專利名稱：光催化氧化-生物浮床除藻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于處理富營(yíng)養(yǎng)化水體的光催化氧化-生物浮床除藻裝置， 屬于環(huán)保工程與水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，湖泊、河流中氮、磷超標(biāo)，導(dǎo)致藍(lán)藻過(guò)量繁殖，困擾著水污染治理工作。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量工業(yè)廢水、生活污水有機(jī)污染物的超標(biāo)排放，導(dǎo)致湖泊等水體內(nèi)總 氮、總磷等營(yíng)養(yǎng)元素含量過(guò)高，超過(guò)湖體的自凈能力，引起藻類大量繁殖，破壞了原有的生 態(tài)平衡，降低了水體使用功能。治理富營(yíng)養(yǎng)化的方法很多，主要有(1)物理法如過(guò)濾除藻、黏土除藻、氣浮除 藻、換水/稀釋、挖泥、機(jī)械收藻等，投資大、運(yùn)行成本高，有時(shí)效率欠佳；(2)化學(xué)法如氯除 藻、臭氧除藻、高錳酸鉀除藻等，該方法存在二次污染問(wèn)題；(3)生物-生態(tài)法如水生植物 修復(fù)技術(shù)、水生動(dòng)物修復(fù)技術(shù)、生物膜技術(shù)等，較適合對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)行預(yù)防，由于生物生長(zhǎng) 對(duì)外界環(huán)境有一定的要求，當(dāng)外界環(huán)境條件發(fā)生改變時(shí)，勢(shì)必影響其處理效果。利用納米光 催化技術(shù)治理水污染是近年來(lái)污水處理的新領(lǐng)域，光催化反應(yīng)具有較強(qiáng)的殺菌消毒作用， 能分解藻毒素，分解有機(jī)污染物，對(duì)藻類具有較強(qiáng)的殺滅作用，但脫氮除磷效果并不理想， 若與生物生態(tài)技術(shù)聯(lián)用，則會(huì)得到滿意的處理效果。光催化氧化是一種有催化劑參與的光化學(xué)氧化過(guò)程，在污染體系中投加一定量 的光敏半導(dǎo)體材料，同時(shí)結(jié)合一定量的光輻射，使光敏半導(dǎo)體在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電 子_空穴對(duì)，吸附在半導(dǎo)體上的溶解氧、水分子等與電子_空穴作用，產(chǎn)生OH等氧化性極強(qiáng) 的自由基，再通過(guò)與污染物之間的羥基加和、取代、電子轉(zhuǎn)移等使污染物全部或接近全部礦 化。光催化氧化技術(shù)的核心是高效半導(dǎo)體光催化劑，目前應(yīng)用最多的是半導(dǎo)體材料納米二 氧化鈦(TiO2),優(yōu)點(diǎn)是能有效吸收太陽(yáng)光譜中的弱紫外輻射部分；氧化還原性較強(qiáng)；在較 大PH值范圍內(nèi)的穩(wěn)定性強(qiáng)；無(wú)毒。TiO2光催化殺滅藻類(或細(xì)菌)的機(jī)理主要包括直接反 應(yīng)和間接反應(yīng)，直接反應(yīng)是光生電子和空穴直接和藻類(或細(xì)菌)細(xì)胞的組成成分反應(yīng)，從 而殺滅藻類(或細(xì)菌)；間接反應(yīng)是光生電子或光生空穴與水或水中的溶氧反應(yīng)，形成0H、 H2O2等具有很強(qiáng)氧化能力的活性氧類，這些活性氧類一方面能穿透藻類細(xì)胞壁，擴(kuò)散至細(xì)胞 內(nèi)部氧化葉綠素，使藻類代謝終止、死亡，從而有效地殺滅藻類；另一方面能穿透菌類的細(xì) 胞壁，進(jìn)入菌體，阻止成膜物質(zhì)的傳輸，阻斷其呼吸系統(tǒng)和電子傳輸系統(tǒng)，從而有效地殺滅 菌類。生物浮床技術(shù)是按照自然規(guī)律在以富營(yíng)養(yǎng)化為主體的污染水域水面種植水生或 陸生植物等各種適宜的植物，通過(guò)植物根部的吸收吸附以及根際微生物的各種新陳代謝活 動(dòng)削減富集水體中氮磷及有害物質(zhì)，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的效果同時(shí)又可美化水域景觀。生 物浮床技術(shù)主要由以下途徑凈化水質(zhì)(1)吸附、過(guò)濾、沉淀作用，生物浮床中的植物，能促 進(jìn)水體中懸浮物的沉積，降低水體的濁度；(2)吸收作用，水生植物在生長(zhǎng)過(guò)程中需要吸收 大量的氮、磷、二氧化碳和有機(jī)物等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；(3)微生物的輔助作用，水生植物通過(guò)植株
3枝條和根系的氣體傳輸和釋放作用，氧氣部分通過(guò)根系向根區(qū)釋放，擴(kuò)散到周圍缺氧的環(huán)境中，形成好氧/厭氧微環(huán)境。好氧生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解，硝化菌和反硝化菌進(jìn)行硝化和 反硝化反應(yīng)，最終將氮素以氮?dú)獾男问饺コ?；厭氧微生物進(jìn)行厭氧降解。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種用于處理富營(yíng)養(yǎng)化水體的光催化氧化_生物浮床
除藻裝置。本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)光催化氧化-生物浮床除藻裝置，特點(diǎn)是包括光催化氧化裝置、浮體和生物浮 床，所述光催化氧化裝置安裝在輕質(zhì)防腐框上，所述光催化氧化裝置的左右兩側(cè)均與一浮 體連接，所述左右浮體的前側(cè)和光催化氧化裝置的前側(cè)連接生物浮床，相對(duì)稱地，所述左右 浮體的后側(cè)和光催化氧化裝置的后側(cè)也連接生物浮床。將光催化氧化技術(shù)和生物浮床技術(shù) 集成于固載型光催化反應(yīng)裝置上，并與其配套裝置一同連接于可自由移動(dòng)的浮體，整套裝 置靈活安裝和操作；該裝置用于處理富營(yíng)養(yǎng)化水體，一方面通過(guò)光催化氧化裝置殺除藻類、 細(xì)菌，分解水體中難降解有機(jī)物，另一方面通過(guò)生物浮床彌補(bǔ)光催化氧化技術(shù)去除氮磷能 力相對(duì)較弱的缺陷，從而使光催化氧化裝置更好運(yùn)營(yíng)并提高其凈化效率。進(jìn)一步地，上述的光催化氧化_生物浮床除藻裝置，所述光催化氧化裝置包括光 催化膜組件、增氧裝置和聚光板，所述光催化膜組件安裝在增氧裝置上，所述光催化膜組件 上安裝有聚光板。更進(jìn)一步地，上述的光催化氧化-生物浮床除藻裝置，所述光催化膜組件包括固 載有二氧化鈦光催化材料和催化劑的玻璃纖維網(wǎng)、空心石英管和紫外燈管，所述固載有二 氧化鈦光催化材料和催化劑的玻璃纖維網(wǎng)包裹在空心石英管上，所述空心石英管中內(nèi)置有 紫外燈管。本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步主要體現(xiàn)在①本實(shí)用新型將固載型光催化反應(yīng)裝置及其配套裝置等安裝在可自由移動(dòng)的浮 體上，固載后的光催化劑利用太陽(yáng)光進(jìn)行光催化氧化反應(yīng)，將藻類及細(xì)菌滅活，并可分解藻 毒素，降解有機(jī)物等其他污染物質(zhì)；該裝置不僅具有靈活性，而且原位處理節(jié)約占地，污染 水體可通過(guò)浮體的移動(dòng)得到循環(huán)處理，水質(zhì)凈化效果較好；②充分利用光催化氧化與生物浮床技術(shù)兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，一方面通過(guò)生物浮床彌 補(bǔ)光催化氧化技術(shù)去除有機(jī)物及氮磷能力相對(duì)弱的缺陷，另一方面通過(guò)光催化氧化技術(shù)殺 除藻類、細(xì)菌，分解水體中難降解有機(jī)物；裝置除藻、殺菌、脫氮除磷等多功能復(fù)合于一體， 使被處理的富營(yíng)養(yǎng)化水體得到徹底的治理；③節(jié)省能源，采用太陽(yáng)光為輻射光源，僅部分運(yùn)行時(shí)間需開(kāi)啟紫外燈，且增氧裝置 無(wú)需連續(xù)工作；堪稱是具有新穎性、創(chuàng)造性、實(shí)用性的好技術(shù)。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明


圖1 本實(shí)用新型裝置的平面布置示意圖；圖2 本實(shí)用新型裝置的縱剖面示意圖；[0018]圖3 光催化膜組件的縱剖面示意圖。圖中各附圖標(biāo)記的含義見(jiàn)下表
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型將光催化技術(shù)和生物浮床技術(shù)進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)一種用于處理富營(yíng)養(yǎng)化 水體的光催化氧化-生物浮床除藻裝置，充分利用兩者的優(yōu)點(diǎn)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行治理， 該系統(tǒng)具有處理效率高、見(jiàn)效快、凈化徹底、無(wú)二次污染、操作靈活、適用范圍廣等特點(diǎn)。如
圖1所示，光催化氧化_生物浮床除藻裝置，包括光催化氧化裝置1、浮體2和生 物浮床3，光催化氧化裝置1安裝在輕質(zhì)防腐框7上，光催化氧化裝置1的左右兩側(cè)均與一 浮體2連接，左右浮體的前側(cè)和光催化氧化裝置的前側(cè)連接一生物浮床3，相對(duì)稱地，左右 浮體的后側(cè)和光催化氧化裝置的后側(cè)也連接一生物浮床。采用光催化氧化深度水處理技術(shù) 與生物浮床技術(shù)集成，并與其配套裝置一同連接于可自由移動(dòng)的浮體，組裝成固載式光催 化氧化除藻裝置；因地制宜地選擇浮床載體和浮床植物，載體各單元結(jié)構(gòu)相連接，其上種植 去污能力強(qiáng)和景觀效果好的水生植物。其中，光催化氧化裝置1光源選用太陽(yáng)光，電光源備 用，光照強(qiáng)烈時(shí)采用陽(yáng)光照射，陰雨天氣時(shí)采用電光源紫外光照射光催化，光源聚光采用復(fù) 合拋物面采光板聚光。光催化氧化反應(yīng)裝置剛好浸沒(méi)在水面下，通過(guò)裝置兩端連接的浮體 使裝置大部分在水面以上；富營(yíng)養(yǎng)化水通過(guò)接觸光催化氧化裝置的光催化膜組件，經(jīng)過(guò)增 氧裝置提高水體溶解氧，一定時(shí)間反應(yīng)后，去除藻類、細(xì)菌及有機(jī)物等污染物質(zhì)。生物浮床 3因地制宜地選擇浮床載體和浮床植物，根據(jù)生態(tài)學(xué)原理及低成本的要求，選取去污能力強(qiáng) 和景觀效果好的植物，進(jìn)行種植后投放水體，與光催化氧化裝置組合使用，充分利用兩種技 術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使被處理的富營(yíng)養(yǎng)化水體得到徹底的治理。如圖2所示，光催化氧化裝置1包括光催化膜組件4、增氧裝置6和聚光板5，光催 化膜組件4安裝在增氧裝置6上，光催化膜組件4上安裝有聚光板5。增氧裝置6提高水體溶解氧，一定時(shí)間反應(yīng)后，去除藻類、細(xì)菌及有機(jī)物等污染物質(zhì)。水體經(jīng)處理后，藻類濃度可 逐漸降低，水體其他污染指標(biāo)也降低到一定水平，減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況。生物浮床2上種 植植物10，通過(guò)植物10根部的吸收吸附以及根際微生物的各種新陳代謝活動(dòng)，進(jìn)一步削減 富集水體中氮磷及有害物質(zhì)，并使水體維持良好的生態(tài)環(huán)境。光催化氧化裝置1負(fù)載的光 催化膜組件4剛好浸沒(méi)在水面下，通過(guò)裝置兩端連接的浮體2提高裝置的浮力使裝置大部 分在水位8以上；光催化氧化裝置1底部裝有輕質(zhì)防腐框7，一方面防止光催化氧化裝置1 在水位低的部位受到污泥等的污染，另一方面便于光催化氧化裝置1與浮體2和生物浮床 3的連接。如圖3所示，光催化膜組件4包括固載有二氧化鈦光催化材料和催化劑的玻璃纖 維網(wǎng)11、空心石英管13和紫外燈管12，固載有二氧化鈦光催化材料和催化劑的玻璃纖維網(wǎng) 11包裹在空心石英管13上，空心石英管13中內(nèi)置有紫外燈管12。光催化氧化裝置1由多 個(gè)光催化膜組件4構(gòu)成，選用玻璃纖維網(wǎng)11作為固載催化劑的載體，將固載納米TiO2催化 劑的玻璃纖維網(wǎng)11包裹在空心石英管13上，內(nèi)置紫外燈管12，紫外燈管12為應(yīng)急光源，當(dāng) 太陽(yáng)光弱時(shí)開(kāi)啟，形成一個(gè)管式光催化膜組件，反應(yīng)裝置中安裝多個(gè)光催化膜組件用于擴(kuò) 大水-固相接觸面。在納米TiO2制備過(guò)程中摻雜金屬，提高催化活性，擴(kuò)大吸收光波的波長(zhǎng) 范圍，提高太陽(yáng)光光照的利用率。光照強(qiáng)烈時(shí)采用陽(yáng)光照射，陰雨天氣時(shí)采用蓄電池9電光 源紫外光照射光催化，光源聚光采用非成像聚光器原理設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、光能利用率高的 復(fù)合拋物面聚光板5聚光，太陽(yáng)光聚集后照射到光催化膜表面，促使發(fā)生光催化氧化反應(yīng)。小試光催化氧化裝置的出水水質(zhì)如表1所示，數(shù)據(jù)為裝置運(yùn)行30h后，處理效率穩(wěn) 定時(shí)的數(shù)據(jù)平均值。表1水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 由表1可看出，經(jīng)光催化氧化裝置的深度處理，出水各水質(zhì)指標(biāo)均明顯低 于對(duì)照裝置(無(wú)光催化劑)，藻類能夠基本殺滅；有機(jī)物降低到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (GB3838-2002)III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；有效降低濁度、懸浮物濃度，提高透明度效果顯著；具有顯著的殺菌作用；僅氨氮、總氮、總磷指標(biāo)去除效率偏低，但效果明顯好于對(duì)照裝置(去除率 分別僅 31. 2%,25. 3%和 20. 1% ) ο中試光催化氧化-生物浮床除藻裝置試驗(yàn)分析結(jié)果，如表2所示，處理500m2的富 營(yíng)養(yǎng)化水體7天后的數(shù)據(jù)表明，結(jié)合生物浮床技術(shù)，該裝置能夠高效去除水體中的藻類、有 機(jī)物、懸浮物以及氮磷。表2水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 可見(jiàn)，利用光催化氧化-生物浮床除藻裝置處理富營(yíng)養(yǎng)化水體，一方面通過(guò)生物 浮床可彌補(bǔ)光催化氧化技術(shù)去除氮磷能力相對(duì)較弱的缺陷，另一方面通過(guò)光催化氧化技術(shù) 可以殺除藻類、細(xì)菌，分解水體中難降解有機(jī)物，從而使生物浮床能良好運(yùn)營(yíng)并提高其凈化 效率。該裝置能充分利用兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使被處理的富營(yíng)養(yǎng)化水體得到徹底的治理。本 裝置處理污水的方法與傳統(tǒng)的方法相比，原位處理更節(jié)約面積、管理維護(hù)方便、見(jiàn)效迅速、 無(wú)二次污染，并且能夠維持景觀水體的良好水質(zhì)。綜上，光催化氧化_生物浮床除藻裝置高效去除水藻，能大大降低富營(yíng)養(yǎng)水體中 的污染物質(zhì)。該裝置充分利用浮體及浮床的靈活性，可根據(jù)不同污染程度、不同位置的水域 靈活使用，安裝和操作簡(jiǎn)便，污染水體得到原位處理，節(jié)約占地；光催化氧化裝置是一種節(jié) 能技術(shù)，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能加以利用，大大降低了處理成本；此外，本裝置整個(gè)處理過(guò) 程中無(wú)二次污染產(chǎn)生，構(gòu)建了一個(gè)健康的水體生態(tài)系統(tǒng)，是一種具有普遍實(shí)用性的高效處 理技術(shù)。本裝置能夠滿足我國(guó)污染水體處理技術(shù)的迫切需求，對(duì)保持我國(guó)水資源實(shí)現(xiàn)可持 續(xù)發(fā)展，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義，市場(chǎng)前景廣闊。需要理解到的是以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些 改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求光催化氧化-生物浮床除藻裝置，其特征在于包括光催化氧化裝置、浮體和生物浮床，所述光催化氧化裝置安裝在輕質(zhì)防腐框上，所述光催化氧化裝置的左右兩側(cè)均與一浮體連接，所述左右浮體的前側(cè)和光催化氧化裝置的前側(cè)連接生物浮床，相對(duì)稱地，所述左右浮體的后側(cè)和光催化氧化裝置的后側(cè)也連接生物浮床。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化氧化_生物浮床除藻裝置，其特征在于所述光催化 氧化裝置包括光催化膜組件、增氧裝置和聚光板，所述光催化膜組件安裝在增氧裝置上，所 述光催化膜組件上安裝有聚光板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化氧化_生物浮床除藻裝置，其特征在于所述光催化 膜組件包括固載有二氧化鈦光催化材料和催化劑的玻璃纖維網(wǎng)、空心石英管和紫外燈管， 所述固載有二氧化鈦光催化材料和催化劑的玻璃纖維網(wǎng)包裹在空心石英管上，所述空心石 英管中內(nèi)置有紫外燈管。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種光催化氧化-生物浮床除藻裝置，包括光催化氧化裝置、浮體和生物浮床，光催化氧化裝置安裝在輕質(zhì)防腐框上，光催化氧化裝置的左右兩側(cè)均與一浮體連接，左右浮體的前側(cè)和光催化氧化裝置的前側(cè)連接生物浮床，相對(duì)稱地，左右浮體的后側(cè)和光催化氧化裝置的后側(cè)也連接生物浮床。本實(shí)用新型充分利用光催化氧化與生物浮床技術(shù)兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，一方面通過(guò)生物浮床彌補(bǔ)光催化氧化技術(shù)去除有機(jī)物及氮磷能力相對(duì)弱的缺陷，另一方面通過(guò)光催化氧化技術(shù)殺除藻類、細(xì)菌，分解水體中難降解有機(jī)物；裝置除藻、殺菌、脫氮除磷等多功能復(fù)合于一體，使被處理的富營(yíng)養(yǎng)化水體得到徹底的治理。
文檔編號(hào)C02F1/72GK201620092SQ20092035357
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者杜建強(qiáng) 申請(qǐng)人:蘇州德華生態(tài)環(huán)境科技有限公司