連續(xù)流光催化消毒器的構(gòu)建及其水處理性能研究.pdf

1、生物性污染和化學(xué)性污染是水體污染的兩個(gè)最主要的類型。生物性污染主要是指能給人類帶來傳染性疾病的致病微生物，包括細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物等。為了有效控制水體中的生物性污染，各個(gè)水處理工藝中都必須設(shè)置消毒環(huán)節(jié)。目前，紫外消毒技術(shù)在水體消毒領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，然而紫外消毒過程不能徹底破壞病菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，存在―光復(fù)活‖的風(fēng)險(xiǎn)?；瘜W(xué)性污染方面，近年來在自然水體中頻頻檢測(cè)出了痕量抗生素類和其他有毒有機(jī)污染物。這些污染物難以被凈水廠中常用的凈水工序有效去除。光

2、催化技術(shù)有望同時(shí)解決上述的兩個(gè)問題。光催化過程會(huì)產(chǎn)生的羥基自由基會(huì)氧化病菌的細(xì)胞壁和胞內(nèi)物質(zhì)，進(jìn)而徹底殺死病菌，抑制“光復(fù)活”的發(fā)生。此外，光催化技術(shù)對(duì)水中痕量的有機(jī)物也有強(qiáng)大的去除能力?；诖耍瑸榱送瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)水體消毒和去除痕量有機(jī)污染物，本研究在市售紫外消毒器的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并構(gòu)建了額定處理量為150 L/h的連續(xù)流光催化水處理設(shè)備，并考察了其消毒和有機(jī)污染物去除性能。主要的研究?jī)?nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　　(1)連續(xù)流光催化水處理設(shè)備

3、的構(gòu)建。該設(shè)備由紫外線反應(yīng)器腔體、催化劑載體構(gòu)件、進(jìn)水泵、流量調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計(jì)、紫外傳感器、溫度傳感器、控制系統(tǒng)、數(shù)顯屏組成；其中原水管路和進(jìn)水泵的吸口連接，進(jìn)水泵的出水口連接流量調(diào)節(jié)閥，流量調(diào)節(jié)閥連接渦輪流量計(jì)，渦輪流量計(jì)連接到紫外線反應(yīng)器腔體。其中，催化劑載體構(gòu)件可以被加工成各種形狀，尺寸需要和反應(yīng)器腔體匹配使之可以填入其中，并便于安裝和拆卸，可以隨時(shí)更換。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并加工了雙螺旋構(gòu)型的催化劑載體，在10.5 mJ/cm2的紫外輻

4、照劑量下，其對(duì)E.coli的去除率為3.33 log10，高于平行板的3.00 log10和波紋板的3.06 log10。故選用雙螺旋作設(shè)備的催化劑載體構(gòu)型。
　　(2)催化劑負(fù)載及反應(yīng)器去除細(xì)菌、有機(jī)污染物性能。分別用溶膠凝膠法和陽極氧化法將TiO2負(fù)載于催化劑載體構(gòu)建上。場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖片表明薄膜狀TiO2和管狀TiO2光催化劑被成功負(fù)載于鈦基底表面。紫外-可見吸收光譜數(shù)據(jù)表明負(fù)載二氧化鈦后的復(fù)合材料在紫外光波段具有良好的光吸

5、收性能。X射線衍射表明兩種方法制備的 TiO2均主要以銳鈦礦004晶型呈現(xiàn)。超聲振蕩實(shí)驗(yàn)證明了兩種方法負(fù)載的 TiO2和鈦基底之間具有較好的機(jī)械強(qiáng)度。將載體置于紫外反應(yīng)器腔體之中，考察其消毒和去除有機(jī)污染物的性能。在42 mJ/cm2的紫外輻照劑量下，光催化消毒過程對(duì)E.coli的去除率高達(dá)5.45 log10值，顯著地高于紫外線消毒過程。同時(shí)，考察了不同進(jìn)水濃度和不同輻照劑量下的滅菌效果，設(shè)備表現(xiàn)出了較好的穩(wěn)定性。此外，反應(yīng)器對(duì)苯酚和

6、磺胺甲惡唑也展現(xiàn)了良好的降解能力，循環(huán)三次進(jìn)水處理，二者的去除率分別為32.1%和99.4%。
　　(3) TiO2/GR(GR)復(fù)合材料催化劑的制備及其去除細(xì)菌、有機(jī)污染物性能研究。靜態(tài)光催化降解苯酚實(shí)驗(yàn)證明TiO2/GR(1 wt%)是最佳配比的催化劑，其對(duì)苯酚的一階降解速率常數(shù)為4.02 mg/L·h，高于其他質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比的復(fù)合材料。將催化劑負(fù)載于雙螺旋載體上進(jìn)行連續(xù)流水處理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明 TiO2/GR出水的菌濃度比 Ti