一种太阳光催化产双氧水的全自动控藻装置及其使用方法与流程

1.本发明属于水处理技术领域，涉及一种太阳光催化产双氧水的全自动控藻装置及其方法。


背景技术：

2.富营养化问题在小型河流、湖泊、景观水体和近海区域普遍存在，由此引发的蓝藻水华在中国太湖、巢湖、滇池等大型湖泊常年发生。藻类异常增殖并聚集于水面产生的水华问题，对水生态健康造成严重影响，不仅破坏正常的水生态系统，引发腐烂恶臭；还可能堵塞水厂的取水口，增加水处理难度；而藻毒素释放进入水体后，将影响供水安全、危害人类和生物的健康。众所周知，水体富营养化的控制是相对长期而艰巨的难题。相对而言，在水华爆发时采取有效控藻手段，是更急迫且必要的途径。使用化学药剂控藻是常用手段，例如陈超等在《中国环境科学》(2018，38(11)：4307-4313)发表的“化学氧化剂对水华蓝藻的控制研究”一文研究表明，双氧水、高铁酸钾和过碳酸钠均能快速抑制蓝藻生长，而且相对于其他化学药剂，双氧水具有更好的除藻能力，且成本较低，安全性更好，对环境生态的干扰更小。中国专利cn201010222906.x公开了一种复合生态环保控藻剂用于改善水质的方法，采用了稀释的双氧水作为杀藻剂；并通过混凝沉淀改善水质。因此双氧水控藻受到广泛关注，被认为是一种高效安全的应急控藻手段。
3.然而直接投加双氧水的方案，存在以下问题：(1)双氧水目前合成主要采用蒽醌法，该方法存在高能耗、工艺繁琐、产生污染等问题；(2)双氧水属于管控物资，在运输和存储中存在爆炸风险，因而要求高，增加了技术成本；(3)在水体控藻应用中，仅需投加低浓度的双氧水，因此涉及高浓度双氧水的存储、稀释和投加等，增加了人工成本，且对人员要求较高。为此开发无需外加药剂的全自动控藻技术是当前的迫切需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了提供一种太阳光催化产双氧水的全自动控藻装置与使用方法，以用于控制藻华发生时藻类的过度生长。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.本发明的技术方案一种太阳光催化产双氧水的全自动控藻装置，其特征在于，包括：
7.置于待处理水体中的含富氧水的进水区；
8.反应区：包括反应膜池、横置于反应膜池内的过滤板、以及涂覆在过滤板上的催化剂层，在反应膜池上部封装有透明玻璃，所述反应膜池内部还设有位于过滤板与透明玻璃之间的、并设置在膜池内壁上的进水口，该进水口通过进水管路连接所述进水区。
9.进一步的，所述的反应膜池内位于过滤板下方的空间形成出水区，该出水区还设有位于待处理水体上方的出水口。
10.进一步的，所述催化剂层采用的催化剂材料为太阳光下双氧水产生速率为50～
2000微摩尔/升/小时/克的各种催化材料，过滤板的催化剂负载量为0.5～50克/平方米。
11.进一步的，过滤板的材料可以为陶瓷膜，玻璃纤维膜，玻璃砂芯，聚四氟乙烯膜等各类滤膜，孔径在0.45～10微米之间。
12.进一步的，所述的透明玻璃与反应膜池之间还设有密封圈，用以避免液体泄漏、并将含氧水封闭在反应区内进行反应。
13.进一步的，所述的反应膜池的外侧边缘还固定设有向下压住所述透明玻璃的法兰对扣板。
14.更进一步的，所述的反应膜池上还设有可拆卸的紧固件，该紧固件抵住所述法兰对扣板上表面，以使得透明玻璃与反应膜池之间密封安装。
15.更进一步的，在法兰对扣板与透明玻璃之间还设有硅胶垫片，用以缓冲，使得在紧固件夹紧时，避免透明玻璃被法兰对扣板夹裂。
16.进一步的，所述的反应膜池上还设有连通反应区内部的出气口。
17.进一步的，过滤板的边缘与反应膜池之间还采用硅胶圈封住，用于配合紧固件以及透明玻璃，将催化剂和反应液封闭在反应区内。
18.进一步的，所述的进水区包括置于待处理水体中且下部开口的曝气池体，在曝气池体内还设有曝气组件，所述进水管路的进水端伸入所述曝气池体内。
19.更进一步的，所述的曝气池体的底部还设有格栅，在格栅的上方还设有连通曝气池体上方空间的曝气池口，该曝气池口处还设有单向阀，避免曝气池内的富氧水回流到进水区外。同时，曝气组件还与外部的供气设备连接，供气设备可以为气泵等。
20.更进一步的，所述进水管路伸入曝气池体内的端部还设有过滤器。
21.本发明的技术方案之二提供了一种太阳光催化产双氧水的全自动控藻装置的使用方法，将装置迎着太阳光安装在待处理水体区域，启动连续运行或间歇运行。在安装时，整体倾斜角度可以为5～30度。
22.具体的，运行水力负荷为：0.02～0.2米/小时，进水区的曝气量为：0.5-10立方米空气/小时/吨水。
23.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
24.1)与现有外加化学药剂的控藻技术不同，本发明全自动控藻装置可直接在含藻水体的现场进行光催化反应，产生低浓度的双氧水，实现现场控藻的技术效果，有效降低了现有技术的运行成本。
25.2)与现有控藻工艺不同，本发明自动装置工艺结构简单，易携带，可实现移动式控藻的技术效果。
26.3)该自动装置成本低廉，使用寿命长，仅需提供水泵和气泵的动力，且可以采用太阳能驱动，适合推广应用。
附图说明
27.图1为本发明的全自动控藻装置反应区部分的结构示意图；
28.图2为本发明的全自动控藻装置的整体结构示意图；
29.图中标记说明：
30.1-反应区，101-紧固件，102-法兰对扣板，103-出气口，104-膜池夹层件，105-膜池
底板，106-出水口，107-进水口，108-硅胶垫片，109-密封圈，110-透光玻璃，111-硅胶圈，112-过滤板，113-催化剂层，114-反应膜池；
31.2-水泵，3-过滤器，4-气泵，5-曝气组件，6-曝气池体，7-格栅，8-单向阀。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
33.以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或功能结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。
34.为实现对水体富营养化出现时的藻华进行有效控制，本发明提供了一种太阳光催化产双氧水的全自动控藻装置，参见图1和图2所示，包括：
35.置于待处理水体中的含富氧水的进水区；
36.反应区1：包括反应膜池114、横置于反应膜池114内的过滤板112、以及涂覆在过滤板112上的催化剂层113，在反应膜池114上部还封装有透明玻璃110，所述反应膜池114内部还设有位于过滤板112与透明玻璃110之间的、设置在膜池内壁上的进水口107，该进水口107还通过进水管路连接所述进水区的进水口107。
37.在一些具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述的反应膜池114内位于过滤板112下方的空间形成出水区，该出水区还设有位于膜池底板上的出水口106。
38.在一些具体的实施方式中，所述催化剂层113采用的催化剂材料为太阳光下双氧水产生速率为50～2000微摩尔/升/小时/克的催化材料，一般过滤板112上的催化剂负载量为0.5～50克/平方米。
39.在一些具体的实施方式中，所述催化剂为参考文献(efficient photocatalytic h2o
2 production from oxygen and pure water over graphitic carbon nitride decorated by oxidative red phosphorus.applied catalysis b:environmental 2021,298,120522)自行合成.
40.在一些具体的实施方式中，过滤板112的材料可以为陶瓷膜，玻璃纤维膜，玻璃砂芯，聚四氟乙烯膜等各类滤膜，孔径在0.45～10微米之间。
41.在一些具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述的透明玻璃110与反应膜池114之间还设有密封圈109，用于将反应的含氧水封闭在反应区内。
42.在一些具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述的反应膜池114的外侧边缘还固定设有向下压住所述透明玻璃110的法兰对扣板102。
43.更具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述的反应膜池114上还设有可拆卸的紧固件101，该紧固件101抵住所述法兰对扣板102上表面，以使得透明玻璃与反应膜池114之间密封安装。
44.更具体的实施方式中，请再参见图1等所示，在法兰对扣板102与透明玻璃之间还设有硅胶垫片108，使得在紧固件夹紧时保护透明玻璃不被法兰对扣板夹裂。
45.在一些具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述的反应膜池114上还设有连通其反应区的出气口103。
46.在一些具体的实施方式中，请再参见图1等所示，过滤板112的边缘与反应膜池114之间还采用硅胶圈111封住，用以配合紧固件以及透明玻璃，使反应区的催化剂和富氧水封闭在反应区内，并且使水流只能通过过滤板到达出水区。
47.在一些具体的实施方式中，请再参见图2等所示，所述的进水区包括置于待处理水体中且下部开口的曝气池体6，在曝气池体6内还设有曝气组件5，所述进水管路的进水端伸入所述曝气池体6内。
48.更具体的实施方式中，所述的曝气池体6的底部还设有格栅7，在格栅7的上方还设有连通曝气池体6上方空间的曝气池口，该曝气池口处还设有单向阀8，使曝气池内的富氧水不能回流到进水区外。同时，曝气组件5还与外部的供气设备连接，供气设备可以为气泵4等。
49.更具体的实施方式中，所述进水管路伸入曝气池体6内的端部还设有过滤器3。
50.另外，本发明还提供了一种太阳光催化产双氧水的全自动控藻方法，其采用如上所述的装置来实施，将装置迎着太阳光安装在待处理水体区域，启动连续运行或间歇运行。在安装时，整体倾斜角度可以为5～30度。
51.具体的，其运行水力负荷可以为：0.02～0.2米/小时，进水区的曝气量为：0.5-10立方米空气/小时/吨水。
52.以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。
53.下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。
54.实施例1：
55.为实现对水体中藻华的有效控制，本发明提供了一种太阳光催化产双氧水的全自动控藻装置，参见图1和图2所示，包括：
56.置于待处理水体中的含富氧水的进水区；
57.反应区1：包括反应膜池114、横置于膜池内的过滤板112、以及涂覆在过滤板112上的催化剂层113，在反应膜池114上部开口还封装有透明玻璃110，所述反应膜池114内部还设有位于过滤板112与透明玻璃之间的膜池内壁上、并通过进水管路连接所述进水区的进水口107。
58.请再参见图1等所示，所述的反应膜池114内位于过滤板112下方的空间形成出水区，该出水区还设有位于膜池底板上的出水口106。具体的，反应膜池114的底部为膜池底板105，在膜池底板105上加工有连通出水区的出水口106。反应膜池114的侧壁还设有膜池夹层件104。
59.请再参见图1等所示，所述的透明玻璃110与反应膜池114之间还设有密封圈109。
60.请再参见图1等所示，所述的反应膜池114的外侧边缘还固定设有向下压住所述透明玻璃的法兰对扣板102。
61.请再参见图1等所示，所述的反应膜池114上还设有可拆卸的紧固件101，该紧固件101抵住所述法兰对扣板102上表面，以使得透明玻璃与反应膜池114之间密封安装。
62.请再参见图1等所示，在法兰对扣板102与透明玻璃之间还设有硅胶垫片108。
63.请再参见图1等所示，所述的反应膜池114上还设有连通反应区的出气口103。
64.请再参见图1等所示，过滤板112的边缘与反应膜池114之间还采用硅胶圈111封住。
65.请再参见图2等所示，所述的进水区包括置于待处理水体中且下部开口的曝气池体6，在曝气池体6内还设有曝气组件5，所述进水管路的进水端伸入所述曝气池体6内。所述的曝气池体6的底部还设有格栅7，在格栅7的上方还设有连通曝气池体6上方空间的曝气池口，该曝气池口处还设有单向阀8。同时，曝气组件5还与外部的供气设备连接，供气设备可以为气泵4等。所述进水管路伸入曝气池体6内的端部还设有过滤器3。
66.本实施例的装置的工作过程具体如下：
67.在使用本实施例的全自动控藻装置时，需要先组装。首先将催化材料均匀地涂敷在过滤板112上形成催化剂层113，随后安装于反应膜池114中间，并密封胶带密封其与反应区1接触的边缘部位。在反应膜池114的顶部边缘安装密封圈109和硅胶垫片108，便于与透光玻璃110和法兰对扣板102之间形成密封空腔，接着，利用紧固件101(可以为紧固螺栓与紧固螺母等)将其固定。反应区1外侧的进水口107置于过滤板112上方，出水口106置于过滤板112下方，进水口107和出水口106分别连接橡胶软管，出水口106悬空固定在含藻水体上方，进水口107还连接水泵2和过滤器3，并将过滤器3和连接气泵4的曝气组件5(为常规的用于分布气体的曝气管路)置于含藻水体中的进水区。
68.待太阳光催化产双氧水全自动控藻装置搭建完毕，将整个装置置于室外阳光下，反应开始时，打开气泵4，利用曝气组件5向曝气池体6中的含藻水连续通氧，待氧饱和后，打开水泵2吸取由过滤器3过滤后的净水注入反应区1，反应区1中的出气口103进行排气，避免气泡影响反应效果。注入反应区1中的净水在太阳光照射与过滤板112上的催化剂反应产生一定浓度的双氧水，随后在一定水压下经出水口106注入含藻水体中，利用双氧水抑制藻类的生长，进而实现控藻的目的。在此过程中，通过水泵2调节膜池中的注水速度可以有效调节出水口106的双氧水浓度，进而优化控藻效果。过滤板112板上的催化剂在无污染的情况下可以连续使用数天，其产双氧水活性稳定。经过一周连续运行，对照组未采用该装置，水样中叶绿素浓度高达1380μg/l，而采用本装置的水样叶绿素浓度降低至105μg/l，表现出显著的抗藻效果。
69.上述太阳光催化产双氧水全自动控藻装置结构简单，易携带，能耗低，适合推广应用。
70.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。