光催化技术治理黑臭水体

  本创造触及污水处理技能领域,详细触及一种光催化技能管理黑臭水体的办法,该办法为光催化外源操控处理、光催化内源管理和光催化水体保护中的至少一种;该办法选用光催化资料对黑臭水体进行原位处理,所述光催化资料为光催化粉末和/或附着有光催化粉末的载体,所述载体为网材、多孔泡沫基材和纤维填猜中的至少一种,所述光催化粉末为分形结构氧化钛、外表改性氧化钛和活性炭‑复原型介孔氧化钛中的至少一种。该办法运用光催化资料可以有用分化水体中氮磷有机物、吸附并氧化复原水体中的重金属离子,以及弥补水体中溶解氧的含量,终究完成黑臭水体管理,节约原资料本钱,进步黑臭水体管理功率。

  权利要求书

  1.一种光催化技能管理黑臭水体的办法,其特征在于:该办法为光催化外源操控处理、光催化内源管理和光催化水体保护中的至少一种;该办法选用光催化资料对黑臭水体进行原位处理,所述光催化资料为光催化粉末和/或附着有光催化粉末的载体,所述载体为网材、多孔泡沫基材和纤维填猜中的至少一种,所述光催化粉末为分形结构氧化钛、外表改性氧化钛和活性炭-复原型介孔氧化钛中的至少一种。

  2.依据权利要求1所述的一种光催化技能管理黑臭水体的办法,其特征在于:所述光催化外源操控处理包含如下进程:

  (A1)、将附着有光催化粉末的载体设置于污水源的排污口,在光照条件下进行污水过滤处理,得到开始净化的水体;

  (A2)、将进程(A1)得到的开始净化的水体排入搜集池,向搜集池中投进光催化资料,在光照条件下降解或堆积水体中的有机物、复原并堆积水体中的重金属离子,净化后的水体在搜集池中分红上层水体和基层淤泥;

  (A3)、将进程(A2)中的上层水体排出。

  3.依据权利要求1所述的一种光催化技能管理黑臭水体的办法,其特征在于:所述光催化内源管理包含进程(B1):将附着有光催化粉末的载体散布于污水的外表向下0-1m处,在光照条件下处理5-30d。

  4.依据权利要求3所述的一种光催化技能管理黑臭水体的办法,其特征在于:所述进程(B1)还包含:在光照前或光照进程中向污水中投进光催化粉末,所述光催化粉末的投进量为每平方米污水投进0.1-100g光催化粉末。

  5.依据权利要求1所述的一种光催化技能管理黑臭水体的办法,其特征在于:所述光催化水体保护包含进程(C1):在水体的外表设置有生态浮岛,所述生态浮岛附着有光催化粉末,在光照条件下净化水体。

  6.依据权利要求5所述的一种光催化技能管理黑臭水体的办法,其特征在于:所述进程(C1)还包含:在光照前或光照进程中,将附着有光催化粉末的载体散布于水体的外表向下0-1m处。

  7.依据权利要求1-6恣意项所述的一种光催化技能管理黑臭水体的办法,其特征在于:所述网材为尼龙网、聚乙烯网、聚丙烯网、聚氯乙烯网、铝网、铁网、铜网、镍网、不锈钢网或钛网;所述网材的目数为10-1200目。

  8.依据权利要求1-6恣意项所述的一种光催化技能管理黑臭水体的办法,其特征在于:所述多孔泡沫基材为泡沫镍、泡沫铝、泡沫铁、泡沫铜、泡沫钛和泡沫碳中的至少一种。

  9.依据权利要求1-6恣意项所述的一种光催化技能管理黑臭水体的办法,其特征在于:所述纤维填料为聚烯烃类填料和/或聚酰胺类填料;所述纤维填料呈柳絮状。

  10.依据权利要求1-6恣意项所述的一种光催化技能管理黑臭水体的办法,其特征在于:附着于网材的光催化粉末的负载量和附着于多孔泡沫基材的光催化粉末的负载量均为0.1-20g/m2;所述纤维填料与附着于纤维填料的光催化粉末的质量比为1-1000:1。

  说明书

  一种光催化技能管理黑臭水体的办法

  技能领域

  本创造触及污水处理技能领域,详细触及一种光催化技能管理黑臭水体的办法。

  布景技能

  近年来,跟着我国经济的快速开展,城市化和工业化进程加快,城市污水排放量不断增加。可是城市水体保护基础设施仍不完善,水污染操控与管理办法严峻滞后,导致很多污染物排入河流,一些城市水体尤其是中小城市水体,河流成为工业、农业、及日子废水的首要排放场所。水体中各项目标包含化学需氧量COD、氮磷等污染物浓度大幅超支,引起水体富营养化,呈现水体时节性或终年黑臭现象,层出不穷。城市黑臭水体给大众带来了极差的感官体会,成为现在杰出的水环境问题,严峻影响我国城市的杰出开展。

  详细来说,水体发作黑臭的首要原因有如下几方面:

  一是外源有机污染物和氨氮耗费水中溶解氧。有机污染物入河是构成水体黑臭现象的首要原因之一。当水体缺氧到过低水平时,厌氧菌很多繁殖,有机物在厌氧微生物的作用下进一步分化,发作很多硫化氢、胺、氨和其他带异味易挥发的小分子化合物,然后散发出臭味。一起,厌氧条件下,堆积物中发作的甲烷、氮气、硫化氢等难溶于水的气体,在上升进程中带着污泥进入水相,使水体发黑。此外,水体中的Fe2+、Mn2+等金属离子与水中的S2-构成致黑物质FeS、MnS等,铁锰硫化物被水中腐殖质吸附构成很多悬浮物,使得水体发黑。

  有研讨报导称:Fe2+浓度不只与水体色度有关,也是臭味发作的重要条件。研讨发现Fe2+浓度大于10mg/L的水体会呈现显着的黑色污浊现象,而Fe2+浓度小于5mg/L时水体仅会变污浊。这表明Fe2+浓度越高的水体变黑的程度越明显。此外,Fe2+浓度越高的水体中甲硫醇MT和硫化氢H2S浓度越高,这或许是因为Fe2+能促进硫酸盐复原菌的代谢进程,然后促进了恶臭硫化物的发作。因而,Fe2+浓度对黑臭水体的构成有明显影响。

  二是内源底泥污染。当水体被污染后,部分污染物铢积寸累,经过沉降作用或随颗粒物吸附作用进入到水体底泥中。底泥作为城市水体的重要内源污染物,在酸性、复原条件下,并在水力冲刷、生物活动以及人为扰动影响下,引起堆积底泥再悬浮,然后在一系列物理-化学-生物归纳作用下,吸附在底泥颗粒上的污染物与孔隙水发作交流,污染物和氨氮从底泥中开释,很多悬浮颗粒漂浮在水中,导致水体发黑、发臭。

  三是水动力学条件缺乏、水循环不畅的影响。损失生态功用的水体,往往活动性下降或完全消失,直接导致水体复氧才能阑珊,部分水域或水层缺氧问题严峻,构成合适蓝绿藻快速繁殖的水动力条件,增加水华爆发危险,引发水体水质恶化。

  四是水温升高水体热污染的影响。城市水体中往往会有很多较高温度的工业冷却水、污水处理厂退水以及居民日常日子污水等排入,导致部分乃至整个水体水温升高。水温的升高将加快水体中的微生物和藻类残体分化有机物及氨氮速度,加快溶解氧耗费,加重水体黑臭。

  城市黑臭水体整治技能的挑选应遵从“适用性、归纳性、经济性、长效性和安全性”准则。回忆国内外城市黑臭水体管理的实践工程事例,可以发现,城市黑臭水体整治可以选用的技能办法十分多,技能原理和运用办法也各不相同。《城市黑臭水体整治工作指南》依据各种技能的功用将其划分为四类。

  第一类,控源截污技能。即防止外来的各种污水、污染物等直接或随雨水排入城市水体,首要包含截污纳管和城市道源污染操控两项技能,其间最有用的办法便是铺设污水管道搜集污水。控源截污是城市黑臭水体管理的根本办法,也是采纳其他技能办法的条件,但施行起来难度大、周期长,需求城市规划建造全体统筹考虑。

  第二类,内源操控技能。经过清淤和打捞等办法铲除水中的底泥、废物、生物残体等固态污染物,完成内源污染的操控。但城市水体沿岸废物寄存前史较长的区域,废物清运不完全或许加快水体污染。

  第三类,生态修正技能。采纳植草沟、生态护岸、透水砖等办法,对原有硬化河边(湖岸)进行改造,经过康复岸线和水体的天然净化功用,强化水体的污染管理作用;需进行植物收割的,应选定适宜的时节。但工程量较大,工程废物处理处置本钱较高。

  第四类,活水循环等其他技能。这类技能是经过向城市黑臭水体中补入清洁水,促进水的活动和污染物的稀释、涣散与分化。清水补给办法既可以作为一种暂时办法,也可以作为一种水质坚持的长效办法。但部分工程需求铺设输水渠,工程建造和运转本钱相对较高,工程施行难度大。

  综上,黑臭水体管理技能繁复,且各有优势。但选用各种工程技能或物化技能进行污水处理一般存在操作难度大、本钱高、环境影响大、且后期水质不易坚持的问题。鉴于这些要素,近几年,运用光催化管理黑臭水体的技能呈现在人们的视界中,光催化技能是运用半导体资料吸收太阳能进行化学氧化复原反响,然后将有机物分化为水和二氧化碳。比较典型的运用便是选用石墨烯-二氧化钛光催化网进行污水管理,该技能经过运用太阳能对污水进行原位处理,工程量小、管理本钱低,且绿色安全,可是石墨烯价格昂贵,不利于商业化运用;现在市道上石墨烯依照纯度要求,价格在几十元-几百元每克,而污水管理一般需求成吨的原资料,明显不利于石墨烯光催化资料的水体管理方面的运用。

  创造内容

  为了战胜现有技能中存在的缺陷和缺乏,本创造的意图在于供给一种光催化技能管理黑臭水体的办法,该办法运用光催化资料并选用光催化外源操控处理、光催化内源管理和光催化水体保护中的至少一种办法对黑臭水体进行原位处理,光催化资料可以有用分化水体中氮磷有机物、吸附并氧化复原水体中的重金属离子,以及弥补水体中溶解氧的含量,终究完成黑臭水体管理,无增加石墨烯,节约原资料本钱;该光催化资料的可见光催化活性强、比外表积大,进步黑臭水体管理功率。本创造的办法具有工程量小、管理本钱低以及绿色安全的特色,合适运用在大规模黑臭水体的管理。

  本创造的意图经过下述技能计划完成:一种光催化技能管理黑臭水体的办法,该办法为光催化外源操控处理、光催化内源管理和光催化水体保护中的至少一种;该办法选用光催化资料对黑臭水体进行原位处理,所述光催化资料为光催化粉末和/或附着有光催化粉末的载体,所述载体为网材、多孔泡沫基材和纤维填猜中的至少一种,所述光催化粉末为分形结构氧化钛、外表改性氧化钛和活性炭-复原型介孔氧化钛中的至少一种。

  运用上述光催化资料并选用光催化外源操控处理、光催化内源管理和光催化水体保护中的至少一种办法对黑臭水体进行原位处理,光催化资料可以有用分化水体中氮磷有机物、吸附并氧化复原水体中的重金属离子,以及弥补水体中溶解氧的含量,终究完成黑臭水体管理,无增加石墨烯,节约原资料本钱;该光催化资料的可见光催化活性强、比外表积大,进步黑臭水体管理功率。该办法中的光催化外源操控处理、光催化内源管理和光催化水体保护可按次序顺次进行,更有用的净化水质,可两两组合施行,也可独立施行。

  进一步的,所述分形结构氧化钛的制备办法为以钛源溶液、电解液、分子筛的混合液作为前驱体液,得到钛源包覆的分子筛,然后在前驱体液中发作复原型极强的阴极辉光放电等离子体,等离子体复原处理和钛源水解反响的协同作用,将分子筛外表的钛源逐步转化为复原型介孔氧化钛,终究得到复原型介孔氧化钛包覆分子筛的复合资料,即分形结构氧化钛;所述钛源溶液为钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯、四氯化钛、三氯化钛、硫酸钛、或硫酸氧钛中的至少一种,所述分子筛为沸石分子筛,所述电解液的装备办法为将必定量的酸性溶液与水混合均匀得到必定电导率的酸性电解液,所述酸性溶液为盐酸、硝酸、硫酸、硒酸、磷酸、高氯酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、氢氰酸、亚硫酸、亚硝酸、以及醋酸中的至少一种,所述的电解液的氢离子浓度为0.01-10mol/l,所述电解液的电导率在25℃为0.1-100ms/cm。所述分形结构氧化钛具有三级结构,一级结构是分子筛骨架;二级结构是分子筛外表以及分子筛微孔外表包覆的一层厚度为5-10nm的复原型氧化钛;三级结构是所述复原型氧化钛具有壳核结构,壳层为具有Ti3+的非结晶层,内核为介孔氧化钛。制备的分形结构氧化钛一起具有分子筛比外表积大,以及复原型介孔氧化钛可见光呼应强的特色。

  所述外表改性氧化钛的制备办法为:将二氧化钛粉末涣散于电解液中,在电解液中发作阴极辉光放电等离子体,经过阴极辉光放电等离子体电解水发作氢气气氛并对二氧化钛进行氢化复原处理,放电完毕后,得到具有壳核结构的氧化钛,即为外表改性氧化钛。

  所述活性炭-复原型介孔氧化钛制备办法为:以钛源溶液、电解液、活性炭的混合液作为前驱体液,得到钛源包覆的活性炭,然后在前驱体液中发作复原型极强的阴极辉光放电等离子体,等离子体复原处理和钛源水解反响的协同作用,将活性炭外表的钛源逐步转化为复原型介孔氧化钛,终究得到复原型介孔氧化钛包覆活性炭的复合资料,即活性炭-复原型氧化钛。制备的活性炭-复原型氧化钛一起具有活性炭比外表积大,以及复原型介孔氧化钛可见光呼应强的特色。

  所述附着有光催化粉末的载体的制备办法为将4-8分量份的光催化粉末涣散于400-600分量份的水中,超声涣散20-60min后拌和1-2h,接着参加4-25分量份的涣散液,拌和均匀,得到混合液,将载体浸泡于混合液中,再取出载体在50-60℃温度下枯燥10-20min,浸泡和烘干重复操作0-3次,即得附着有光催化粉末的载体。所述涣散液为聚丙烯酸酯乳液或硅溶胶。

  优选的,所述光催化外源操控处理包含如下进程:

  (A1)、将附着有光催化粉末的载体设置于污水源的排污口,在光照条件下进行污水过滤处理,得到开始净化的水体;

  (A2)、将进程(A1)得到的开始净化的水体排入搜集池,向搜集池中投进光催化资料,在光照条件下降解或堆积水体中的有机物、复原并堆积水体中的重金属离子,净化后的水体在搜集池中分红上层水体和基层淤泥;

  (A3)、将进程(A2)中的上层水体排出。

  选用上述光催化外源操控处理的办法,首先将点源、面源的污染水体进行过滤处理,然后排入搜集池进行物理沉降,并运用光催化资料对搜集池中的水体进行光催化处理。其间,选用进程(A1)的技能计划,一方面,上述光催化粉末的载体可以有用过滤并别离水体中的大颗粒、漂浮物,另一方面,因为其本身具有大比外表积、高光催化活性,可以快速吸附重金属离子、分化水体中的有机物分子,完成对污染源水体的开始净化。选用进程(A2)的技能计划,经过本身光催化作用完成水体净化,进一步的,进程(A2)还包含在光照的一起对水体施加500-1000V的电压,关于重金属离子含量高的水体,在污染水体中参加光催化资料,因为重金属离子含量高的水体一般电导率高,经过在水体中施加高电压便发作液体辉光放电等离子体,等离子体电解水发作具有高活性的物质,可以快速降解水体中的有机物、复原重金属离子,与此一起,等离子体放电会发作高强度紫外射线,可以促进光催化资料的光催化反响,分化水体中的有机物、复原重金属离子,完成“等离子体技能+光催化技能”的结合,协同作用,更高效处理重金属离子含量高的污水源。选用进程(A3)的技能计划,将进程(A2)中的上层水体排出,堆积于搜集池底部的淤泥可用于堆肥、人工湿地等,进步污水运用率。

  优选的,所述光催化内源管理包含进程(B1):将附着有光催化粉末的载体散布于污水的外表向下0-1m处,在光照条件下处理5-30d。

  选用上述光催化内源管理的办法,关于大面积的黑臭水体,运用光催化资料对水体中有机物的进行分化、进步水体溶解氧、吸附并氧化复原水体中重金属离子、分化恶臭气体、以及底泥修正。选用附着有光催化粉末的载体散布于污水的外表向下0-1m处,一是便于光催化粉末吸收太阳能,运用太阳能可在短时间内分化水体中绝大多数有机物,如染料、油类、微生物等,分化产品为水和二氧化碳,完成污水中有机物分化;二是进步水体溶解氧含量,所述载体上的光催化粉末受光照发作光生电子空穴对,电子将水体裂解并发作氧气,发作的氧气进入水体然后进步水体溶解氧含量,溶解氧含量高,关于水体中的好氧微生物的繁殖、动植物的成长均有利,更有利于水体净化,因而光催化技能关于污染水体的生态康复有重要作用;三是吸附并复原水体中的金属离子,水体中Fe2+、Mn2+等金属离子及其硫化物是导致水体黑臭的重要原因,选用的载体将金属离子及其硫化物吸附固化在载体的外表,附着在载体上的光催化粉末光照下对金属离子及其硫化物原位处理,取出载体即可将金属离子及其硫化物与水体别离;四是分化水体中的恶臭气味,污水中硫化氢、氨气、甲烷等气体是导致水体恶臭的直接原因,附着在载体上的光催化粉末吸收太阳光,发作光生电子空穴对,然后与水反响生成氧化功能极强的羟基自由基·OH、超氧自由基·O2-等高活性物质,可以将硫化氢、氨气、甲烷等恶臭气体直接氧化生成NO2、CO2等气体,然后分化水体中的恶臭气味。

  优选的,所述进程(B1)还包含:在光照前或光照进程中向污水中投进光催化粉末,所述光催化粉末的投进量为每平方米污水投进0.1-100g光催化粉末。

  选用上述技能计划,光催化粉末可以将重金属离子吸附固化并发作光催化氧化复原反响,得到毒性低或无毒的重金属单质或氧化物,终究沉入水底,投进很多的光催化粉末可快速下降水体中重金属离子含量,有用缓解水体黑臭问题,别的,还能有用改进底泥环境,修正底泥。优选的,进程(B1)中投进的光催化粉末选用分形结构氧化钛(复原型介孔氧化钛包覆分子筛的复合资料),其以沸石分子筛作为骨架,沸石分子筛又是底泥改良剂,可去除水中氨氮物质,净化水质,沸石分子筛外表的复原型介孔氧化钛经过光催化作用能有用按捺底泥中厌氧微生物的成长,且光催化裂解水发作的氧气有利于底泥中好氧微生物成长,然后康复底泥生态系统,进步底泥自净才能。

  优选的,所述光催化水体保护包含进程(C1):在水体的外表设置有生态浮岛,所述生态浮岛附着有光催化粉末,在光照条件下净化水体。

  选用上述技能计划,生态浮岛与光催化净化水体结合,运用土壤-微生物-植物-光催化生态系统有用去除水体中的有机物、氮、磷、金属离子及其硫化物等污染物,以完成光催化水体保护。

  优选的,所述进程(C1)还包含:在光照前或光照进程中,将附着有光催化粉末的载体散布于水体的外表向下0-1m处。

  选用上述技能计划,便于光催化粉末充沛吸收太阳能,运用太阳能在短时间内分化水体中绝大多数有机物,比方染料、油类、细菌微生物等,分化产品为水和二氧化碳,完成污水中有机物分化的意图。

  优选的,所述网材为尼龙网、聚乙烯网、聚丙烯网、聚氯乙烯网、铝网、铁网、铜网、镍网、不锈钢网或钛网;所述网材的目数为10-1200目。

  以上述恣意一种网材为载体,光催化粉末涂覆于网材上,再运用于水体管理中,防止光催化粉末冷静与底泥并被掩盖而发挥不出光催化净化作用,所述网材的目数操控在10-1200目,便于水体的流转。

  优选的,所述多孔泡沫基材为泡沫镍、泡沫铝、泡沫铁、泡沫铜、泡沫钛和泡沫碳中的至少一种。

  以上述至少一种多孔泡沫基材为载体,光催化粉末涂覆于多孔泡沫基材上,再运用于水体管理中,防止光催化粉末冷静与底泥并被掩盖而发挥不出光催化净化作用。

  优选的,所述纤维填料为聚烯烃类填料和/或聚酰胺类填料;所述纤维填料呈柳絮状。

  以上述一种或两种纤维填料为载体,光催化粉末粘附于纤维填料,再运用于水体管理中,防止光催化粉末冷静与底泥并被掩盖而发挥不出光催化净化作用。呈柳絮状的纤维填料,与水体触摸的面积更大,光催化粉末的散布更疏,吸收光的作用越好,光催化作用作用越好。每条呈柳絮状的纤维填料能坚持杰出的活性和空地可变性,并且能在管理污水进程中取得愈来愈大的比外表积,又能进行杰出的推陈出新。

  优选的,附着于网材的光催化粉末的负载量和附着于多孔泡沫基材的光催化粉末的负载量均为0.1-20g/m2;所述纤维填料与附着于纤维填料的光催化粉末的质量比为1-1000:1。

  选用上述技能计划,即网材烘干后光催化粉末的负载量和多孔泡沫基材烘干后光催化粉末的负载量均为0.1-20g/m2,纤维填料与附着于纤维填料的光催化粉末的质量比为1-1000:1,操控光催化粉末的含量,进步光催化作用的一起节约资料本钱。

  本创造的有利作用在于:本创造的一种光催化技能管理黑臭水体的办法,该办法运用光催化资料并选用光催化外源操控处理、光催化内源管理和光催化水体保护中的至少一种办法对黑臭水体进行原位处理,光催化资料可以有用分化水体中氮磷有机物、吸附并氧化复原水体中的重金属离子,以及弥补水体中溶解氧的含量,终究完成黑臭水体管理,无增加石墨烯,节约原资料本钱;该光催化资料的可见光催化活性强、比外表积大,进步黑臭水体管理功率。(创造人曾平和;冯光;张峰;胡梦云)