本發(fā)明屬于有機(jī)廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種含菌有機(jī)廢水消毒處理的方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)廢水就是以有機(jī)污染物為主的廢水，有機(jī)廢水易造成水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化，危害比較大。這些廢水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白、纖維素等有機(jī)物,如果直接排放，會(huì)造成嚴(yán)重污染。有機(jī)廢水按其性質(zhì)來源可分為三大類：易于生物降解有機(jī)廢水；有機(jī)物可以降解,但含有害物質(zhì)的廢水；含有難降解生物和有害的有機(jī)廢水。
有機(jī)物濃度高。COD一般在2000mg/以上，有的甚至高達(dá)幾萬乃至幾十萬mg/L；色度高，有異味。有些廢水散發(fā)出刺鼻惡臭，給周圍環(huán)境造成不良影響。有機(jī)廢水中所含的有機(jī)污染物結(jié)構(gòu)復(fù)雜；成分復(fù)雜，含有毒性物質(zhì)廢水中有機(jī)物以芳香族化合物和雜環(huán)化合物居,還多含有硫化物、氮化物、重金屬和有毒有機(jī)物。廢水生化性差，且對(duì)微生物有毒性，難以用一般的生化方法處理。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題為：解決現(xiàn)有的含菌有機(jī)廢水處理殺菌效率低及有機(jī)物含量高的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種含菌有機(jī)廢水消毒處理的方法，其特征在于，使含菌有機(jī)廢水依次通過TiO2光觸媒和水生植物生物柵，同時(shí)，利用脈沖高壓氙氣燈產(chǎn)生的紫外脈沖光對(duì)TiO2光觸媒和含菌有機(jī)廢水進(jìn)行照射，利用脈沖高壓氙氣燈產(chǎn)生的可見光對(duì)水生植物生物柵進(jìn)行照射。
進(jìn)一步地，TiO2光觸媒由多孔硅膠球和填充在多孔硅膠球中的納米級(jí)二氧化鈦構(gòu)成。
進(jìn)一步地，脈沖高壓氙氣燈采用光學(xué)鍍膜波長(zhǎng)分離的方法使不同波段的紫外線發(fā)生各自的主導(dǎo)作用，其中，UVA和UVB波段導(dǎo)向到TiO2光觸媒上，而波長(zhǎng)更短的UVC和UVD波段導(dǎo)向到含菌有機(jī)廢水和其上方的空氣中，而光譜中的可見光部分，則導(dǎo)向水生植物生物柵。
進(jìn)一步地，水生植物生物柵包括柵格骨架、生物活性填料和水生植物，所述生物活性填料填充在柵格骨架內(nèi)，水生植物固定在柵格骨架表面。
紫外脈沖光產(chǎn)生的紫外光強(qiáng)度高，可直接殺滅含菌有機(jī)廢水中的微生物，在強(qiáng)紫外光輻照下，使TiO2光觸媒模塊產(chǎn)生很強(qiáng)的催化作用，高效分解含菌有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物并具有很強(qiáng)的殺菌作用，紫外光還能電離空氣，產(chǎn)生臭氧，對(duì)滅含菌有機(jī)廢水進(jìn)行消毒；而紫外脈沖光源模塊產(chǎn)生的可見光，用于促進(jìn)水生植物的生長(zhǎng)。
TiO2光觸媒模塊以硅膠小球?yàn)檩d體，納米級(jí)二氧化鈦光觸媒有效的耦合到硅膠小球上。由于硅膠小球性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解，微孔隙眾多，可以有效的容納納米二氧化鈦，保持其催化活性，因此有利于光觸媒材料的長(zhǎng)期使用，提高了系統(tǒng)的可靠性和長(zhǎng)期有效性，降低了使用成本。TiO2在光的照射下自身不發(fā)生變化卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，具有催化功能。具體反應(yīng)是：TiO2在吸收照明光源中的紫外線后，形成氧化性的自由基，把空氣和水中游離的有害物質(zhì)及微生物分解成無害的二氧化碳和水，可以迅速分解空氣和水中的甲醛、苯、氨、VOC等有害氣體，可以破壞細(xì)菌、病毒中的細(xì)胞膜，使細(xì)菌質(zhì)流失、固化病毒蛋白質(zhì)，在殺毒滅菌的同時(shí)，還能分解菌毒殘?bào)w上釋放的有害復(fù)合物。這種超強(qiáng)的氧化作用，還能迅速去除各種異味。
水生植物生物柵模塊是一種生態(tài)修復(fù)強(qiáng)化裝置，主要由微生物載體填料和水生植物組成，通過二者的協(xié)同作用共同完成生態(tài)修復(fù)的功能，在有限的空間內(nèi)可富集較大的生物量，達(dá)到快速、高效的處理效果。生物柵的存在使得微生物生存的基礎(chǔ)環(huán)境由原來的氣、液兩相轉(zhuǎn)變?yōu)闅狻⒁?、固三相，這為微生物創(chuàng)造了更豐富的存在形式，形成了在縱、橫兩個(gè)方向相互關(guān)聯(lián)的復(fù)合式生態(tài)系統(tǒng)?？v向上微生物由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物等組成的復(fù)雜微型生態(tài)系統(tǒng)逐級(jí)分解污染物；橫向上由液體到載體的方向上構(gòu)成了懸浮好氧型、附著好氧型、附著兼氧型、附著厭氧型多種不同類型微生物組成的生物膜系統(tǒng)。污水流經(jīng)時(shí)，懸浮物被填料和植物阻擋截留，有機(jī)污染物通過植物以及生物膜的吸附、同化、異化作用而去除。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明利用強(qiáng)紫外輻射的殺菌與臭氧發(fā)生作用，結(jié)合納米二氧化鈦的光催化作用、水生植物生物柵的生物凈化作用，可高效、徹底殺滅污水中微生物，有效吸收有機(jī)污染物和攔截微粒污染物，增強(qiáng)污水處理的效果，減少化學(xué)藥品的使用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
如圖1所示，一種含菌有機(jī)廢水消毒處理的方法，使含菌有機(jī)廢水依次通過TiO2光觸媒和水生植物生物柵，同時(shí)，利用紫外脈沖光對(duì)TiO2光觸媒和含菌有機(jī)廢水進(jìn)行照射，利用可見光對(duì)水生植物生物柵進(jìn)行照射。
含菌有機(jī)廢水首先通過TiO2光觸媒，TiO2在吸收紫外脈沖光的紫外線后，形成氧化性的自由基，把空氣和水中游離的有害物質(zhì)及微生物分解成無害的二氧化碳和水，可以迅速分解空氣和水中的甲醛、苯、氨、VOC等有害氣體，可以破壞細(xì)菌、病毒中的細(xì)胞膜，使細(xì)菌質(zhì)流失、固化病毒蛋白質(zhì)，在殺毒滅菌的同時(shí)，還能分解菌毒殘?bào)w上釋放的有害復(fù)合物。這種超強(qiáng)的氧化作用，還能迅速去除各種異味。
紫外脈沖光產(chǎn)生的紫外光強(qiáng)度高，可直接殺滅含菌有機(jī)廢水中的微生物，在強(qiáng)紫外光輻照下，使TiO2光觸媒產(chǎn)生很強(qiáng)的催化作用，高效分解含菌有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物并具有很強(qiáng)的殺菌作用，紫外光還能電離空氣，產(chǎn)生臭氧，對(duì)滅含菌有機(jī)廢水進(jìn)行消毒；而紫外脈沖光源模塊產(chǎn)生的可見光，用于促進(jìn)水生植物的光合作用，保證其正常生長(zhǎng)。
經(jīng)過TiO2光觸媒處理后的含菌有機(jī)廢水通過水生植物生物柵模塊，水生植物生物柵模塊一種生態(tài)修復(fù)強(qiáng)化裝置，主要由微生物載體填料和水生植物組成，通過二者的協(xié)同作用共同完成生態(tài)修復(fù)的功能，在有限的空間內(nèi)可富集較大的生物量，達(dá)到快速、高效的處理效果。生物柵的存在使得微生物生存的基礎(chǔ)環(huán)境由原來的氣、液兩相轉(zhuǎn)變?yōu)闅?、液、固三相，這為微生物創(chuàng)造了更豐富的存在形式，形成了在縱、橫兩個(gè)方向相互關(guān)聯(lián)的復(fù)合式生態(tài)系統(tǒng)?？v向上微生物由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物等組成的復(fù)雜微型生態(tài)系統(tǒng)逐級(jí)分解污染物；橫向上由液體到載體的方向上構(gòu)成了懸浮好氧型、附著好氧型、附著兼氧型、附著厭氧型多種不同類型微生物組成的生物膜系統(tǒng)。污水流經(jīng)時(shí)，懸浮物被填料和植物阻擋截留，有機(jī)污染物通過植物以及生物膜的吸附、同化、異化作用而去除。
實(shí)施例2
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，TiO2光觸媒由多孔硅膠球和填充在多孔硅膠球中的納米級(jí)二氧化鈦構(gòu)成。TiO2光觸媒以硅膠小球?yàn)檩d體，納米級(jí)二氧化鈦光觸媒有效的耦合到硅膠小球上。由于硅膠小球性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解，微孔隙眾多，可以有效的容納納米二氧化鈦，保持其催化活性，因此有利于光觸媒材料的長(zhǎng)期使用，提高了系統(tǒng)的可靠性和長(zhǎng)期有效性，降低了使用成本。TiO2在光的照射下自身不發(fā)生變化卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，具有催化功能。具體反應(yīng)是：TiO2在吸收照明光源中的紫外線后，形成氧化性的自由基，把空氣和水中游離的有害物質(zhì)及微生物分解成無害的二氧化碳和水，可以迅速分解空氣和水中的甲醛、苯、氨、VOC等有害氣體，可以破壞細(xì)菌、病毒中的細(xì)胞膜，使細(xì)菌質(zhì)流失、固化病毒蛋白質(zhì)，在殺毒滅菌的同時(shí)，還能分解菌毒殘?bào)w上釋放的有害復(fù)合物。這種超強(qiáng)的氧化作用，還能迅速去除各種異味。
實(shí)施例3
在實(shí)施例1或2的基礎(chǔ)上，紫外脈沖光和可見光均由設(shè)置在含菌有機(jī)廢水上方的脈沖高壓氙氣燈產(chǎn)生。脈沖高壓氙氣燈的基本原理是在石英玻璃燈管中封裝高壓氙氣，在兩端施加瞬間高電壓(達(dá)到數(shù)千伏，持續(xù)數(shù)百微秒)，使燈管中的氣體瞬間擊穿，形成強(qiáng)烈的電離輻射發(fā)光，產(chǎn)生強(qiáng)烈的光輻射。氙燈的輻射譜與電流大小、充氣壓有關(guān)。在低壓、弱電流狀態(tài)下，氙燈發(fā)射出一系列氙原子的特征線狀譜。隨著工作電壓升高、弧長(zhǎng)加長(zhǎng)和充氣壓的升高，輻射譜逐漸擴(kuò)展成為與太陽光譜相似的連續(xù)譜，在其上疊加若干線狀譜。在工作電流和氙氣氣壓進(jìn)一步增大的條件下，這種連續(xù)譜會(huì)顯著的向紫外段移動(dòng)，成為強(qiáng)烈的紫外光源，波長(zhǎng)400nm以下的紫外成分可達(dá)總光能的30％以上。脈沖氙燈的以上物理特性決定了其可以產(chǎn)生高亮度的光輻射，其亮度可達(dá)到太陽輻照強(qiáng)度的數(shù)千乃至上萬倍，是地球上除激光以外最亮的光源。以食品消毒行業(yè)中常用的直徑9mm，極間距100mm的直管脈沖氙燈為例，當(dāng)注入電能為1800J時(shí)，在燈管附近可實(shí)現(xiàn)高達(dá)數(shù)千瓦每平方厘米的紫外線輻照強(qiáng)度，持續(xù)時(shí)間僅200微秒。這樣高強(qiáng)度的紫外線輻照，足以殺滅燈管附近的任何微生物，殺滅率高達(dá)99.9％以上。通常用的二氧化鈦光觸媒，工作在最多只有幾十毫瓦的紫外線輻照強(qiáng)度下，如果用這種千瓦級(jí)的紫外光源進(jìn)行輻照，其效率和分解有機(jī)污染物的效果也會(huì)大大加強(qiáng)。另一方面，盡管輻照強(qiáng)度大，但因?yàn)檩椪諘r(shí)間短(只有幾百微秒的水平)，這種光源也可算作“冷光源”，光源和被輻照物質(zhì)發(fā)熱并不嚴(yán)重，對(duì)冷卻要求大大降低，系統(tǒng)能耗也很低，是一種節(jié)能型的光源。
實(shí)施例4
在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，脈沖高壓氙氣燈采用光學(xué)鍍膜波長(zhǎng)分離的方法使不同波段的紫外線發(fā)生各自的主導(dǎo)作用，其中，UVA和UVB波段導(dǎo)向到TiO2光觸媒上，而波長(zhǎng)更短的UVC和UVD波段導(dǎo)向到含菌有機(jī)廢水和其上方的空氣中，而光譜中的可見光部分，則導(dǎo)向水生植物生物柵。為充分發(fā)揮強(qiáng)紫外光源的作用，提高系統(tǒng)效率，采用光學(xué)鍍膜波長(zhǎng)分離的方法，使不同波段的紫外線發(fā)生各自的主導(dǎo)作用。其中，UVA和UVB波段，主要導(dǎo)向到光觸媒材料上，促進(jìn)光化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。而波長(zhǎng)更短的UVC和UVD波段，因其殺菌和產(chǎn)生臭氧的能力強(qiáng)，將其導(dǎo)向到水和空氣中，充分發(fā)揮其殺菌與制造臭氧的作用。而光譜中的可見光部分，則導(dǎo)向生物柵，促進(jìn)水生植物生長(zhǎng)，達(dá)到生物凈化的效果。
實(shí)施例5
在實(shí)施例1或2或3或4的基礎(chǔ)上，水生植物生物柵包括柵格骨架、生物活性填料和水生植物，所述生物活性填料填充在柵格骨架內(nèi)，水生植物固定在柵格骨架表面。通過在水體中布設(shè)垂直柵格，柵格使用剛性支架做骨架，骨架內(nèi)填充高分子生物活性填料。填料采用生物酶的促進(jìn)配方將高分子材料進(jìn)行改性，提高酶的催化作用，具有較大的表面積。生物活性填料可以捕捉去除從懸浮污泥區(qū)中“逃逸”的微小污泥絮體，并降低出水濁度，有效地保證了出水水質(zhì)穩(wěn)定性。剛性骨架起到支撐生物活性填料在水體中分布的作用。水生植物(挺水植物系統(tǒng)和沉水植物系統(tǒng)立體搭配)通過下端用少量棉氈包裹并結(jié)繩固定于柵格上，柵格及填料上的纖維具有極強(qiáng)的固定根系能力，三級(jí)根系與填料纖維相互纏繞，二級(jí)根系與柵格縫隙中交叉穿過，貫穿于各個(gè)柵格單元之間，填充了柵格空隙，成熟以后的植物會(huì)與生物活性填料緊密結(jié)合。根系的擴(kuò)展降低水流阻力，也不會(huì)形成短流而減少有效接觸面積，增強(qiáng)對(duì)懸浮物質(zhì)的截留作用。在水流作用下，根系的側(cè)向生長(zhǎng)過程也牽引其所固定填料纖維的側(cè)向空間分布，提高了空間使用效率。高分子生物活性填料對(duì)水體中顆粒態(tài)污染物有阻留、過濾、吸附、沉淀的作用。其次，格柵內(nèi)填充的高分子活性生物填料和水生植物表面均會(huì)附著生長(zhǎng)大量的好氧微生物。此類微生物生物活性高，能在極短時(shí)間氧化氮、磷類污染物質(zhì)，微生物積累形成生物膜系統(tǒng)，生物膜具有對(duì)污染物極強(qiáng)的分解轉(zhuǎn)化作用；同時(shí)優(yōu)選速生的水生植物充分吸收了污水中溶解性物質(zhì)，對(duì)植物定期收割使污染物從水體中輸出。通過柵格、活性填料和生物的協(xié)同作用共同完成對(duì)污水快速高效的生態(tài)型凈化。在醫(yī)療污水處理工程上，生物柵設(shè)計(jì)成多種型式的模塊并放置于水體中，各種微生物及水生植物將固定或定植在生物柵上并逐漸形成穩(wěn)定的微生態(tài)系統(tǒng)。大量研究資料表明污水水體中高濃度有機(jī)物、鹽類等物質(zhì)不是導(dǎo)致挺水和沉水植物的衰退死亡的直接原因，而污水的透光率低導(dǎo)致植物對(duì)光照接受不足，使之光合作用減弱、生長(zhǎng)不適應(yīng)才是植物衰退的主要原因。本系統(tǒng)內(nèi)的氙燈光源強(qiáng)度高并可調(diào)節(jié)至植物接受的最適范圍，光譜范圍近似日光，能夠提供水生植物正常生長(zhǎng)的光照條件。