專(zhuān)利名稱(chēng)：太陽(yáng)能光催化植物凈水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及野外養(yǎng)魚(yú)池塘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(yíng)養(yǎng)吸收的水面連續(xù)性?xún)羲に嚒?
背景技術(shù)：
由于水生動(dòng)物蛋白的營(yíng)養(yǎng)、健康價(jià)值逐漸被認(rèn)識(shí)，水產(chǎn)品需量隨之不斷增加， 野外養(yǎng)魚(yú)池塘是水產(chǎn)養(yǎng)殖品的主要出產(chǎn)地，面廣量大，但目前野外水域的水生動(dòng) 物養(yǎng)殖普遍存在單位產(chǎn)量低下的問(wèn)題，主要原因是養(yǎng)魚(yú)水體依靠自然環(huán)境凈化， 無(wú)法承載過(guò)高密度養(yǎng)殖帶來(lái)的有機(jī)污染負(fù)荷，例如，大量的排泄和殘飼物沉積、 敗壞，會(huì)造成養(yǎng)殖水體的污染，嚴(yán)重時(shí)危及飼養(yǎng)動(dòng)物的生命，從而限制了野外池 塘養(yǎng)殖產(chǎn)量的進(jìn)一歩提高。室內(nèi)的工廠化養(yǎng)魚(yú)采用了水凈化工程技術(shù)，養(yǎng)殖水體 應(yīng)用陸基的成套設(shè)備進(jìn)行循環(huán)處理，但這些系統(tǒng)設(shè)備體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資 成本多，單位能耗和運(yùn)行費(fèi)用高，操作管理繁瑣，且有線纜拖累，難以適應(yīng)野外 分散養(yǎng)殖水域的靈活使用。目前野外養(yǎng)殖池塘除了水體曝氣的增氧機(jī)外，尚無(wú)在 水面直接處理有機(jī)污染負(fù)荷的水質(zhì)凈化方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種可在水面直接應(yīng)用的太陽(yáng)能光催化植物凈水方法。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 一種采用太陽(yáng)能浮床系統(tǒng)進(jìn)行光催 化植物凈水的方法，其特征在于，
在養(yǎng)魚(yú)水面設(shè)置太陽(yáng)能光催化植物浮床，其上設(shè)置充氣提水系統(tǒng)、太陽(yáng)能光 伏發(fā)電系統(tǒng)，同時(shí)太陽(yáng)能光催化植物浮床還依次水平設(shè)置泡沫海綿、玻璃珠光催 化反應(yīng)簾、水栽植物。
1) 充氣提水系統(tǒng)包括充氣泵和提水管，充氣泵工作，通過(guò)軟管將空氣送入提 水管內(nèi)放置的釋氣石，含氧氣體在提水管中不斷釋放，微氣泡攜水上升，提出水 面，流入泡沫海綿；
2) 經(jīng)泡沫海綿過(guò)濾后的清水流經(jīng)水平設(shè)置的玻璃珠光催化反應(yīng)簾，過(guò)濾后截 留的固相雜質(zhì)排除；
3) 濾除固相雜質(zhì)的清水與玻璃珠上涂有的Ti02系光催化薄膜接觸反應(yīng)，將水 中有機(jī)污染物降解成小分子態(tài)的無(wú)機(jī)氮和礦化物；4)經(jīng)光催化反應(yīng)后的水流經(jīng)水栽植物，經(jīng)植物營(yíng)養(yǎng)吸收，凈化水流出浮床， 回落養(yǎng)魚(yú)水域。
所述太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能光伏電板、蓄電池、充放電控制器，太陽(yáng) 能光伏電板的輸出線路通過(guò)充放電控制器的控制電路分別與蓄電池和充氣泵連 接。
本發(fā)明漂浮于工作水面，太陽(yáng)能光伏電板接受太陽(yáng)光線輻射后產(chǎn)生直流電， 通過(guò)充放電控制器向蓄電池充電，待蓄電池充滿(mǎn)電后，再由充放電控制器向充氣 泵放電，帶動(dòng)充氣泵工作。充放電控制器用以限制向蓄電池過(guò)飽和的充電和過(guò)量 的耗電，保證蓄電池的有效使用。充氣泵產(chǎn)生的有壓空氣由輸氣管引導(dǎo)至提水管 中的釋氣石，以微細(xì)氣泡形式釋放水中，大量氣泡在管中不斷上升， 一邊對(duì)水體 充氧， 一邊利用氣泡表面產(chǎn)生的張力，吸附聚集水中有機(jī)溶質(zhì)，并附帶水體呈氣 液混合態(tài)舉出水面，流入光催化植物凈水浮床，經(jīng)過(guò)濾海棉去雜濾清后，再均勻 流入玻璃珠光催化反應(yīng)簾。在太陽(yáng)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態(tài)的無(wú)機(jī)氮和礦化 物，正好被水栽植物營(yíng)養(yǎng)吸收，水中污染物得到相應(yīng)的減量而流回魚(yú)塘，通過(guò)系 統(tǒng)的不斷循環(huán)處理，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚(yú)水環(huán)境的生態(tài)本衡。


附圖1是本發(fā)明工作原理示意圖。
附圖2是圖1的電源線路框圖。
圖中l(wèi)太陽(yáng)能浮床、2充放電控制器、3釋氣石、4太陽(yáng)能光伏電板、5蓄電 池、6充氣泵、7植物、8泡沫海綿、9玻璃珠光催化反應(yīng)簾、IO提水管。
具體實(shí)施例方式
一種采用太陽(yáng)能浮床系統(tǒng)進(jìn)行光催化植物凈水的方法，在養(yǎng)魚(yú)水面設(shè)置太陽(yáng) 能光催化植物浮床l，其上設(shè)置充氣提水系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，同時(shí)太陽(yáng)能 光催化植物浮床還依次水平設(shè)置泡沫海綿6、玻璃珠光催化反應(yīng)簾9、水栽植物7; 所述太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能光伏電板4、蓄電池5、充放電控制器2,太陽(yáng) 能光伏電板的輸出線路通過(guò)充放電控制器的控制電路分別與蓄電池和充氣泵6連 接。所述的光催化反應(yīng)簾由若干玻璃珠串組成。
1)充氣提水系統(tǒng)包括充氣泵6和提水管，充氣泵工作，通過(guò)軟管將空氣送入 提水管內(nèi)放置的釋氣石3，含氧氣體在提水管中不斷釋放，微氣泡攜水上升，提出 水面，流入泡沫海綿6;
52) 經(jīng)泡沫海綿過(guò)濾后的清水流經(jīng)水平設(shè)置的玻璃珠光催化反應(yīng)簾，過(guò)濾后截 留的固相雜質(zhì)排除；
3) 濾除固相雜質(zhì)的清水與玻璃珠上涂有的Ti02系光催化薄膜接觸反應(yīng)，將水 中有機(jī)污染物降解成小分子態(tài)的無(wú)機(jī)氮和礦化物；
4) 經(jīng)光催化反應(yīng)后的水流經(jīng)水栽植物，經(jīng)水栽植物7營(yíng)養(yǎng)吸收，凈化水流出 浮床，回落養(yǎng)魚(yú)水域。
所述玻璃珠表面的Ti02系光催化材料為，玻璃珠表面覆涂摻雜Au納米顆粒的 Ti02薄膜催化劑；
條件為以鈦酸四正丁酯為釹源，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，氯金酸為金源；
用移液管移取4毫升鈦酸四正丁酯，將其溶解在1毫升的乙酰丙酮中攪拌0. 5 小時(shí)制得溶液A。另取O. lg氯金酸、1 g聚乙二醇、0.25 g 1， 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 oC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°0分鐘的升溫速度升至500。C， 保溫l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Au納米顆 粒的Ti02薄膜催化劑。
本發(fā)明采用水處理整體裝置漂浮水面的工作形式，是以利用太陽(yáng)能發(fā)電、氣 力提水聚污，及應(yīng)用光催化植物協(xié)同處理技術(shù)為特征的凈水方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 直接水面工作、省地節(jié)能的低成本實(shí)用特點(diǎn)。太陽(yáng)能發(fā)電驅(qū)泵充氣方法，避免了 裝備在池塘中使用時(shí)的電纜拖累和材料浪費(fèi)；氣力提升用作循環(huán)動(dòng)力，即節(jié)能， 又產(chǎn)生增氧效果；光催化協(xié)同植物的凈水方法，可快速降解水溶性有機(jī)物質(zhì)、氨 氮、亞硝酸鹽，解決硝酸鹽的積累問(wèn)題，而且光催化反應(yīng)具有改良水分團(tuán)結(jié)構(gòu)和 滅菌效應(yīng)，可防止植物根腐病等感染，無(wú)二次污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境友好。光伏發(fā)電 和光催化反應(yīng)降解的組合方式，利用太陽(yáng)能量充分，可持續(xù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，優(yōu)于 常規(guī)野外池塘凈水技術(shù)的效果。本發(fā)明的實(shí)施，可在養(yǎng)殖水面直接應(yīng)用太陽(yáng)能進(jìn) 行連續(xù)的過(guò)濾凈化和增氧，還可應(yīng)用于環(huán)保和綠地景觀水域的水質(zhì)處理。
權(quán)利要求
1、一種太陽(yáng)能光催化植物凈水方法，其特征在于，在養(yǎng)魚(yú)水面設(shè)置太陽(yáng)能光催化植物浮床，其上設(shè)置充氣提水系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，同時(shí)太陽(yáng)能光催化植物浮床還依次水平設(shè)置泡沫海綿、玻璃珠光催化反應(yīng)簾、水栽植物；1)充氣提水系統(tǒng)包括充氣泵和提水管，充氣泵工作，通過(guò)軟管將空氣送入提水管內(nèi)放置的釋氣石，含氧氣體在提水管中不斷釋放，微氣泡攜水上升，提出水面，流入泡沫海綿；2)經(jīng)泡沫海綿過(guò)濾后的清水流經(jīng)水平設(shè)置的玻璃珠光催化反應(yīng)簾，過(guò)濾后截留的固相雜質(zhì)排除；3)濾除固相雜質(zhì)的清水與玻璃珠上涂有的TiO2系光催化薄膜接觸反應(yīng)，將水中有機(jī)污染物降解成小分子態(tài)的無(wú)機(jī)氮和礦化物；4)經(jīng)光催化反應(yīng)后的水流經(jīng)水栽植物，經(jīng)植物營(yíng)養(yǎng)吸收，凈化水流出浮床，回落養(yǎng)魚(yú)水域。
2、 按照權(quán)利要求l所述的太陽(yáng)能光催化植物凈水方法，其特征在于，所述的光 催化反應(yīng)簾由若干玻璃珠串聯(lián)后，并列組成。
3、 按照權(quán)利要求1或2所述的太陽(yáng)能光催化植物凈水方法，其特征在于，所述太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能光伏電板、蓄電池、充放電控制器,太陽(yáng)能光伏電板 的輸出線路通過(guò)充放電控制器的控制電路分別與蓄電池和充氣泵連接。
4、 按照權(quán)利要求1或2所述的采用太陽(yáng)能光催化植物凈水方法，其特征在于， 所述玻璃珠表面的Ti02系光催化材料為，玻璃珠表面覆涂摻雜Au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，氯金酸為金源；用移液管移取4毫升鈦酸四正丁酯，將其溶解在1毫升的乙酰丙酮中攪拌0. 5小 時(shí)制得溶液A。另取O. lg氯金酸、1 g聚乙二醇、0.25 g 1， 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 oC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IO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10。C/分鐘的升溫速度升至500。C，保溫l 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Au納米顆粒的Ti02 薄膜催化劑。
5、按照權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能光催化植物凈水方法，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Au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，氯金酸為金源；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O. lg氯金酸、1 g聚乙二醇、0.25 g 1， 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)，適量濃艄酸 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IOO oC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IO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10。C/分鐘的升溫速度升至500。C，保溫l 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Au納米顆粒的Ti02 薄膜催化劑。
全文摘要
一種太陽(yáng)能光催化植物凈水方法，在養(yǎng)魚(yú)水面設(shè)置太陽(yáng)能光催化植物浮床，其上設(shè)置充氣提水系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，及依次水平設(shè)置泡沫海綿、玻璃珠光催化反應(yīng)簾、水栽植物。太陽(yáng)能光伏發(fā)電帶動(dòng)充氣泵工作，將空氣送入提水管內(nèi)放置的釋氣石，微氣泡攜水上升，提送至浮床，經(jīng)泡沫海綿過(guò)濾和玻璃珠光催化反應(yīng)簾，泡沫塑料海綿過(guò)濾后截留的固相雜質(zhì)排除；水與玻璃珠上涂有的TiO₂光催化薄膜接觸反應(yīng)，將水中有機(jī)污染物降解成小分子態(tài)的無(wú)機(jī)氮和礦化物，再經(jīng)光催化處理后的水流經(jīng)水栽植物，由植物營(yíng)養(yǎng)吸收，凈化水流出浮床，回落養(yǎng)魚(yú)水域。本發(fā)明可在養(yǎng)殖水面直接利用太陽(yáng)能進(jìn)行過(guò)濾凈化、增氧，還可用于環(huán)保和綠地景觀水域的水質(zhì)處理。
文檔編號(hào)C02F9/14GK101475283SQ20081020413
公開(kāi)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)明者琦 倪, 卞振鋒, 張明華, 建 朱, 李和興 申請(qǐng)人:中國(guó)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)