本發(fā)明涉及水污染控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種治理黑臭水體的電催化微陣列系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水是人類(lèi)賴以生存不可或缺的自然資源，但隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步、工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展及人口的持續(xù)增長(zhǎng)，極為有限的供水資源受到水質(zhì)惡化和生態(tài)破壞的嚴(yán)重威脅，這大大加劇了水資源短缺的矛盾。水資源短缺和水環(huán)境惡化己成為21世紀(jì)全球資源環(huán)境領(lǐng)域面臨的首要問(wèn)題，制約人類(lèi)社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步。

黑臭水體即呈現(xiàn)令人不悅的顏色或散發(fā)令人不適氣味的水體，其成因多數(shù)是由于有機(jī)污染物排入水體，微生物好氧分解，造成水體缺氧，從而使水中有機(jī)污染物被厭氧分解，產(chǎn)生不同類(lèi)型的黑臭類(lèi)物質(zhì)，呈現(xiàn)水體黑臭。近幾年，黑臭水體是百姓反映極為強(qiáng)烈的水環(huán)境問(wèn)題。黑臭水體不僅損害了人居環(huán)境，還嚴(yán)重影響了城市形象。治理城市黑臭水體的已經(jīng)成為百姓的強(qiáng)烈愿望。2016年2月18日，住建部通報(bào)稱(chēng)，截止2016年2月16日排查發(fā)現(xiàn)，全國(guó)295座地級(jí)及以上城市中，有77座城市沒(méi)有發(fā)現(xiàn)黑臭水體，其余218座城市中，共排查出黑臭水體1861個(gè)。2015年4月，《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》正式出臺(tái)，其中明確提出到2020年，地級(jí)及以上城市黑臭水體控制在10％以內(nèi)，到2030年，城市黑臭水體總體消除。

但另一方面，黑臭水體的修復(fù)和治理的技術(shù)難度較大。目前常見(jiàn)的處理方法包括化學(xué)法、物理法和生物法等?；瘜W(xué)法由于需要投加大量的化學(xué)藥劑，且化學(xué)藥劑成本較高，并易引起二次污染；物理修復(fù)措施主要有底泥疏潑、引水換水等工程方法，但是物理修復(fù)過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的絕對(duì)量并沒(méi)有減少，不能從根本上解決問(wèn)題，并且成本高昂；主要的生物處理技術(shù)包括人工濕地、生物浮島等，此類(lèi)方法具有原位修復(fù)特點(diǎn)，兼具景觀美化作用，但是降解反應(yīng)速率慢，水體處理周期較長(zhǎng)。目前市場(chǎng)上尚無(wú)節(jié)能、安全、高效的景觀水體修復(fù)設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題而做出的，本發(fā)明的目的在于提供一種安全可靠、快速高效的治理黑臭水體的方法，在短時(shí)間內(nèi)解決黑臭水體重色度、重臭味的影響環(huán)境美觀和人體感官的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種治理黑臭水體的電催化微陣列系統(tǒng)，其特征在于：包括微電極陣列(1)、電極支架(2)、直流穩(wěn)壓電源(3)，其中微電極陣列由雙股電纜(21)、氧化鉛電極對(duì)(22)、限位架(23)構(gòu)成，微電極陣列(1)通過(guò)電極支架(2)支撐并通過(guò)其中的雙股電纜(21)與直流穩(wěn)壓電源(3)連通，氧化鉛電極對(duì)(22)分別穿透雙股電纜(21)陽(yáng)極和陰極的導(dǎo)線，將直流穩(wěn)壓電源(3)提供的電流傳遞給黑臭水體。

水體修復(fù)操作時(shí)，將該系統(tǒng)系上重物，懸浮于黑臭水體底部，通過(guò)直流穩(wěn)壓電源(3)給微電極陣列(1)提供電流，一方面通過(guò)電催化作用，形成大量羥基自由基，分解有機(jī)污染物，另一方面，曝氣時(shí)可形成直徑在數(shù)十微米和數(shù)十納米之間的微小氣泡，通過(guò)曝氣作用促進(jìn)有機(jī)物的好氧微生物降解。

在一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述電極支架(2)為中空PVC管，管內(nèi)有雙股電纜(21)并連接直流穩(wěn)壓電源(3)。

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述直流穩(wěn)壓電源(3)為低電壓大電流的開(kāi)關(guān)式電源，工作在恒流模式，并具有提供脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化電解效果的能力。

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述限位架(23)的材質(zhì)為工程塑料，可將氧化鉛電極對(duì)(22)的尖端距離嚴(yán)格控制在0.1～0.2mm之間。由此可以實(shí)現(xiàn)微納米氣泡曝氣。

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述微電極對(duì)的數(shù)量為20-300對(duì)，為兼顧電極效率與維護(hù)難易度，優(yōu)選50-200對(duì)，更優(yōu)選100-150對(duì)。

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述直流穩(wěn)壓電源(3)的恒流輸出為8-20A，在優(yōu)選微電極電對(duì)為優(yōu)選50-200對(duì)的基礎(chǔ)上，恒流輸出優(yōu)選10-15A，以保證合理的電流利用效率。

在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述直流穩(wěn)壓電源(3)的輸出電壓為5-20V，在恒流輸出為優(yōu)選10-15A的基礎(chǔ)上，輸出電壓優(yōu)選7.5-15V，以保證適宜的槽電壓范圍以及能量轉(zhuǎn)化效率。

本發(fā)明另一方面提供一種治理黑臭水體的方法，其特征在于將本發(fā)明的系統(tǒng)懸浮于黑臭水體底部，通過(guò)直流穩(wěn)壓電源(3)給微電極陣列(1)提供電流。

在一個(gè)具體實(shí)施方案中，對(duì)黑臭水體持續(xù)處理12-24h。

通過(guò)上述的技術(shù)方案的實(shí)施，可實(shí)現(xiàn)對(duì)黑臭水體的電催化凈化和修復(fù)，本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明構(gòu)造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊，具有價(jià)廉易得、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)；

2、本發(fā)明采取低電壓大電流的直流穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)同時(shí)提供電催化氧化和電解水曝氣的能量，安全穩(wěn)定，能耗低，環(huán)境干擾少；

3、本發(fā)明以高效的氧化鉛電極為微電極陣列的活性中心，具有電催化活性強(qiáng)、羥基自由基產(chǎn)率高，有機(jī)污染物降解效果好等特點(diǎn)；

4、本發(fā)明中采用限位架對(duì)陰陽(yáng)電極對(duì)尖端的間距進(jìn)行嚴(yán)格限定，保證了微納米氣泡的穩(wěn)定發(fā)生，保證了曝氣量的均勻性；

5、本發(fā)明系統(tǒng)中產(chǎn)生的多種活性物質(zhì)與水體直接接觸，借助羥基自由基的氧化能力和微納米氣泡的界面活性等作用對(duì)污染水體進(jìn)行原位就地處理，可有效解決湖泊、水庫(kù)、池塘、景觀水體等緩流或黑臭水域的富營(yíng)養(yǎng)化及有機(jī)物污染問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

為更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，下面對(duì)具體實(shí)施方式部分的描述中使用到的附圖作簡(jiǎn)單說(shuō)明。

圖1為電催化微陣列系統(tǒng)，其中，1-微電極陣列、2-電極支架、3-直流穩(wěn)壓電源；

圖2為微電極陣列的局部放大圖，其中21-雙股電纜、22-氧化鉛電極對(duì)、23-限位架；

圖3為微電極陣列局部放大圖的側(cè)視圖，附圖標(biāo)記同圖2。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明所用的直流穩(wěn)壓電源可以提供低電壓大電流，工作在恒流模式，并具有提供脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化電解效果的能力，為系統(tǒng)同時(shí)提供電催化氧化和電解水曝氣的能量。常見(jiàn)的電源均為一定范圍內(nèi)可調(diào)電源，因電極對(duì)數(shù)量不確定，因此無(wú)法確定電流電壓等參數(shù)，只要滿足曝氣要求即可，并無(wú)特殊要求。本發(fā)明的直流穩(wěn)壓電源所提供的脈沖電場(chǎng)可以消除電極濃差極化，提高電催化效率。

電催化作用可以形成大量羥基自由基，分解有機(jī)污染物。曝氣可形成直徑在數(shù)十微米和數(shù)十納米之間的微小氣泡，通過(guò)曝氣作用促進(jìn)有機(jī)物的好氧微生物降解。本發(fā)明的電催化微陣列系統(tǒng)使得電催化作用與曝氣同時(shí)進(jìn)行，由此通過(guò)提高曝氣以有助于電催化分解污染物效率的提高，避免因曝氣不充分，溶氧量不足導(dǎo)致的羥基自由基產(chǎn)率較低。

本發(fā)明首次將電催化用于治理黑臭水，所用的氧化鉛電極是微電極陣列的活性中心，因具有電催化活性強(qiáng)、析氧電位高、羥基自由基產(chǎn)率高，有機(jī)污染物降解效果好等優(yōu)勢(shì)，成為電催化型電極的最佳選擇。

本發(fā)明所用的限位架將氧化鉛電極對(duì)(22)的尖端距離嚴(yán)格控制在0.1～0.2mm之間，保證了微納米氣泡的穩(wěn)定發(fā)生，實(shí)現(xiàn)微納米氣泡曝氣，保證了曝氣量的均勻性，同時(shí)有助于溶氧量的最大化。

實(shí)施例

以下采用實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。

實(shí)施例1

圖1示出一種治理黑臭水體的電催化微陣列系統(tǒng)，包括微電極陣列(1)、電極支架(2)、直流穩(wěn)壓電源(3)三部分，其中微電極陣列由雙股電纜(21)、氧化鉛電極對(duì)(22)、限位架(23)構(gòu)成，微電極陣列(1)通過(guò)電極支架(2)支撐并通過(guò)其中的雙股電纜(21)與直流穩(wěn)壓電源(3)連通，氧化鉛電極對(duì)(22)分別穿透雙股電纜(21)陽(yáng)極和陰極的導(dǎo)線，將直流穩(wěn)壓電源(3)提供的電流傳遞給黑臭水體。電極支架(2)為中空PVC管，管內(nèi)有雙股電纜(21)并連接直流穩(wěn)壓電源(3)，直流穩(wěn)壓電源(3)為低電壓大電流的開(kāi)關(guān)式電源，工作在恒流模式，并具有提供脈沖電場(chǎng)強(qiáng)化電解效果的能力，限位架(23)材質(zhì)為工程塑料，可將氧化鉛電極對(duì)(22)的尖端距離嚴(yán)格控制在0.1～0.2mm之間，以實(shí)現(xiàn)微納米氣泡曝氣。

水體修復(fù)操作時(shí)，將該系統(tǒng)系上重物，懸浮于黑臭水體底部，通過(guò)直流穩(wěn)壓電源(3)給微電極陣列(1)提供電流，一方面通過(guò)電催化作用，形成大量羥基自由基，分解有機(jī)污染物，另一方面，曝氣時(shí)可形成直徑在數(shù)十微米和數(shù)十納米之間的微小氣泡，通過(guò)曝氣作用促進(jìn)有機(jī)物的好氧微生物降解。

實(shí)施例2

以含有128對(duì)微電極對(duì)的電催化微陣列系統(tǒng)對(duì)10m³的模擬污染水體進(jìn)行修復(fù)處理，該系統(tǒng)懸浮于水體底部20cm高度處，控制直流穩(wěn)壓電源(3)的恒流輸出為12A，對(duì)應(yīng)電壓為8.7V，開(kāi)始電催化氧化和微納米曝氣操作，連續(xù)修復(fù)12h，水體中重要水質(zhì)指標(biāo)變化如下：

COD_Cr：2537.4mg L^-1降至1265.1mg L^-1；

氨氮：124.2mg L^-1降至15.7mg L^-1；

總磷：17.6mg L^-1降至6.5mg L^-1；

溶氧量：0.2mg L^-1提高至5.5mg L^-1；

降低了水體的色度、濁度、臭味等感官特征，基本上恢復(fù)了水體的生態(tài)功能，改善了水體的污染狀況。

以上所述的具體實(shí)施方式僅用于具體說(shuō)明本發(fā)明的精神，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，當(dāng)然可根據(jù)本說(shuō)明書(shū)中所公開(kāi)的技術(shù)內(nèi)容，通過(guò)變更、置換或變型的方式輕易做出其它的實(shí)施方式，這些其它的實(shí)施方式都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。