[发明专利]一种光催化与生物降解一体化的水处理反应器及其方法

说明书

(一)技术领域

本发明系一种水处理技术，包括反应器及其方法，特别是涉及采用一种集光催化与生物降解于一体的水处理反应器及其处理方法。

(二)背景技术

本技术属于环境工程、生化反应工程、环境生物技术、化学反应工程和水处理的一种装置及其方法。随着工农业生产的不断发展和人们生活水平的不断提高，许多天然河流、湖泊、景观水域等地表水，甚至饮用水源都受到了污染，大部分都或多或少地形成了富营养化。再加上一些工业废水的随意排放，导致不少水体中还含有大量的难降解有机污染物，形成了复合污染。这些污染导致河流、湖泊及景观水域等天然水体的诸多功能受到了破坏，尤其是饮用水源受到的污染对人们的正常生产和生活造成了更大的影响。因此对难降解工业废水或复合污染的天然水体进行处理和修复便迫在眉睫。

目前在对天然水体修复方面，国内外大多采用水生植物进行修复，水生植物修复受污染水体的特点是节省能源，但该方法效率较低，修复周期长，尤其是对复合污染水体的修复。在有些河流或水域由于考虑到航运的需要而不便于采用。而对于难降解工业有机废水的处理，单独采用生物方法处理，效率相对较低，有些有机物污染物还对微生物有抑制作用。

因此对于这一类水体的治理有人采用先对其进行光催化降解后，再用生物方法进行后续处理。使这些有机化合物得到矿化，转变为无毒的物质。这是因为有些有机化合物经过光催化降解后，转变为易于生物降解的产物。目前国内外通常是将两项技术进行适当组合，即在一个工艺内将光催化氧化与生物降解分别在两个单元内进行，因此光催化结合生物处理是对某些难降解有机物进行深度处理的一种行之有效的方法。

但这里的问题是，难降解有机废水通过光催化降解到什么程度再进行生物降解？若通过光催化对难降解有机废水进行长时间的降解，其效率较低，往往不能使有机物完全矿化，或成本非常高，从经济上行不通。而光催化降解时间不够，往往又对微生物有抑制作用或者从生物降解角度来说，其反应速率非常慢。那么是否可考虑将光催化剂与生物膜进行组合，即将光催化和生物降解组合为一体？利用该方法对一些难降解的有机化合物进行光催化与生物膜组合为一体对有机物进行降解。但这里另一个问题便出现，即在一般情况下当采用TiO₂作为光催化剂对有机废水进行光催化处理时，需要采用强紫外光的照射，由于紫外光和自由基对微生物细胞的杀伤作用，所以过去光催化和生物处理都是分开进行的。这一方面导致处理过程复杂化，另一方面也使得处理成本增加而效率降低。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种克服现有的利用光催化和生物降解技术中存在的上述不足，提供一种新型的结合为一体的水处理方法以及相应的反应器，实现高效快速方便修复复合污染水体和处理含有难降解有机物的工业废水。

本发明的目的是由如下结构实现的。

一种光催化与生物降解一体化的水处理反应器，其特征在于：由光催化板3作为位于所述反应器上部的光催化区2和位于下部的生物降解区10之间的分隔板，且光催化板开设上水孔1和下水孔5；

紫外光源4由开关控制，位于所述光催化板3的上方；

生物膜载体8位于所述生物降解区10内；

在所述光催化区2的下边缘器壁，光催化板3的上方开设出水口6及阀门，在所述生物降解区10的下边缘器壁开设进水口7及阀门；

在所述反应器9上设置水体循环装置。

进一步，所述的水体循环装置为水泵11，水泵11的抽水口连接生物降解区10，水泵11的排水口连接光催化区2。

进一步，所述的水体循环装置为气泵12，气泵12的排气口通入生物降解区10下部。

进一步，所述光催化区2为上方敞开式。

进一步，所述光催化区2为上方由石英玻璃板覆盖。

进一步，所述光催化板上的上水孔1和下水孔5分别位于反应器9长度方向的两端。

进一步，所述生物降解区10内配置陶瓷材料的生物膜载体，采用折流式或平流式水流动形式。

一种光催化与生物降解的水处理方法，其特征在于：

①无紫外照射下进行生物膜的挂膜；

②挂膜成功后，水在循环流动中反复进行光催化降解与生物降解处理，其中生物降解过程无紫外光照射。

进一步，所述生物膜的挂膜方法为，在处理含有难降解有机物的废水或工业废水时，将活性污泥或针对难降解有机污染物所培养的特殊微生物菌种溶液浸没生物膜载体，水循环流动，挂膜时间1-3天。

进一步，所述生物膜的挂膜方法为处理微污染水体或饮用水源水时，在连续挂膜处理过程中自然生成，挂膜时间7～14天。