤维布是一种性质优良的无机非金属材料，因其良好的透光性,耐高温、耐腐蚀,并起到过滤的作用，是更为理想的光催化剂载体。光催化氧化与生物组合技术处理有机废水是近年来研究的热点。但如何将催化剂和微生物同时牢固的负载到载体表面来提高光催化和过滤是该领域的难点，并且研究甚少。因此在处理含酚废水时，制备一种具有较高催化活性的催化剂来耦合微生物并利用载体提高其光催化率，循环利用率和过滤能力有着非常广阔的应用前景。

技术实现要素：

本发明是要解决传统工艺光催化性能差、含酚废水中含有悬浮物难以同时处理等问题。

一种光催化耦合微生物过滤一体化工艺处理含酚废水的方法，其特征在于，所述方法如下步骤：

一、光催化剂的负载：裁剪10×10cm²面积的玻璃纤维布经过清洗预处理后,浸入磷酸铝液体中，而后将浸过胶的玻璃布浸入由酒精分散的光催化剂悬浆体中，在浆体中浸渍10~15min后取出，放入烘箱于50~100℃烘干，而后放入马弗炉于450~550℃下保温2h，得到负载光催化剂一次的玻璃纤维布；根据实际要求重复本步骤，得到负载光催化剂不同次数的玻璃纤维布；

二、微生物的接种：将步骤一得到的玻璃纤维布置于活性污泥中，在水温为15~20℃，曝气量为1~3mg·l^-1，hrt为24h的条件下进行间歇式曝气7~14d，内部出现黑色污泥，得到负载光催化剂与微生物的玻璃纤维布；

三、污染物的降解：将步骤二得到的玻璃纤维布置于含有苯酚和ss的废水中，苯酚的浓度为5~15mg/l，ss的浓度为5~10mg/l，在光源下照射0.5~1.5h并持续搅拌，得到处理后溶液。

本发明的有益效果主要体现在：

1.本发明使用的磷酸铝粘剂耐温较高,使用温度可达700℃,膨胀系数小,使用方便,有较高的粘结强度并具有良好的耐光氧化能力，防止催化剂在可见光的照射下脱落；

2.本发明使用的玻璃纤维布作为载体是一种优良的无机非金属材料，具有电绝缘,耐酸碱,抗腐蚀,透光性能好等优点，增大了光催化剂的比表面积，放置于污水中还可以起到过滤的作用并易于回收；

3.本发明制备的黑色二氧化钛光催化剂，其在人眼中呈现黑色，主要是因为其光学带隙比较窄，能够吸收大部分可见光，大大提高了光催化活性。

附图说明

图1为所制备的黑色二氧化钛光催化剂耦合微生物负载到玻璃纤维布上的实物图。

图2为所制备的黑色二氧化钛光催化剂耦合微生物负载到玻璃纤维布上的扫描电镜图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种光催化耦合微生物过滤一体化工艺处理含酚废水的方法按以下步骤进行：

一、光催化剂的负载：裁剪10×10cm²面积的玻璃纤维布经过清洗预处理后,浸入磷酸铝液体中，而后将浸过胶的玻璃布浸入由酒精分散的光催化剂悬浆体中，在浆体中浸渍10~15min后取出，放入烘箱于50~100℃烘干，而后放入马弗炉于450~550℃下保温2h，得到负载光催化剂一次的玻璃纤维布；根据实际要求重复本步骤，得到负载光催化剂不同次数的玻璃纤维布；

二、微生物的接种：将步骤一得到的玻璃纤维布置于活性污泥中，在水温为15~20℃，曝气量为1~3mg·l^-1，hrt为24h的条件下进行间歇式曝气7~14d，内部出现黑色污泥，取出后将污泥除掉可看到表面及其内部为白色的大面积的膜，得到负载光催化剂与微生物的玻璃纤维布；

三、污染物的降解：将步骤二得到的玻璃纤维布置于含有苯酚和ss的废水中，苯酚的浓度为5~15mg/l，ss的浓度为5~10mg/l，在光源下照射0.5~1.5h并持续搅拌，得到处理后溶液。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的光催化剂粉末为黑色二氧化钛。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的粘结剂为磷酸铝。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述的黑色二氧化钛光催化剂制备方法，按以下步骤进行：将3g二氧化钛与6.8g硼氢化钠混合后研磨30min，放于通氩气的管式炉中，并以3~5℃/min的升温速度从室温升高至400℃，保温7h，冷却至室温得到黑色粉末，加水稀释，然后使用真空泵抽滤取沉淀物，将沉淀物放入烘箱干燥后得到黑色二氧化钛可见光催化剂。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中所述的光催化剂浆体的浓度为2g/l。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中所述的玻璃纤维布的处理方法为：称取50g氢氧化钠溶入450ml蒸馏水中完全溶解，得到质量比为10％的氢氧化钠溶液作为洗液；剪一块10×10cm²的玻璃纤维布浸入洗液中，80℃水浴条件下浸泡30分钟，然后再将布取出浸泡在清水10分钟，得到表面十分清洁的玻璃纤维布。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中所述的负载次数为6次。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中所述的活性污泥是从哈尔滨市呼兰区污水处理有限公司的cass工艺槽中选取。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中所述的表面及其内部的白色的膜，主要为排出黑色污泥后附着在表面上厚度为0.5~1mm的微生物膜。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中所述的光源为可见光或紫外光。其它与具体实施方式一至九之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤三中所述的照射时间为1.5h。其它与具体实施方式一至十之一相同。

通过以下试验验证本发明的有益效果。

试验一、一种光催化耦合过滤一体化工艺处理含酚废水的方法按以下步骤进行：

一、光催化剂的负载：裁剪10×10cm²面积的玻璃纤维布经过清洗预处理后,浸入磷酸铝液体中，而后将浸过胶的玻璃布浸入由酒精分散的光催化剂悬浆体中，在浆体中浸渍10~15min后取出，放入烘箱于50~100℃烘干，而后放入马弗炉于450~550℃下保温2h，得到负载光催化剂一次的玻璃纤维布；根据实际要求重复本步骤，得到负载光催化剂六次的玻璃纤维布；

二、污染物的降解：将步骤二得到的2.98g玻璃纤维布置于50ml含有苯酚和ss的废水中，苯酚的浓度为15mg/l，ss的浓度为10mg/l，在可见光下照射1.5h并持续搅拌，得到处理后溶液。

玻璃纤维布的处理方法为：称取50g氢氧化钠溶入450ml蒸馏水中完全溶解，得到质量比为10％的氢氧化钠溶液作为洗液；剪一块10×10cm²的玻璃纤维布浸入洗液中，80℃水浴条件下浸泡30分钟，然后再将布取出浸泡在清水10分钟，得到表面十分清洁的玻璃纤维布。

黑色二氧化钛光催化剂的制备方法，按以下步骤进行：将3g二氧化钛与6.8g硼氢化钠混合后研磨30min，放于通氩气的管式炉中，并以3~5℃/min的升温速度从室温升高至400℃，保温7h，冷却至室温得到黑色粉末，加水稀释，然后使用真空泵抽滤取沉淀物，将沉淀物放入烘箱干燥后得到黑色二氧化钛可见光催化剂。

测定处理后溶液中苯酚浓度为1.051mg/l，去除率达93%；测定处理后溶液中ss浓度为4.244mg/l，去除率达58%。

试验二、一种光催化耦合微生物过滤一体化工艺处理含酚废水的方法按以下步骤进行：

一、光催化剂的负载：裁剪10×10cm²面积的玻璃纤维布经过清洗预处理后,浸入磷酸铝液体中，而后将浸过胶的玻璃布浸入由酒精分散的光催化剂悬浆体中，在浆体中浸渍10~15min后取出，放入烘箱于50~100℃烘干，而后放入马弗炉于450~550℃下保温2h，得到负载光催化剂一次的玻璃纤维布；根据实际要求重复本步骤，得到负载光催化剂6次的玻璃纤维布；

二、微生物的接种：将步骤一得到的玻璃纤维布置于活性污泥中，在水温为15~20℃，曝气量为1~3mg·l^-1，hrt为24h的条件下进行间歇式曝气7~14d，内部出现黑色污泥，取出后将污泥除掉可看到表面及其内部为白色的大面积的膜，得到负载光催化剂与微生物的玻璃纤维布；

三、污染物的降解：将步骤二得到的玻璃纤维布置于含有苯酚和ss的废水中，苯酚的浓度为15mg/l，ss的浓度为10mg/l，在可见光下照射1.5h并持续搅拌，得到处理后溶液。

玻璃纤维布的处理方法为：称取50g氢氧化钠溶450ml蒸馏水中完全溶解，得到质量比为10％的氢氧化钠溶液作为洗液。剪一块10×10cm²的玻璃纤维布浸入洗液中，80℃水浴条件下浸泡30分钟，然后再将布取出浸泡在清水10分钟，得到表面十分清洁的玻璃纤维布。

黑色二氧化钛光催化剂的制备方法，按以下步骤进行：将3g二氧化钛与6.8g硼氢化钠混合后研磨30min，放于通氩气的管式炉中，并以3~5℃/min的升温速度从室温升高至400℃，保温7h，冷却至室温得到黑色粉末，加水稀释，然后使用真空泵抽滤取沉淀物，将沉淀物放入烘箱干燥后得到黑色二氧化钛可见光催化剂。

测定处理后溶液中苯酚浓度为0.3mg/l，去除率达98%；测定处理后溶液中ss浓度为3.811mg/l，去除率达62%。

试验三、一种光催化耦合微生物过滤一体化工艺处理含酚废水的方法按以下步骤进行：

一、光催化剂的负载：裁剪10×10cm²面积的玻璃纤维布经过清洗预处理后,浸入磷酸铝液体中，而后将浸过胶的玻璃布浸入由酒精分散的光催化剂悬浆体中，在浆体中浸渍10~15min后取出，放入烘箱于50~100℃烘干，而后放入马弗炉于450~550℃下保温2h，得到负载光催化剂一次的玻璃纤维布；根据实际要求重复本步骤，得到负载光催化剂6次的玻璃纤维布；

二、微生物的接种：将步骤一得到的玻璃纤维布置于活性污泥中，在水温为15~20℃，曝气量为1~3mg·l^-1，hrt为24h的条件下进行间歇式曝气7~14d，内部出现黑色污泥，取出后将污泥除掉可看到表面及其内部为白色的大面积的膜，得到负载光催化剂与微生物的玻璃纤维布；

三、污染物的降解：将步骤二得到的玻璃纤维布置于含有苯酚和ss的废水中，苯酚的浓度为15mg/l，ss的浓度为10mg/l，在紫外光下照射1.5h并持续搅拌，得到处理后溶液。

玻璃纤维布的处理方法为：称取50g氢氧化钠溶入450ml蒸馏水中完全溶解，得到质量比为10％的氢氧化钠溶液作为洗液；剪一块10×10cm2的玻璃纤维布浸入洗液中，80℃水浴条件下浸泡30分钟，然后再将布取出浸泡在清水10分钟，得到表面十分清洁的玻璃纤维布。

黑色二氧化钛光催化剂的制备方法，按以下步骤进行：将3g二氧化钛与6.8g硼氢化钠混合后研磨30min，放于通氩气的管式炉中，并以3~5℃/min的升温速度从室温升高至400℃，保温7h，冷却至室温得到黑色粉末，加水稀释，然后使用真空泵抽滤取沉淀物，将沉淀物放入烘箱干燥后得到黑色二氧化钛可见光催化剂。

测定处理后溶液中苯酚浓度为0.125mg/l，去除率达99%；测定处理后溶液中ss浓度为3.155mg/l，去除率达68%。