[发明专利]一种用于再生水及雨水消毒的光催化消毒反应器及光催化材料及制备方法、应用和应用方法

说明书

技术领域

本发明属于城市污水处理消毒领域，具体地说，涉及一种用于再生水及雨水消毒的光催化消毒反应器及光催化材料及制备方法、应用和应用方法。

背景技术

城市污水再生利用及雨水利用是减轻水体污染、改善生态环境、解决城市缺水问题的有效途径，具有很大的利用潜力，是解决水资源紧缺问题的战略性对策。再生水及雨水利用对人体可能的健康风险是当前公众关注的焦点问题之一，尤其是再生水利用过程中的微生物风险问题。对人体健康造成危害的病原微生物大体分为细菌，寄生菌(寄生虫与原生动物)和病毒等几类。病原微生物会对人群健康造成极大的危害，因此，非常有必要采取有效消毒措施保证再生水的生物安全性。再生水及雨水主要应用于杂用水、景观环境用水等用途，我国《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)、《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T 18921-2002)等标准中均提出了细菌学指标要求。当前主要通过加氯消毒，但是分散的再生水及雨水利用设施通常较小，采用液氯消毒需要液氯储罐，存在一定安全风险，且由于一些再生水及雨水处理设施间歇运行，水量波动大，对加氯操作管理要求较高。因此，研究一种高效，操作方便、安全可靠的再生水及雨水消毒设施对于促进城市再生水及雨水利用具有重要实用价值。

以高级氧化为核心的新型饮用水消毒技术正在备受关注，其中UV/TiO₂光催化消毒技术是水处理领域研究的热点之一。UV/TiO₂光催化氧化消毒具有无毒、广谱性杀菌等特点，是一种有前途的替代氯消毒工艺。UV/TiO₂光催化消毒机理是其产生的强氧化性羟基自由基(·OH)首先破坏细菌细胞壁，而后造成细胞膜及胞内代谢物质及遗传物质的氧化破坏，最终导致细胞死亡而达到杀菌目的。在水处理实际应用中，为了避免粉体二氧化钛难以回收的问题，大多将二氧化钛负载于不同的载体上以实现固定化。采用多孔吸附性材料作为二氧化钛的载体是当前研究的一个重要方向，如沸石，活性炭、活性炭纤维等，可将体相溶液浓度较低的目标污染物浓缩到二氧化钛周围，达到提高光催化反应效率的目的。

活性炭纤维具有丰富的微孔和高的比表面积，其吸附容量远高于其他多孔吸附材料，如沸石、硅胶等；吸附容量比其同类产品活性炭也好。由于其形态一般为毡状或布状，实际应用中比粒状活性炭更加便于反应器的设计应用。

国内外UV/TiO₂光催化消毒技术研究尚处于起步阶段，国内目前就活性炭纤维(ACF)负载二氧化钛方面开展了相关研究。例如，中国专利申请号：200510035311.2，申请日：2005年11月30日，该发明公开了一种含纳米二氧化钛微粒的活性炭纤维及其制备方法和用途。该发明涉及一种含纳米二氧化钛微粒的活性炭纤维及其制备方法和用途。该活性炭纤维是由活性炭纤维材料负载上纳米二氧化钛微粒而成，其中纳米二氧化钛微粒占总质量的5﹣25％。该发明采用溶胶－凝胶法，先将TiO₂的前驱体有机钛化合物经水解生成TiO₂溶胶，并沉积于活性炭纤维上，溶胶经干燥成为凝胶，再经热处理转化为纳米TiO₂微粒复合在活性炭纤维的表面，制得含纳米二氧化钛微粒的活性炭纤维。它既保持了活性炭纤维的多孔性，又增强了二氧化钛微粒光催化活性，可用于低浓度气态挥发性有机污染物的去除，尤其适用于小空间中气态挥发性有机污染物的吸附和分解。其对气态挥发性有机污染物的吸附容量可达500mg/g，对低浓度挥发性有机污染物的光催化分解率可达到36％。但是该发明只是针对空气中气态低浓度挥发性有机污染物去除，处理再生水及雨水的效果并不显著。