光催化- 膜分离集成反应器处理养虾废水

第31卷�第2期膜�科�学�与�技�术Vol.31�No.22011年4月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYApr.2011光催化-膜分离集成反应器处理养虾废水史载锋1,沈仲韬2,王嘉禅1,杨丽丽1(1.海南师范大学化学与化工学院,海口571158;2.海南省水务厅,海口,570203)摘�要:为了研究光催化在处理养虾废水过程中降解有机物的能力,本文采用粉体TiO2光催化和膜分离技术集成的方法对养虾废水进行处理,考察了膜孔径、渗透压对膜过滤性能的影响,以及集成反应器在不同催化条件下处理养虾废水的效果.结果表明,采用孔径为0.05�m的��Al2O3陶瓷膜在0.05MPa的渗透压下分离平均粒径0.27�m的TiO2粉体,渗透通量为432L/(h�m2).废水中分别采用3种光催化剂浓度:2g/LTiO2、2g/LTiO2与5mL/LH2O2(30%)连用以及2g/LTiO2与5mL/LFenton连用,在300W中压汞灯照射4h后,养虾废水的CODCr去除率分别为15.67%,25.19%和40.67%.关键词:光催化;膜分离;养虾废水中图分类号:O643.3��文献标识码:A��文章编号:1007�8924(2011)02�0116�04��近年来,沿海养虾业产生的大量废水不经处理直接排放.据统计,一个1000m2的养殖场,每年要排放COD12t.就我国目前的养殖规模而言,每年有数万吨的COD排入近海,使近海水质日益恶化.随着污染日趋严重,常见的用于处理淡水养殖废水的某些方法已无能为力,并不适用于海水养殖水净化.物理处理技术主要去除悬浮物和部分化学耗氧量(COD)、BOD,但对可溶性有机物、无机物等的去除效果不佳;化学处理方法能快速分解水体中的有机质和还原性无机质,杀灭废水中的病原菌,但是操作成本均较高;传统生化法的生化菌种虽然经过驯化,但由于海水中硝化菌群十分贫乏,异氧菌大多为贫营养菌,以及盐度效应,使得总体代谢选择性和有效微生物比例较低,系统的单位体积处理负荷不高[1-3].TiO2光催化技术与其它技术相比,同时兼具良好的去除COD和灭菌性能,对降解基质无选择性,对于常用方法难降解的有机物具有良好的效果.将光催化技术与其它较简易的物理、化学方法相结合,并在最大程度上利用太阳能,应可以达到节能、降耗和合格排放的目的.目前,TiO2光催化剂的应用有两种方式,一是以悬浮的粉末形态参与反应,二是以固定的薄膜或其它附着的形态参与反应.前者虽然因高比表面积和强吸附性能而具有远高于后者的催化活性,但是由于粉末态催化剂难以分离和回收,阻碍了实际应用的推广.因此,基于实际应用的目的,对于后者的研究较多.为使前者能够在实际中得到应用,必须解决催化剂颗粒的分离回收问题[4-6].近几年,无机膜分离技术研究得到了飞速的发展,已经在液体的分离、浓缩以及气体的分离和反应等领域得到了广泛的应用.无机膜具有化学稳定性好、机械强度高、抗微生物能力强等优点,非常适合在养虾废水介质中的分离应用[7-9].本文拟将光催化和膜分离技术结合起来处理养虾废水.在杀菌和降解有机物的同时,利用无机膜解决光催化剂分离回收问题.希望为海水养殖废水的处理以及悬浮态光催化剂的应用提供理论依据.1�实验部分1.1�主要药品和仪器主要药品:蛋白胨、牛肉浸膏、琼脂粉(生化制剂,广东环凯微生物科技有限公司);亚甲基蓝(AR,收稿日期:2010�04�15;修改稿收到日期:2010�07�30基金项目:海南省重点科技项目(070601);海南省自然科学基金项目(209005);教育部科学技术研究重点项目(210174)作者简介:史载锋(1969�),男,江苏沛县人,博士,教授,研究方向为光催化技术研究与应用.�zaifengshi@163.com��第2期史载锋等:光催化-膜分离集成反应器处理养虾废水�117���上海第三试剂厂);TiO2粉末(平均粒径为0.27�m:南京工业大学膜科学技术研究所);邻苯二甲酸氢钾(AR,广州化学试剂厂);重铬酸钾(CP,长沙市第十二中学校办工厂);钼酸氨(AR,长沙市第二十二中学校办工厂);硫酸铝钾(AR,广州化学试剂厂);硫酸汞(AR,姜堰市环球试剂厂);双氧水30%(CP,天津市富宇精细化工有限公司);七水合硫酸亚铁(AR,广州化学试剂厂).主要仪器:456000-02型COD消解仪、消解液(美国HACH公司);721分光光度计(上海光学仪器五厂);800离心机(江苏省荣华仪器制造有限公司);78-1型磁力加热搅拌器(上海逸龙科技有限公司);300W中压汞灯(南京特种灯泡厂);�-Al2O3陶瓷膜管(�8mm�L80mm,南京工业大学膜科学与技术研究所);光催化-膜分离集成反应器(自制).1.2�实验方法反应器性能测试:将10L、