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使用石墨负载的氮掺杂 TiO 2处理连续流太阳能光催化反应器中的灰水

2021-08-12 11:16:08

在过去的几十年中,随着人口的迅速增加和淡水资源的减少,用于生活、工业和农业用途的消耗性/非消耗性水供应的需求已经大大增加。为满足这一需求,水务部门和政策制定者正在为替代水源做出贡献,例如再利用水、雨水和灰水。生活中的灰水来自淋浴间、厨房水槽、洗衣机和洗手盆,但不包括厕所废水。灰水通常具有较低的传染性病原体含量和有机物负荷,因此其处理和再利用受到了广泛关注

灰水的处理和再利用可以显着减少对生活饮用水的需求,但必须谨慎行事,以确保在不损害公共健康和环境的情况下进行处理。与未经处理的灰水回用相关的一些常见问题是氧耗竭(如富营养化)、厌氧条件占主导地位、植物毒性和卫生风险。处理后的灰水具有多种再利用潜力,例如冲厕、清洁地板、洗车以及工业冷却和清洁应用。各国已经制定了基于安全、卫生、美学和生态耐受性的灰水回用和回收指南和标准。

过去应用了许多灰水处理方案,例如物理(膜过滤)、化学(混凝/絮凝、电化学过程)和生物方法(人工湿地、旋转生物承包商)。在过去的几十年里,在灰水处理中利用高级氧化工艺(特别是太阳能光催化)被视为一种潜在的方法。与以前的灰水处理方法相比,太阳能光催化系统具有许多优点,例如(1)降解新兴污染物的效率高;(2)光催化剂的高稳定性;(3)去除或矿化各种水性污染物。

图1 连续式太阳能光催化反应器示意图

1 连续式太阳能光催化反应器示意图(1-灰水进水槽、2-蠕动泵、3-石墨涂层NT-TiO 2、4-托盘式光催化反应器、5-出水槽、6-可见光灯、7-支架、 8灯座、9保护罩、10冷却水箱、11水循环泵)

国外研究人员使用托盘式太阳能光催化反应器(Heber science,型号:HP-SLJV16254)进行连续模式光催化实验。使用 150 W 的卤钨灯(Heber Scientific)作为波长范围为 400 至 700 nm 的可见光源。托盘式太阳能光催化反应器(25 cm × 35 cm × 8 cm)填充有固定在石墨上的N-TiO 2纳米粒子(作为一层均匀)。流速保持在 20–70 mL/min 的范围内。N-TiO 2在太阳能光催化反应器(SPCR)中用灰水进行光催化活性测试。灰水中的初始 BP 浓度为 11 毫克/升。反应器在先前工作中提供的最佳条件下运行(pH-3,H 2 O 2剂量-1 g/L,催化剂剂量-5 g/L)。

在这项研究中,连续流动太阳能光催化反应器成功地用石墨涂层的氮掺杂(GT-NTiO 2)催化剂处理灰水。连续模式操作显示出灰水中的 COD、TOC 和 NH 4 -N 的显着降解。随着流速的降低,观察到所有污染物的降解效率都有所提高。最大降低COD-71.8%、TOC-65.1%和NH 4-N-63.7% 在 20 mL/min 的流速下达到。连续流动太阳能光催化反应器已被证明是从灰水中降解有机物和营养物的有效系统。需要进一步研究光催化剂的改性,如掺杂多种元素等,以增强对有机物和营养物的光催化降解。此外,灰水流出物可用于非消耗性应用(园艺、地板清洁、工业冷却水等),消除病原体、重金属、表面活性剂等。

来源:https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-75278-1_15

Greywater Treatment in Continuous Flow Solar Photocatalytic Reactor Using Graphite Supported Nitrogen-Doped TiO2


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