一種用光催化氧化有機廢水生產有機碳肥的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理技術領域，尤其涉及到一種光催化氧化將有機廢水變成有機碳肥的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，在經濟迅猛發(fā)展的同時工農業(yè)廢水和生活污水的排放量也變得越來越巨大。這些廢水的大量排放導致河流、湖泊等水體的有機物含量急劇增加，部分水體富營養(yǎng)化嚴重，由于廢水中還含有對動植物體有害的化學物質和放射性物質，嚴重威脅人體的健康，因此廢水的安全處理迫在眉睫。
[0003]雙氧水作為一種強氧化劑，對有機廢水的處理有一定的效果。光催化雙氧水氧化技術可以產生具有極強氧化能力的羥基自由基(.0H)，羥基自由基與大多數(shù)有機污染物都可以發(fā)生快速的鏈式反應，無選擇性地把有害物質氧化成C02、H20或礦物鹽，無二次污染。而在光催化劑中，以Ti02系列最為常見。Ti02具有化學性質穩(wěn)定、催化活性高、催化簡單有機物徹底、不引起二次污染等優(yōu)點，在污水處理、空氣凈化等領域被廣泛研究。它利用半導體氧化物材料在光照時表面能受激活化的特性，利用光能可有效地氧化分解有機物、還原重金屬離子、殺滅細菌和消除異味，無二次污染，不僅經濟，而且自身無毒、無害及無腐蝕性，還可反復使用，并可望用太陽光為反應光源等特點而被廣泛地應用到光催化降解有機污染物，是一種具有廣闊應用前景的綠色環(huán)境治理技術。關于催化劑純Ti02和Ti02/Fe304的催化能力均較弱，對光的吸收范圍較窄，光能利用率低，同時催化劑的回收也存在很大的困難。

【發(fā)明內容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術的缺點和不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種用光催化氧化有機廢水生產有機碳肥的方法。該方法能將大量的有機廢水變成一種能直接被作物吸收的有機碳肥料，工藝簡單，效率高，充分利用太陽能，是一種環(huán)境友好型技術方法。
[0005]本發(fā)明提供了一種用光催化氧化有機廢水生產有機碳肥的方法，包括如下步驟:
[0006](1)準備光催化氧化反應容器:所述光催化氧化反應容器設有攪拌器和遙控定時紫外燈，底部設有帶濾膜的出水口和催化劑排出口，頂部設有可卸載的塑料蓋，上端設有廢液入水口和取樣口；
[0007](2)粗過濾有機廢水:將有機廢水進行粗過濾，除去固體廢渣后通過廢液入水口栗入所述光催化氧化反應容器中。
[0008](3)加入光催化劑、雙氧水:在所述光催化氧化反應容器中加入光催化劑Ti02/Si02/Fe304，根據設計好的注入有機廢水的體積來確定加入催化劑的量，保證其在反應過程中的濃度在0.2-4g/L，從反應器的入水口栗入雙氧水，開啟攪拌器將有機廢水、雙氧水與催化劑混合均勻，攪拌使溶液混合均勻，該操作過程避光。
[0009](4)光催化-氧化降解反應:打開所述光催化氧化反應容器的頂蓋使太陽光直射入反應器內或打開所述光催化氧化反應容器中的紫外燈照射，進行光催化-氧化降解有機廢水反應。
[0010](5)回收催化劑、蒸發(fā)濃縮:反應結束后關閉頂蓋或者紫外燈，外加磁場將催化劑吸引到底部回收處理，上清液通過排水口排出，將剩余液體蒸發(fā)濃縮制成含碳量為50-500g/L的液體有機碳肥。
[0011]所述攪拌器為二維渦旋式攪拌器。這樣的攪拌器可以將固體顆粒催化劑和有機廢水充分接觸，提高光能的利用率和催化降解的均一度。
[0012]所述雙氧水的濃度為60%-80 %。
[0013]所述步驟(3)中雙氧水的加入量為反應液總重量的2-40% ο所述反應液為光催化劑、雙氧水和有機廢水的混合液。
[0014]光催化劑的加入量為反應液總重量的0.01-0.2%。
[0015]所述步驟(4)中所述光催化-氧化降解有機廢水反應時間為20-400min。
[0016]所述光催化劑濃度、雙氧水濃度和用量以及光催化-氧化降解反應時間的規(guī)定是為了保證將有機廢水降解成小分子有機物的程度，將廢水資源化，而不是徹底降解成水和二氧化碳。
[0017]本發(fā)明還提供了一種用光催化氧化有機廢水生產有機碳肥的方法，包括如下步驟:
[0018](1)粗過濾有機廢水:將有機廢水進行粗過濾，
[0019](2)加入光催化劑、雙氧水:在避光下加入光催化劑Ti02/Si02/Fe304、雙氧水并攪拌，光催化劑Ti02/Si02/Fe304在反應過程中的濃度在0.2-4g/L;
[0020](3)光催化-氧化降解反應:通入太陽光或采用紫外燈照射體系，進行光催化-氧化降解有機廢水反應；
[0021 ] (4)回收催化劑并蒸發(fā)濃縮:反應結束，回收光催化劑Ti02/Si02/Fe304，上清液排出，剩余液體濃縮制得液體有機碳肥。
[0022]所述步驟(2)中所述雙氧水的加入量為反應液總重量的2-40%，所述反應液為光催化劑、雙氧水和有機廢水的混合液。所述雙氧水的質量濃度為60%-80%。
[0023 ]所述步驟(2)中光催化劑的加入量為反應液總重量的0.01 -0.2 %
[0024]所述步驟(3)中所述光催化-氧化降解有機廢水反應時間為20-400min。
[0025]所述步驟(4)中回收光催化劑采用外加磁場將催化劑回收，剩余液體濃縮采用蒸發(fā)濃縮制成含碳量為50_500g/L的液體有機碳肥。
[0026]本發(fā)明還提供了一種用光催化氧化有機廢水生產有機碳肥的設備，所述設備為光催化氧化反應容器，包括攪拌器和遙控定時紫外燈，和設于底部的帶濾膜的出水口和催化劑排出口，設于頂部的可卸載的塑料蓋，以及設于上端的廢液入水口和取樣口。
[0027]優(yōu)選的，所述攪拌器為二維渦旋式攪拌器。
[0028]所述的光催化劑為Ti02/Si02/Fe304復合納米顆粒，由以下步驟制備:
[0029](1)制備Fe304納米顆粒:將0.05-0.31110嚇6(:13溶解在200-15001111乙二醇中，經溶劑熱法(160-220°C)制備出Fe304納米顆粒，用乙醇和純水洗滌數(shù)次后分離得到Fe304納米顆粒，真空干燥備用。
[0030](2)制備Si02/Fe304復合納米顆粒:將乙醇與水比例為4:1的溶液40ml攪拌升溫至30-90°C左右，然后邊滴加10ml正硅酸乙酯邊快速攪拌，加入2ml稀鹽酸促進正硅酸乙酯水解加快反應，保持反應2?5小時，結束反應即制備出Si02溶膠;然后取出0.2g步驟(1)制備的干燥的Fe304納米顆粒與Si02溶膠混合，60-80KHZ超聲，靜置4-6h，用無水乙醇洗滌2-4次，磁鐵吸引沉降，棄去上層溶液，將沉淀物50-80°C烘干，研磨成細小顆粒，得到Si02/Fe304復合納米顆粒。
[0031](3)制備Ti02/Si02/Fe304復合顆粒:先將步驟(2)制備的Si02/Fe304復合納米顆粒
0.5g在40-60ml無水乙醇中充分分散，然后補充水和乙醇至混合液體積為1.0_1.2L，轉移至40-50°C水浴中，劇烈攪拌下加入含5ml鈦酸正丁酯的40ml乙醇溶液，靜置陳化4-6h，離心過濾后分別用無水乙醇和去離子水洗滌3次，55-80°C真空干燥40-48h，輕壓研磨后置于馬弗爐中430-480°C煅燒3-3.5h，冷卻至室溫即得粒徑在70-190nm左右的Ti02/Si02/Fe304復合納米粒子。
[0032]所述的有機廢水為糖蜜、糖蜜酒精廢醪液、氨基酸生產廢液、造紙黑液、酵母生產廢液的任意一種或一種以上組合。
[0033]優(yōu)選的，所述有機廢水中有機質含量在98_250g/L，廢水中的粗纖維、粗蛋白、色素等大分子有機物的降解率達73-92%。
[0034]本發(fā)明采用的原理是利用水處理的光催化和氧化技術，使有機廢水中的大分子有機物鍵斷裂，變成小分子有機物，進一步催化氧化將小分子有機物降解成二氧化碳和水排放。但是與水處理不同的是本發(fā)明是控制催化氧化的程度將有機廢水控制在變成小分子有機物這一步，這些小分子有機物如有機酸類、有機醇類、氨基酸類、單糖類等能夠直接被農作物快速吸收利用，是一種速效營養(yǎng)物，表現(xiàn)出典型的小分子有機碳肥特性。這樣既能解決有機廢水污染的問題，又能將廢水資源化，反饋給植物利用，構建一個良好的碳循環(huán)系統(tǒng)。
[0035]有研究發(fā)現(xiàn):
[0036]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0037]1)催化劑本身不具毒性，價格低廉，制備簡單，抗腐蝕能力強，對有機污染物的催化效率高，具有磁性，解決了顆粒催化劑回收困難的問題，同時引入了載體，引入的Fe3+對Ti02進行了摻雜，導致其可以吸收可見光，在可見光范圍內就能進行催化反應，條件要求降低。
[0038]2)本發(fā)明不需要增加溫度設施和壓力設備，常溫常壓下就可以進行操作;對有機污染物的選擇性低，應用范圍廣，反應容易控制，不產生二次污染，具有較高的應用價值。
[0039]3)本發(fā)明能耗低，可以利用太陽能進行反應，同時也可以減少雙氧水等氧化劑的用量。
[0040]4)本發(fā)明通過控制催化劑用量、雙氧水用量、催化氧化時間等降解有機廢水，制備的有機質溶液含量高，非直接轉化成二氧化碳，能被植物直接吸收利用的有效成分高，被作物直接吸收利用，具有速效性。同時促進植物根系生長，提高作物產量和農產品品質。
[0041 ] 5)有機廢水含有豐富的水溶有機質，雖然很多是大分子，但是這些大分子物質大部分屬于腐植酸類的有機物，這些有機物在光催化和雙氧水氧化雙重作用下降解形成含水溶碳的小分子團，而這種產物與未經處理的有機廢水原液相比，35粘度降低，在水中的擴散性和滲透性強很多。這種易被作物和微生物吸收的小分子有機質，有機碳部分是其主要的有效成分，因此可以將其稱為液體有機碳肥。有機碳肥能夠增加土壤的有機碳含量，全面提升土壤肥力，調節(jié)土壤碳氮比，促進微生物的繁殖與生長，改善微環(huán)境，大大增強了作物根系發(fā)育能力，有效解決土壤板結問題，同時在作物產量提高、口感改善、抗逆性方面也有顯著效果。
[0042]6)有機廢水中含有大量的大分子有機物，這些大分子有機物難以被微生物和作物吸收利用同時可能產生毒害作用，但經過降解處理變成有機小分子后，毒性大大降低，且可以直接被微生物和農作物吸收利用，是一種有機肥產品的好原料?？刂乒獯呋趸磻倪^程，可以有效地阻止小分子有機物被繼續(xù)氧化成二氧化碳和水，而又能使大部分有機大分子降解成有機小分子。該有機小分子的有效成分以水溶性碳為主，因此有機廢水可以變廢為寶生產有機碳肥。有機碳肥能夠增加土壤的有機碳含量，全面提升土壤肥力，調節(jié)土壤碳氮比，促進微生物的繁殖與生長，改善微環(huán)境，大大增強了作物根系發(fā)育能力，有效解決土壤板結問題，同時在作物產量提高、口感改善、抗逆性方面也有顯著效果。
【附圖說明】
[0043]圖1光催化氧化有機廢水生產有機碳肥的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0044]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0045]光催化氧化有機廢水生產有機碳肥的工藝流程圖，具體詳見圖1。
[0046]實施例1<