專利名稱：養(yǎng)魚水體的光催化-植物協(xié)同凈水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及循環(huán)水養(yǎng)魚的水體污染處理方法，尤指采用光催化反應(yīng)降解水中 有機(jī)污染物并協(xié)同植物營養(yǎng)吸收的連續(xù)性凈水工藝。
背景技術(shù)：
由于水生動(dòng)物蛋白的營養(yǎng)、健康價(jià)值逐漸被認(rèn)識(shí)，水產(chǎn)品需量不斷增加，養(yǎng) 魚業(yè)得到迅速發(fā)展。然而，高密度養(yǎng)殖會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)污染物，敗壞水體，嚴(yán)重 時(shí)危及飼養(yǎng)動(dòng)物生命。同時(shí)，污水排放，也影響周邊水生態(tài)環(huán)境。尤其在封閉式 循環(huán)水的高密度養(yǎng)殖中，及時(shí)有效的水處理更至關(guān)重要。目前工廠化循環(huán)水養(yǎng)魚 的水體污染處理方法是采用包括微濾機(jī)、蛋白分離器、生物包、增氧機(jī)、紫外線 臭氧殺菌和給排水系統(tǒng)等在內(nèi)的成套凈水設(shè)施裝備和工藝，流程長，設(shè)備多，電
耗大，運(yùn)行成本高。其中核心技術(shù)的生物包是通過微生物硝化作用，將水中有機(jī) 污染物逐步降解成氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽，以維持適合魚類正常生長的水質(zhì)環(huán) 境。但存在微生物對(duì)水質(zhì)變異敏感，菌群初建時(shí)間長，凈水效果響應(yīng)慢的問題； 穩(wěn)定性也受環(huán)境溫度影響，溫度低時(shí)凈水效果明顯下降；另外，封閉式循環(huán)水養(yǎng) 魚條件下的生物降解過程會(huì)有末端產(chǎn)物一硝酸鹽的積累，目前大多采用日交換部 份新鮮水的辦法降低硝酸鹽積累溶度，這既消耗水資源，同樣也影響外界水域環(huán) 境，而且對(duì)冬季加溫水體還存在熱能浪費(fèi)的問題。其它如活性碳吸附、斜發(fā)沸石 離子交換等凈水方法，存在吸附容易飽和、使用壽命短的局限性。
光催化氧化(還原)技術(shù)，由于能耗低、凈化徹底、可殺菌、無二次污染， 被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦铜h(huán)保技術(shù)，發(fā)展迅速，其主要依靠Ti02系半導(dǎo)體材 料吸收自然光源(或人工光源)的能量，激發(fā)材料表面產(chǎn)生具有極高氧化能力的 光生空穴和還原能力的光生電子，再通過光生空穴(電子)與污染物接觸反應(yīng)， 使污染物降解為對(duì)環(huán)境無害的無機(jī)物，光催化反應(yīng)在常溫下就能進(jìn)行深度反應(yīng)， 將多種有機(jī)污染物徹底礦化去除，特別是在生物難以降解的有毒有害物質(zhì)(包括 有些重金屬)的去除方面表現(xiàn)出突出的能力。已成功應(yīng)用于空氣殺菌抑菌、水體 抑藻和含藻毒素有機(jī)物、染料、有機(jī)鹵化物、殺蟲劑或人工合成的有毒、難降解 有機(jī)廢水的處理，以及飲用水的深度處理。Ti02光催化反應(yīng)裝置目前有懸浮體和 固定床兩種，懸浮體反應(yīng)器中Ti02以粉末態(tài)懸浮作用，比表面積大，傳質(zhì)效率高，
4但用后分離困難，易凝聚失活，造成二次污染，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用高；固定床反應(yīng)器采用表面固定Ti02粉末催化劑的惰性載體填充結(jié)構(gòu)，通過太陽光或紫外燈光的照射實(shí)現(xiàn)光催化反應(yīng)，避免了Ti02粉狀催化劑分離回收難的問題，可連續(xù)工作，但也存在反應(yīng)器內(nèi)容易形成固物堵塞，影響光照和流量的缺陷。
綜合相關(guān)背景技術(shù)，針對(duì)低濃度有機(jī)污染特性的養(yǎng)魚水體光催化處理少見報(bào)道，采用光催化協(xié)同植物的凈水方法還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，提出一種利用光催化反應(yīng)將養(yǎng)魚水中的有機(jī)污染物降解成小分子的無機(jī)氮和礦化物，并通過系統(tǒng)中串聯(lián)的植物營養(yǎng)吸收，使水質(zhì)得到連續(xù)凈化的工藝方法，并可應(yīng)用于環(huán)保、市政和景觀綠地等場合的低濃度水質(zhì)處理。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為 一種養(yǎng)魚水體的光催化一植物協(xié)同凈水方法，其特征在于，
1) 由潛水泵將養(yǎng)魚池中的污水抽至過濾槽，通過泡沫海綿過濾固相雜質(zhì)，截留的固相雜質(zhì)通過排污閥排放；
2) 經(jīng)泡沬海綿過濾后的清水跌入垂直懸掛過濾槽側(cè)壁的玻璃珠光催化反應(yīng)簾與光催化材料接觸反應(yīng)玻璃珠光催化反應(yīng)簾由表面燒鍍Ti02光催化材料的玻璃珠串并聯(lián)組成；
3) 經(jīng)光催化處理的水體落進(jìn)植物栽培槽；水中污染物得到減量后再流回魚池。本發(fā)明的循環(huán)系統(tǒng)工作原理是，由潛水泵將養(yǎng)魚池中的污水抽出，送達(dá)過濾
槽泡沫海綿的下層空間，在不斷補(bǔ)水的上溢過程中，由泡^#海綿過濾固相雜質(zhì)，提高了水的透明度。過濾后截留的固相雜質(zhì)通過排污閥定期排放。經(jīng)泡沫海綿過濾后的水繼續(xù)上漲溢出過濾槽，順著過濾槽側(cè)壁懸掛的玻璃珠光催化反應(yīng)簾跌落，在玻璃珠表面形成連續(xù)不斷的水膜，整體成為動(dòng)態(tài)的光催化接觸反應(yīng)；在太陽光線或紫外燈光線的照射下，玻璃珠表面的Ti02系光催化材料被激發(fā)，產(chǎn)生的高氧化能力將水中有機(jī)污染物降解成小分子的無機(jī)氮和礦化物。經(jīng)光催化處理的水體下落，流進(jìn)植物栽培槽，小分子無機(jī)礦化物JH好是水栽植物所需要的， 一般植物不直接吸收大分子態(tài)有機(jī)物，中間需有微生物的小分子、礦化降解轉(zhuǎn)化過程，經(jīng)植物營養(yǎng)吸收，水中污染物得到相應(yīng)的減量而流回魚池，通過系統(tǒng)的不斷循環(huán)，實(shí)現(xiàn)魚類和植物的生態(tài)平衡。
本發(fā)明采用光催化—植物組合的協(xié)同凈水方法，可快速降解水中低溶度的有機(jī)污染物并消化吸收，有效處理養(yǎng)魚水體的"三態(tài)氮"，解決硝酸鹽的積累問題，而且光催化反應(yīng)具有滅菌效應(yīng)，可防止植物根腐病等感染，無二次污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境友好，優(yōu)化了循環(huán)水養(yǎng)魚的水體污染處理技術(shù)工藝和路線，可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)越性明顯。其中懸掛式玻璃珠串的光催化反應(yīng)簾方式，使玻璃珠表面的水體在光線和光催化材料之間始終呈動(dòng)態(tài)的薄膜狀接觸反應(yīng)，并顯自由落體速度更新接觸，高效傳質(zhì)，氧氣補(bǔ)給和氮?dú)忉尫懦浞郑欣诠獯呋磻?yīng)效率的提高，且免除了輸氣能耗，能量效率高。另外，水膜透光性佳，受水體雜質(zhì)和水色的遮光影響小，即便偶有雜質(zhì)，也一晃而過，不存在連續(xù)性的遮光影響，更無堵塞之虞。本發(fā)明的工藝方法簡捷，應(yīng)用性強(qiáng)，易于推廣。與背景技術(shù)相比，克服了微生物硝化降解法對(duì)水質(zhì)變異敏感，菌群初建時(shí)間長的不足；較現(xiàn)有光催化反應(yīng)方法更實(shí)用，用后無分離回收工序，自然透光性好，高效傳質(zhì)，無補(bǔ)氧釋氮?jiǎng)恿ο?，不?huì)堵塞，具有低成本、連續(xù)工作的實(shí)用特點(diǎn)。本發(fā)明自然透光性好，高效傳質(zhì)，無補(bǔ)氧釋氮?jiǎng)恿ο?，不?huì)堵塞，具有低成本、連續(xù)工作的實(shí)用特點(diǎn)。除用于循環(huán)水養(yǎng)魚的水體污染處理，并可應(yīng)用于環(huán)保、市政和景觀綠地等場合的低濃度水質(zhì)處理。


附圖是本發(fā)明工作原理示意圖。
l過濾槽、2泡沫海綿、3玻璃珠光催化反應(yīng)簾、4植物栽培槽、5支撐板、6紫外線發(fā)光二極管。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
一種養(yǎng)魚水體的光催化一植物協(xié)同凈水方法，其工藝流程如下
1) 潛水泵安置于養(yǎng)魚水體中，泵出口通過管道與過濾槽l的進(jìn)水閥連接。由潛水泵將養(yǎng)魚池中的污水抽至過濾槽；過濾槽中的污水由泡沫海綿2過濾固相雜質(zhì)；過濾后截留的固相雜質(zhì)通過排污閥定期排放。
2) 玻璃珠表面燒鍍有Ti02系光催化薄膜，整珠呈透明狀，玻璃珠中間設(shè)孔，由尼龍線串聯(lián)成串，并聯(lián)垂直懸掛過濾槽側(cè)壁，形成玻璃珠光催化反應(yīng)簾3，下垂對(duì)準(zhǔn)植物栽培槽4。經(jīng)泡沫海綿過濾后的清水跌入玻璃珠光催化反應(yīng)簾，與玻璃珠接觸，在玻璃珠表面形成連續(xù)不斷的水膜，在太陽光線或紫外燈光線的照射下，玻璃珠表面的Ti02系光催化材料被激發(fā)，產(chǎn)生的高氧化能力將水中有機(jī)污染物降解成小分子的無機(jī)氮和礦化物。玻璃珠光催化反應(yīng)簾內(nèi)設(shè)支撐板5，板雙面兼有紫外線發(fā)光二極管6矩陣的光催化內(nèi)光源。所述的紫外燈為若干個(gè)紫外線發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的距離為2cm，形成紫外光矩陣，發(fā)光二極管發(fā)光光譜的中心波長或165nrn或253.7nm或365nm。
3)經(jīng)光催化處理的水體落進(jìn)植物栽培槽，由植物營養(yǎng)吸收；水中污染物得到相應(yīng)的減量后再流回魚池。
啟動(dòng)潛水泵，將養(yǎng)魚池中的污水抽送至過濾槽，由泡沫海綿過濾固相雜物，過濾后截留的固相雜質(zhì)通過排污閥定期排放，濾后清水與光催化反應(yīng)簾接觸，并通過光線照射激發(fā),白天利用太陽光線，黑夜開啟紫外燈，水中有機(jī)污染物被降解成小分子的無機(jī)氮和礦化物，然后落進(jìn)植物栽培槽，由植物營養(yǎng)吸收，凈化水流回魚池，形成系統(tǒng)循環(huán)。
玻璃珠表面涂覆純Ti02薄膜催化劑
條件為以鈦酸四正丁酯為鈦源，硝酸和乙酰丙酮為水解抑制劑，去離子水為水解劑，聚乙二醇和l， 5戊二醇添加劑。
用移液管移取4毫升鈦酸四正丁酯，將其溶解在l亳升的乙酰丙酮中攪拌0.5小時(shí)制得溶液A。另取lg聚乙二醇、0.25 gl， 5戊二醇、0.7 g水溶解在32.5亳升乙醇中制得溶液B。溶液B緩慢滴加到溶液A中攪拌1小時(shí)，適量濃硝酸調(diào)節(jié)酸性，制得前驅(qū)溶膠。
將玻璃珠用2 mol/L的NaOH溶液浸泡5小時(shí)，然后用二次蒸餾水進(jìn)行反復(fù)清洗直至洗液為中性。放入100。C烘箱烘干備用。
將烘干的玻璃珠浸入上面配制好的溶膠中，靜置10分鐘后取出，然后在60。C烘箱中干燥IO分鐘，最后，放在馬弗爐內(nèi)以10OC/分鐘的升溫速度升至500。C，保溫1小時(shí)，最后在爐內(nèi)自然冷卻至室溫，即得到玻璃珠表面覆涂純Ti02薄膜催化劑。
實(shí)施例2:
所述的玻璃珠表面的Ti02系光催化材料為，玻璃珠表面涂覆摻雜Ag納米顆粒的Ti02薄膜催化劑
條件為以鈦酸四正丁酯為鈦源，硝酸和乙酰丙酮為水解抑制劑，去離子水
為水解劑，聚乙二醇和l， 5戊二醇添加劑，硝酸銀為銀源。
用移液管移取4毫升鈦酸四正丁酯，將其溶解在l毫升的乙酰丙酮中攪拌0.5小時(shí)制得溶液A。另取0.1g硝酸銀、lg聚乙二醇、0.25 gl， 5戊二醇、0.7g7K溶解在32.5毫升乙醇中制得溶液B。溶液B緩慢滴加到溶液A中攪拌1小時(shí)，適量濃硝酸調(diào)節(jié)酸性，制得前驅(qū)溶膠。
將玻璃珠用2 mol/L的NaOH溶液浸泡5小時(shí)，然后用二次蒸餾水進(jìn)行反復(fù) 清洗直至洗液p小時(shí)為中性。放入100oC烘箱烘干備用。
將烘干的玻璃珠浸入上面配制好的溶膠中，靜置10分鐘后取出，然后在60。C 烘箱中干燥10分鐘，最后，放在馬弗爐內(nèi)以10。C/分鐘的升溫速度升至500。C， 保溫1小時(shí)，最后在爐內(nèi)自然冷卻至室溫，即得到玻璃珠表面覆涂摻雜Ag納米顆 粒的Ti02薄膜催化劑。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)裝置檢測(cè)，每次循環(huán)的凈水效率達(dá)到12%，滿足養(yǎng)魚用水要求。
8
權(quán)利要求
1、一種養(yǎng)魚水體的光催化—植物協(xié)同凈水方法，其特征在于，1)由潛水泵將養(yǎng)魚池中的污水抽至過濾槽，通過泡沫海綿過濾固相雜質(zhì)，截留的固相雜質(zhì)通過排污閥排放；2)經(jīng)泡沫海綿過濾后的清水跌入垂直懸掛過濾槽側(cè)壁的玻璃珠光催化反應(yīng)簾與光催化材料接觸反應(yīng)；玻璃珠光催化反應(yīng)簾由表面燒鍍TiO2系光催化材料的玻璃珠串并聯(lián)組成；3)經(jīng)光催化處理的水體落進(jìn)植物栽培槽；水中污染物得到減量后再流回魚池。
2、 按照權(quán)利要求1所述的養(yǎng)魚水體的光催化一植物協(xié)同凈水方法，其特征在 于，玻璃珠光催化反應(yīng)簾內(nèi)設(shè)支撐板，板雙面兼有紫外線發(fā)光二極管矩陣的光催化 內(nèi)光源。
3、 按照權(quán)利要求1或2所述的養(yǎng)魚水體的光催化一植物協(xié)同凈水方法，其特征在于，所述的玻璃珠表面的Ti02系光催化材料為，玻璃珠表面覆涂純Ti02薄膜催 化劑；條件為以鈦酸四正丁酯為鈦源，硝酸和乙酰丙酮為水解抑制劑，去離子水為 水解劑，聚乙二醇和l， 5戊二醇添加劑；用移液管移取4毫升鈦酸四正丁酯，將其溶解在l毫升的乙酰丙酮中攪拌0.5 小時(shí)制得溶液A;另取lg聚乙二醇、0.25 gl， 5戊二醇、0.7 g水溶解在32.5毫升 乙醇中制得溶液B;溶液B緩慢滴加到溶液A中攪拌1小時(shí)，適量濃硝酸調(diào)節(jié)酸性， 制得前驅(qū)溶膠；將玻璃珠用2 mol/L的NaOH溶液浸泡5小時(shí)，然后用二次蒸餾水進(jìn)行反復(fù)清 洗直至洗液ph為中性，放入100 °C烘箱烘干備用；將烘干的玻璃珠浸入到上述配制好的溶膠中，靜置10分鐘后取出，然后在6(TC 烘箱中干燥10分鐘，最后，放在馬弗爐內(nèi)以l(TC/分鐘的升溫速度升至500。C， 保溫1小時(shí)，最后在爐內(nèi)自然冷卻至室溫，即得到玻璃珠表面覆涂純Ti02薄膜催化 劑。
4、 按照權(quán)利要求1或2所述的養(yǎng)魚水體的光催化一植物協(xié)同凈水方法，其特征在于，所述的玻璃珠表面的Ti02系光催化材料為，玻璃珠表面覆涂摻雜Ag納米 顆粒的Ti02薄膜催化劑；條件為以鈦酸四正丁酯為鈦源，硝酸和乙酰丙酮為水解抑制劑，去離子水為水解劑，聚乙二醇和l， 5戊二醇添加劑，硝酸銀為銀源；用移液管移取4毫升鈦酸四正丁酯，將其溶解在l毫升的乙酰丙酮中攪拌0.5 小時(shí)制得溶液A;另取0.1g硝酸銀、lg聚乙二醇、0.25 gl， 5戊二醇、0.7 g水溶 解在32.5毫升乙醇中制得溶液B;溶液B緩慢滴加到溶液A中攪拌1小時(shí)，適量 濃硝酸調(diào)節(jié)酸性，制得前驅(qū)溶膠；將玻璃珠用2 mol/L的NaOH溶液浸泡5小時(shí)，然后用二次蒸餾水進(jìn)行反復(fù)清 洗直至洗液ph為中性，放入100oC烘箱烘干備用；將烘干的玻璃珠浸入到上面配制好的溶膠中，靜置10分鐘后取出，然后在60。C 烘箱中干燥IO分鐘，最后，放在馬弗爐內(nèi)以l(TC/分鐘的升溫速度升至500OC， 保溫1小時(shí)，最后在爐內(nèi)自然冷卻至室溫，即得到玻璃珠表面覆涂摻雜Ag納米顆 粒的Ti02薄膜催化劑。
5、 按照權(quán)利要求2所述的養(yǎng)魚水體的光催化一植物組合凈水方法，其特征在 于，所述的紫外燈為若干個(gè)紫外線發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的距離為2cm，形成紫 外光矩陣，發(fā)光二極管發(fā)光光譜的中心波長或165nm或253.7mn或365nm。
6、 按照權(quán)利要求3所述的養(yǎng)魚水體的光催化一植物組合凈水方法，其特征在 于，所述的紫外燈為若干個(gè)紫外線發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的距離為2cm，形成紫 外光矩陣，發(fā)光二極管發(fā)光光譜的中心波長或165nm或253.7nm或365nm。
7、 按照權(quán)利要求4所述的養(yǎng)魚水體的光催化一植物組合凈水方法，其特征在 于，所述的紫外燈為若干個(gè)紫外線發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的距離為2cm，形成紫 外光矩陣，發(fā)光二極管發(fā)光光譜的中心波長或165nm或253.7nm或365nm。
全文摘要
一種養(yǎng)魚水體的光催化-植物協(xié)同凈水方法，1)由潛水泵將養(yǎng)魚池中的污水抽至過濾槽，通過泡沫海綿過濾固相雜質(zhì)，截留的固相雜質(zhì)通過排污閥排放；2)經(jīng)泡沫海綿過濾后的清水跌入垂直懸掛過濾槽側(cè)壁的玻璃珠光催化反應(yīng)簾與光催化材料接觸反應(yīng)；玻璃珠光催化反應(yīng)簾由表面燒鍍TiO₂系光催化材料的玻璃珠串并聯(lián)組成；3)經(jīng)光催化處理的水體落進(jìn)植物栽培槽；水中污染物得到減量后再流回魚池。本發(fā)明自然透光性好，高效傳質(zhì)，無補(bǔ)氧釋氮?jiǎng)恿ο?，不?huì)堵塞，具有低成本、連續(xù)工作的實(shí)用特點(diǎn)。除用于循環(huán)水養(yǎng)魚的水體污染處理，并可應(yīng)用于環(huán)保、市政和景觀綠地等場合的低濃度水質(zhì)處理。
文檔編號(hào)C02F9/14GK101475282SQ200810204130
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者丁永良, 卞振鋒, 張明華, 建 朱, 李和興 申請(qǐng)人:中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所;上海師范大學(xué)