汙水處理廠家:光催化降解技術處理汙水

在全球水資源匱乏日益加重的今天，汙水淨化、回收與再利用受到全社會的普遍關注。當前危害較大且較難降解的汙水主要包括工業廢水、染料廢水和製藥廢水。其中工業廢水通常汙染物濃度高，且排放量巨大，危害最大。染料廢水具有有機汙染物含量高、鹼性大、色度高、毒性強等特點，極難處理。而製藥廢水主要含有高濃度的傳統手段難以降解的物質如抗生素等，不但組分複雜且對生態系統破壞巨大。針對上述這三種廢水的傳統處理方法成本高，處理效果也不盡如人意。光催化降解技術是一種針對上述排量大、汙染重、危害廣的行之有效的汙水的處理辦法，其原理主要是光催化劑在受到光照後吸收能量，電子躍遷從而對吸附在其上的有機汙染物進行催化氧化，使其降解或礦化。當前研究和使用最廣泛的光催化劑是TiO 及其衍生物。

1、光催化劑降解技術在汙水處理中的應用

(1)工業廢水

工業廢水中含有大量的重金屬離子和豐富的有機成分，傳統汙水處理方法對金屬離子的處理較為有效，但對其中的有機成分處理效果較差，且有較多缺點。傳統對工業廢水中有機成分的處理方法主要包括物理法，化學法和生物法。物理法主要是通過離心或沉降的方法將其中密度大的汙染物除去，對密度小的或是能溶於水的汙染物去除率不高;傳統的化學法一般是投放絮凝劑，藥耗量巨大且會產生大量汙泥，效果不佳且帶來二次汙染;生物法一般處理時間偏長，所需微生物培養過程複雜且容易中毒，不完全適用於工業廢水處理。而光催化降解技術對工業廢水中有機成分的處理極為有效。

石中亮等使用沸石負載TiO 光催化劑降解造紙工業廢水，在pH=4時，8小時內對COD的去除率高達82%，且汙水中大量的有機物完全礦化為CO 和H O，從而實現對有機汙染物的徹底降解。催化劑重複使用4次降解效果差別不大。相較於傳統方法，該辦法具有能耗低、效率高、降解徹底、催化劑易回收可重複使用等優點。

徐曉等以納米TiO 為光催化劑對食品工業廢水進行了處理，研究表明光催化降解技術能有效降解海產品深加工廢水中的氨氮和COD等汙染物。在pH=9的條件下紫外光照射3小時氨氮和COD的去除率分別為69.76%和73.33%。當前海產品加工廢水一般簡單過濾後即直接排放到大海，光催化降解技術的應用能極大改善相關汙染現狀。

孫根行等研究了納米TiO 催化劑在製革廢水中的應用，認為該方法相較於傳統的微生物處理法有以下優勢：處理後沒有汙泥產生;廢水中對微生物有幹擾的因素對光催化劑無負面影響甚至有益;無需對汙水進行預處理即可直接應用;短時高效產物無毒害。因此採用光催化降解技術能極大改善皮革廢水處理難度大、成本高的現狀。

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，紫外光照射時間3h的情況下，煉油廢水的COD去除率高達90.9%。與傳統的生物降解法相比COD去除率更高，出水水質穩定，不產生汙泥且能耗更低，因此有更好的發展前景。

(2)染料廢水

染料廢水具有複雜的組分，且色度高，部分有較強的刺激性氣味，是生活中對人們直觀感受影響最大的一類汙水。常用的染料廢水處理方法主要是化學混凝法，通過調pH和加入絮凝劑將汙染物沉澱，但對原料消耗量巨大，成本很高。光催化降解技術能有效解決這一難題。

周杰等製備了活性炭負載Fe離子摻雜的TiO 光催化劑，用於降解印染二級廢水。研究表明COD去除率可達70.31%，重複6次後催化活性仍有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載TiO 光催化劑，用於降解染料亞甲基藍。結果表明50分鐘即可實現完全降解，且在重複使用4次後降解率仍達到90.2%。活性炭纖維的引入增加了光催化劑的可回收性，且未對降解效果產生負面影響。

董振海等用納米TiO 降解含活性紅K-2BP染料模擬廢水，在弱酸鹼性時，該種光催化劑對COD的去除率可達70%，反應後廢水的可生化性明顯提高。並通過降解機理討論認為，光催化降解技術適用於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，在模擬太陽光下對玫瑰紅染料廢水進行了降解處理。研究表明降解效率最高可達98%，反應完畢後離心即可回收催化劑，不產生汙泥或者新的汙染。

(3)製藥廢水

製藥廢水是對生態環境破壞力最大的一種汙水，雖排量低於前兩種廢水，但有更高可能性誘發生物細胞的病變、畸形甚至癌變。製藥廢水中有機物成分複雜，主要含有抗生素藥物廢料、微生物和滷素等，因此傳統處理方法很難有針對性的進行處理。光催化降解技術作為一種新型的汙水處理方法，相較於傳統方法有不少的優勢。

熊智信等製備了銳鈦型TiO 光催化劑並用於降解異噻唑啉酮。結果表明該種催化劑在模擬自然光條件下，4h對異噻唑啉酮的去除率高達97%-100%，且可實現完全脫滷素。產物分析表明降解對象中的Cl元素在反應完畢後完全以離子形式釋放到溶液中，但未能實現有機成分的完全礦化仍保留部分有機中間體。

朱雷等製備了Eu摻雜的ZnO光催化劑，並用於降解武漢某生物製藥公司廢水。結果表明廢水的脫色率達38.8%、 COD去除率達57.5%。與常規生化法比較具有較大的優越性，為部分製藥廢水提供了新的解決思路。

郭佳等以TiO 為光催化劑用於降解頭孢曲松鈉，在紫外光下5小時的降解率達93.4%，在模擬日光的條件下5小時的降解率也能達到73.8%，是一種廣譜的降解辦法。與傳統方法相比對能源的要求顯著降低。作者同時發現無機鹽離子會顯著降低光催化劑的活性，因此實際應用中應予以去除。

張明明等以絮凝法為預處理和後處理工藝，採用納米TiO 在太陽光和紫外光催化下對天津市某頭孢製藥廠的汙水進行降解。僅使用光催化降解手段時，在太陽光照射下COD去除率可達55.8%，在紫外光照射下COD去除率可達66.0%。與生物活性汙泥法結合使用後COD去除率可達98.7%。

2、結論與展望光催化降解技術對排量大、汙染重、危害廣的工業廢水、染料廢水、製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高於傳統的處理方法。

循環使用是綠色化學的核心思想，光催化降解技術在很大程度上能夠實現這一目標。實際應用中可以大幅度減少使用成本，為其推廣應用帶來較大優勢。

光催化降解技術目前仍存在一些發展瓶頸和技術難題，具體包括：

(1)降解程度：光催化降解技術對有機物具有極好的處理效果，能較好去除氨氮、COD、滷素等。但很難實現對有機物的完全礦化，因此降解產物仍具有一定程度的汙染性;

(2)光源：多數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展到可見光範圍則適用範圍更廣;

(3)催化劑中毒：在含大量無機鹽離子的情況下光催化劑的活性會受到影響，因此需要對汙水進行預處理，實際應用中受到一定程度的限制;

(4)聯用技術：將光催化降解法與物理絮凝法、生物活性汙泥法結合使用能獲得更好的汙水處理效果。

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