污水處理廠家：光催化降解技術(shù)處理污水

在全球水資源匱乏日益加重的今天，污水凈化、回收與再利用受到全社會(huì)的普遍關(guān)注。當(dāng)前危害較大且較難降解的污水主要包括工業(yè)廢水、染料廢水和制藥廢水。其中工業(yè)廢水通常污染物濃度高，且排放量巨大，危害最大。染料廢水具有有機(jī)污染物含量高、堿性大、色度高、毒性強(qiáng)等特點(diǎn)，極難處理。而制藥廢水主要含有高濃度的傳統(tǒng)手段難以降解的物質(zhì)如抗生素等，不但組分復(fù)雜且對(duì)生態(tài)系統(tǒng)破壞巨大。針對(duì)上述這三種廢水的傳統(tǒng)處理方法成本高，處理效果也不盡如人意。光催化降解技術(shù)是一種針對(duì)上述排量大、污染重、危害廣的行之有效的污水的處理辦法，其原理主要是光催化劑在受到光照后吸收能量，電子躍遷從而對(duì)吸附在其上的有機(jī)污染物進(jìn)行催化氧化，使其降解或礦化。當(dāng)前研究和使用最廣泛的光催化劑是TiO 及其衍生物。 

1、光催化劑降解技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

(1)工業(yè)廢水

　　工業(yè)廢水中含有大量的重金屬離子和豐富的有機(jī)成分，傳統(tǒng)污水處理方法對(duì)金屬離子的處理較為有效，但對(duì)其中的有機(jī)成分處理效果較差，且有較多缺點(diǎn)。傳統(tǒng)對(duì)工業(yè)廢水中有機(jī)成分的處理方法主要包括物理法，化學(xué)法和生物法。物理法主要是通過(guò)離心或沉降的方法將其中密度大的污染物除去，對(duì)密度小的或是能溶于水的污染物去除率不高;傳統(tǒng)的化學(xué)法一般是投放絮凝劑，藥耗量巨大且會(huì)產(chǎn)生大量污泥，效果不佳且?guī)?lái)二次污染;生物法一般處理時(shí)間偏長(zhǎng)，所需微生物培養(yǎng)過(guò)程復(fù)雜且容易中毒，不完全適用于工業(yè)廢水處理。而光催化降解技術(shù)對(duì)工業(yè)廢水中有機(jī)成分的處理極為有效。

　　石中亮等使用沸石負(fù)載TiO 光催化劑降解造紙工業(yè)廢水，在pH=4時(shí)，8小時(shí)內(nèi)對(duì)COD的去除率高達(dá)82%，且污水中大量的有機(jī)物完全礦化為CO 和H O，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物的徹底降解。催化劑重復(fù)使用4次降解效果差別不大。相較于傳統(tǒng)方法，該辦法具有能耗低、效率高、降解徹底、催化劑易回收可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。

　　徐曉等以納米TiO 為光催化劑對(duì)食品工業(yè)廢水進(jìn)行了處理，研究表明光催化降解技術(shù)能有效降解海產(chǎn)品深加工廢水中的氨氮和COD等污染物。在pH=9的條件下紫外光照射3小時(shí)氨氮和COD的去除率分別為69.76%和73.33%。當(dāng)前海產(chǎn)品加工廢水一般簡(jiǎn)單過(guò)濾后即直接排放到大海，光催化降解技術(shù)的應(yīng)用能極大改善相關(guān)污染現(xiàn)狀。

　　孫根行等研究了納米TiO 催化劑在制革廢水中的應(yīng)用，認(rèn)為該方法相較于傳統(tǒng)的微生物處理法有以下優(yōu)勢(shì)：處理后沒(méi)有污泥產(chǎn)生;廢水中對(duì)微生物有干擾的因素對(duì)光催化劑無(wú)負(fù)面影響甚至有益;無(wú)需對(duì)污水進(jìn)行預(yù)處理即可直接應(yīng)用;短時(shí)高效產(chǎn)物無(wú)毒害。因此采用光催化降解技術(shù)能極大改善皮革廢水處理難度大、成本高的現(xiàn)狀。

　　周建敏等使用Yb-La/TiO 催化劑在紫外光催化下降解煉油廢水，在催化劑用量4.0g/L，體系pH=5，紫外光照射時(shí)間3h的情況下，煉油廢水的COD去除率高達(dá)90.9%。與傳統(tǒng)的生物降解法相比COD去除率更高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，不產(chǎn)生污泥且能耗更低，因此有更好的發(fā)展前景。

(2)染料廢水

　　染料廢水具有復(fù)雜的組分，且色度高，部分有較強(qiáng)的刺激性氣味，是生活中對(duì)人們直觀感受影響最大的一類污水。常用的染料廢水處理方法主要是化學(xué)混凝法，通過(guò)調(diào)pH和加入絮凝劑將污染物沉淀，但對(duì)原料消耗量巨大，成本很高。光催化降解技術(shù)能有效解決這一難題。

　　周杰等制備了活性炭負(fù)載Fe離子摻雜的TiO 光催化劑，用于降解印染二級(jí)廢水。研究表明COD去除率可達(dá)70.31%，重復(fù)6次后催化活性仍有62.37%，是一種極好的解決印染廢水的手段。

　　孫藝飛等使用活性炭纖維負(fù)載TiO 光催化劑，用于降解染料亞甲基藍(lán)。結(jié)果表明50分鐘即可實(shí)現(xiàn)完全降解，且在重復(fù)使用4次后降解率仍達(dá)到90.2%?；钚蕴坷w維的引入增加了光催化劑的可回收性，且未對(duì)降解效果產(chǎn)生負(fù)面影響。

　　董振海等用納米TiO 降解含活性紅K-2BP染料模擬廢水，在弱酸堿性時(shí)，該種光催化劑對(duì)COD的去除率可達(dá)70%，反應(yīng)后廢水的可生化性明顯提高。并通過(guò)降解機(jī)理討論認(rèn)為，光催化降解技術(shù)適用于類似的偶氮染料廢水處理。

　　張振江等使用氮摻雜的TiO 納米管催化劑，在模擬太陽(yáng)光下對(duì)玫瑰紅染料廢水進(jìn)行了降解處理。研究表明降解效率最高可達(dá)98%，反應(yīng)完畢后離心即可回收催化劑，不產(chǎn)生污泥或者新的污染。

(3)制藥廢水

　　制藥廢水是對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞力最大的一種污水，雖排量低于前兩種廢水，但有更高可能性誘發(fā)生物細(xì)胞的病變、畸形甚至癌變。制藥廢水中有機(jī)物成分復(fù)雜，主要含有抗生素藥物廢料、微生物和鹵素等，因此傳統(tǒng)處理方法很難有針對(duì)性的進(jìn)行處理。光催化降解技術(shù)作為一種新型的污水處理方法，相較于傳統(tǒng)方法有不少的優(yōu)勢(shì)。

　　熊智信等制備了銳鈦型TiO 光催化劑并用于降解異噻唑啉酮。結(jié)果表明該種催化劑在模擬自然光條件下，4h對(duì)異噻唑啉酮的去除率高達(dá)97%-100%，且可實(shí)現(xiàn)完全脫鹵素。產(chǎn)物分析表明降解對(duì)象中的Cl元素在反應(yīng)完畢后完全以離子形式釋放到溶液中，但未能實(shí)現(xiàn)有機(jī)成分的完全礦化仍保留部分有機(jī)中間體。

　　朱雷等制備了Eu摻雜的ZnO光催化劑，并用于降解武漢某生物制藥公司廢水。結(jié)果表明廢水的脫色率達(dá)38.8%、 COD去除率達(dá)57.5%。與常規(guī)生化法比較具有較大的優(yōu)越性，為部分制藥廢水提供了新的解決思路。

　　郭佳等以TiO 為光催化劑用于降解頭孢曲松鈉，在紫外光下5小時(shí)的降解率達(dá)93.4%，在模擬日光的條件下5小時(shí)的降解率也能達(dá)到73.8%，是一種廣譜的降解辦法。與傳統(tǒng)方法相比對(duì)能源的要求顯著降低。作者同時(shí)發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)鹽離子會(huì)顯著降低光催化劑的活性，因此實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)予以去除。

　　張明明等以絮凝法為預(yù)處理和后處理工藝，采用納米TiO 在太陽(yáng)光和紫外光催化下對(duì)天津市某頭孢制藥廠的污水進(jìn)行降解。僅使用光催化降解手段時(shí)，在太陽(yáng)光照射下COD去除率可達(dá)55.8%，在紫外光照射下COD去除率可達(dá)66.0%。與生物活性污泥法結(jié)合使用后COD去除率可達(dá)98.7%。

2、結(jié)論與展望光催化降解技術(shù)對(duì)排量大、污染重、危害廣的工業(yè)廢水、染料廢水、制藥廢水提供了新的解決思路，該方法的降解效率和降解效果遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的處理方法。

　　循環(huán)使用是綠色化學(xué)的核心思想，光催化降解技術(shù)在很大程度上能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用中可以大幅度減少使用成本，為其推廣應(yīng)用帶來(lái)較大優(yōu)勢(shì)。

　　光催化降解技術(shù)目前仍存在一些發(fā)展瓶頸和技術(shù)難題，具體包括：

(1)降解程度：光催化降解技術(shù)對(duì)有機(jī)物具有極好的處理效果，能較好去除氨氮、COD、鹵素等。但很難實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的完全礦化，因此降解產(chǎn)物仍具有一定程度的污染性;

(2)光源：多數(shù)光催化劑需要使用紫外燈作為額外光源，如果能將可用光源擴(kuò)展到可見(jiàn)光范圍則適用范圍更廣;

(3)催化劑中毒：在含大量無(wú)機(jī)鹽離子的情況下光催化劑的活性會(huì)受到影響，因此需要對(duì)污水進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)際應(yīng)用中受到一定程度的限制;

(4)聯(lián)用技術(shù)：將光催化降解法與物理絮凝法、生物活性污泥法結(jié)合使用能獲得更好的污水處理效果。