一种耦合光催化和生物法处理低生化性废水的方法与流程

本发明属于水处理技术应用领域，具体涉及一种前置光催化反应耦合后置生物反应处理低生化性废水的方法。

背景技术：

1、低生化性废水一般指废水中含有大量的苯环、杂环、酚类等大分子有机物，难以被微生物直接利用，即5日生物需氧量（bod5）与化学需氧量（cod）的比值低于0.3。工业废水由于种类繁多，成分复杂，常含有大量难降解物质，仅通过常规的活性污泥法，难以实现达标排放。目前，对于此类废水通常在生物处理后进行高级氧化（芬顿、臭氧），从而去除难降解物质，实现达标排放。但通过加入化学氧化剂等手段会造成二次污染、运营成本高等问题。相比较于芬顿等高级氧化，光催化技术可以利用光能分解难降解有机物，不需要额外添加氧化剂，结合活性污泥法，降低污水处理成本。

2、将光催化技术与生物技术结合对低生化性废水的处理，已经成为水处理领域的热门研究方向之一。微生物适宜于生化性较好的废水处理，对难降解废水处理效率低；而光催化氧化性强，但是成本高。因此，在进行耦合中需要扬长避短才能达到最好的效果。专利(cn109748468 a)公布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，光源的选择为紫外光。然而紫外光只占太阳光中的小部分，且其对微生物具有一定的灭活作用，从而减弱微生物发挥的作用。此外在同步反应区域，催化剂的使用产生强氧化剂会对微生物产生毒害作用。虽然一体化装置可以减少占比面积，但是公布的专利在该装置前增加砂滤池并没有缓解占地面积的问题，其次砂滤池具有易堵塞，难清理，效果差等特点。且利用该方法的光照时间在10 h以上，一定程度上也增加了处理成本。因此，针对低生化性废水的处理方法还需要进一步改进从而充分发挥光催化氧化和生物法各自的优点，降低劣势。因此从选择合适的光源、控制光照时间、废水的生化性以及接种适宜的活性污泥等方面考虑发挥两种技术的各自特点，实现对低生化性废水的处理更高效，更经济。

3、本发明提供了一种低生化性废水处理的方法，通过一种前置光催化反应耦合后置生物反应实现废水的达标排放。该方法是通过光催化技术氧化废水中的难降解物质，通过较短的光照时间提高废水可生化性而非将有机物完全氧化，随后发挥微生物的代谢净化功能对难降解物质的去除。

技术实现思路

1、针对现有的耦合光催化技术与生物技术处理废水方法中的问题进行改进，结合上述背景技术，本发明提供了一种耦合光催化和生物法处理低生化性废水的方法。

2、本发明技术方案如下：

3、该方法包含光催化氧化和生物反应两个工段。待处理的低生化性废水采用下进上出浸没式通过programmable logic controller（plc）自控装置在进水泵作用下流入光催化反应器内，打开可见光灯源，废水中的有机物在光催化反应区被有机玻璃载片上的催化剂氧化，反应结束后其出水从顶部排出至储存桶；随后光催化处理后的废水从储存桶进入生物反应器，在plc的作用下通过空气泵进行曝气，曝气具有扰动作用，使生物反应区的活性污泥处于流化状态，促进微生物进行代谢去除污染物，然后进行污泥沉淀，上层澄清液排入出水桶。

4、所述的可见光灯源指的是金卤灯，其功率为100 w-300 w；可见光灯源距离光催化反应器距离为5~8 cm。

5、所述有机玻璃载片的尺寸依据光催化反应器内径进行调整，载玻片的宽为光催化反应器内径的1/3～1/2，载片的长宽比为2～3，载片的数量根据光催化反应器的高度而设置，是光催化反应器高度/载片高度的1.5-2倍。本发明通过载片的形式增加光照面积，提高光照效率。

6、所述的光催化剂指的是响应可见光型的光催化剂或复合型光催化剂，负载的光催化剂含量维持在400-600 mg/l。

7、附着光催化剂的有机玻璃载片的制备方法：将制备好的光催化剂和无水乙醇一同加入到容器内超声3~10分钟，使其均匀分散。然后将处理干净的有机玻璃载片浸渍在所述的容器中，之后将附着光催化剂的有机玻璃载片在50~60℃下烘干。然后重复上述操作三遍。

8、所述的光催化反应结束指的是废水在光催化反应区经过可见光照射20-40min后排出，短时间的光照提高废水的可生化性，避免有机物被完全矿化。

9、所述的活性污泥指的是取自处理难降解废水工艺中的活性污泥，在生物反应器内的浓度维持在3500～4500 mg/l。

10、所述的生物代谢采用序批式运行，光催化技术处理后的废水在生物反应区经过活性污泥中微生物作用4-6 h后，污染物被去除，反应过程中溶氧(do)维持在3~5 mg/l。

11、本发明的进一步改进是：加入自控使装置使运行过程更加自动化，操作简便。将光催化剂附着在有机玻璃载片上，解决了光催化剂回收的问题。相比较于聚氨酯海绵或泡沫作为生物及光催化剂的载体，采用有机玻璃载片作为载体可以增加光的接收面积，提高光的利用率；相比较耦合光催化技术与生物技术同步反应方法，本发明中的方法则选择可见光源，并将光催化反应与生物反应分开，解决光源和催化剂作用产生的强氧化剂对微生物的毒害、灭活问题，同时扩大了光的吸收利用范围；针对已有耦合技术中较长的光照时间和生物反应时间的问题，本发明中的方法可以分别设计合理的光照时间和生物反应时间，通过较短的光照时间使难降解物质被氧化而没有完全被矿化，从而提高废水的可生化性，减少成本，使后置的微生物充分发挥其代谢功能。此外，本发明的方法选用处理难降解废水工艺中的活性污泥，提高生物活性，缩短生物反应时间。

12、本发明的特点是：通过耦合光催化技术和生物技术处理低生化性废水实现达标排放，解决了生物法对此类废水处理效率低和光催化技术成本高的问题。同时针对已有的耦合光催化技术与生物技术处理废水的方法进行改进，光催化反应与生物反应分开并选择可见光源，增加光的可利用范围，缩短光照时间，将难降解物质进行部分氧化从而提高废水的可生化性，降低光催化技术的应用成本；同时提高相对经济的生物反应的贡献。光催化反应与生物反应分开满足光照时间与生物代谢净化时间的分别设置，实现精细化控制从而节省成本。此外，通过plc控制废水运行的全过程，操作简单，提高运行的自动化程度。

技术特征：

1.一种耦合光催化和生物法处理低生化性废水的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：待处理的低生化性废水采用下进上出浸没式流入光催化反应器（16）内进行光照氧化反应，光照氧化反应结束后，出水从顶部排出至储存桶（8）；随后进入生物反应器（17）进行生物反应去除污染物，然后进行污泥沉淀，上层澄清液排入出水桶（14）；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：可见光灯源（3）为100w~300w的金卤灯，距离光催化反应区（7）5~8 cm；有机玻璃载片（4）的宽度是光催化反应器（16）内径的1/3~1/2，有机玻璃载片（4）的长宽比为2~3，有机玻璃载片（4）的数量是光催化反应器（16）的高度/有机玻璃载片（4）的高度的1.5~2倍；可见光型光催化剂（5）的含量为400~600 mg/l。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：附着可见光型光催化剂（5）的有机玻璃载片（4）的制备方法包括如下步骤：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：生物反应器（17）内的活性污泥的浓度维持在3500～4500 mg/l，do为3~5 mg/l，所述生物反应的时间为4~6 h。

技术总结
本发明具体涉及一种前置光催化反应耦合后置生物反应处理低生化性废水的方法。首先待处理废水经过光催化氧化，在较短的可见光照射下提高废水的可生化性而非将有有机物完全氧化。随后具有可生化性废水进行相对经济的生物法处理，实现出水达标排放，解决了生物法对此类废水处理效率低和光催化技术成本高的问题。该方法是在现有的耦合光催化技术与生物处理技术基础上进行改进，选择可见光型光源，将光催化氧化反应与生物反应分离，避免光源及产生的强氧化剂对微生物的有害、灭活作用，同时达到光照时间与生物反应时间的精细化控制，具有较好的污染物去除效果。

技术研发人员：李海松,白洋,王柯丹,田敏慧,程鹏,刘梦宇
受保护的技术使用者：知和环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/27