專利名稱:一種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，屬于稻田排水凈化領(lǐng)域。該系統(tǒng)在不施加外部能源的條件下自行催化降解稻田排水中低濃度的氨氮，降低稻田排水造成的面源污染風(fēng)險(xiǎn)，包括三個(gè)子系統(tǒng)：基于太陽(yáng)能的發(fā)電和電能儲(chǔ)存系統(tǒng)、稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)和光催化反應(yīng)器系統(tǒng)。發(fā)電和電能儲(chǔ)存系統(tǒng)為光催化反應(yīng)器系統(tǒng)提供潔凈和持續(xù)的能源，將太陽(yáng)能最終轉(zhuǎn)化為紫外光輻射；稻田氨氮排水先進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)，去除植物殘?bào)w和泥沙等影響光催化反應(yīng)的物質(zhì)；然后再進(jìn)入光催化反應(yīng)器系統(tǒng)，根據(jù)水質(zhì)情況和水量大小，調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速和紫外燈強(qiáng)度，待氨氮濃度下降后通過(guò)排水閥排出，形成綠色環(huán)保的稻田氨氮污染水處理方法。
【專利說(shuō)明】
一種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種稻田排水凈化系統(tǒng)，具體而言，是一種結(jié)合了太陽(yáng)能和光催 化的面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】 [0002] 稻田排水
[0003] 近年來(lái)由于施肥過(guò)量、施肥結(jié)構(gòu)不合理，使得大量氮元素輸入江、河、湖泊，引起日 益嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題，導(dǎo)致水質(zhì)惡化、加劇了水體富營(yíng)養(yǎng)化。湖泊中氮來(lái)源有50%以 上來(lái)自于農(nóng)業(yè)面源污染，如太湖地區(qū)，農(nóng)業(yè)面源排放氮量占入湖總氮量的77%。稻作期農(nóng)田 滲漏液中氮素流失主要以氨氮為主，約占滲漏水氮素流失量的70%以上，降低稻田排水中 的氨氮含量對(duì)降低農(nóng)業(yè)面源污染有重要意義。由于稻田排水具有總量大、分布分散、間歇排 放等特點(diǎn)，對(duì)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和民眾健康構(gòu)成潛在威脅。本實(shí)用新型針對(duì)的稻田排水，相比點(diǎn) 源污染、未處理的生活污水等污染源，其氮磷等含量較低，但由于分布廣泛、產(chǎn)生量高，對(duì)水 體環(huán)境的負(fù)面影響也非常顯著。稻田排水使用工程化措施處理經(jīng)濟(jì)性不高，特別是在排放 較為分散的農(nóng)村地區(qū)，難以實(shí)現(xiàn)深度凈化處理。因此，有必要針對(duì)稻田排水設(shè)置低成本的、 易維護(hù)的、環(huán)境友好的凈化系統(tǒng)，以降低其氨氮含量，使稻田排水達(dá)到或接近地表水排放標(biāo) 準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)良好的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益。
[0004] 光催化技術(shù)
[0005] 光催化是指光觸媒在外界光的作用下發(fā)生催化作用。據(jù)報(bào)道，在適宜條件下，光催 化技術(shù)幾乎能將所有類型的有機(jī)污染物礦化為C0 2，H20以及其他簡(jiǎn)單低分子物質(zhì)。因此光催 化技術(shù)是一種綠色、高效、低能耗的水處理技術(shù)，對(duì)去除水中氨氮具有十分重要的意義。但 目前光催化技術(shù)在稻田排水中還少有應(yīng)用，主要原因是成本和效率。光催化反應(yīng)需要紫外 光進(jìn)行作用，而太陽(yáng)光的紫外線效率偏低，人造紫外燈需要額外的電力輸入，田間通電困難 且成本較高。光催化技術(shù)存在光響應(yīng)范圍窄、量子轉(zhuǎn)換效率低和光催化劑難以粉末化等限 制，一定程度上影響了該技術(shù)的推廣。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種面向稻田排水低濃度氨氮 減排的光催化系統(tǒng)，結(jié)合太陽(yáng)能技術(shù)和光催化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)稻田排水中的氨氮進(jìn)行綠色、高 效的凈化。通過(guò)本實(shí)用新型的面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)綠色能源 轉(zhuǎn)化、降低面源污染等目標(biāo)，具有成本較低(一次性投入）、環(huán)境友好、應(yīng)用面廣泛等特點(diǎn)。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：
[0008] -種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，利用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)將太陽(yáng)能 轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化的電能為光催化反應(yīng)器系統(tǒng)供能，該系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng):基于太陽(yáng)能的 發(fā)電和電能儲(chǔ)存系統(tǒng)、稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)和光催化反應(yīng)器系統(tǒng)；
[0009] 第一個(gè)子系統(tǒng)為基于太陽(yáng)能的發(fā)電和電能儲(chǔ)存系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和太陽(yáng) 能電能儲(chǔ)存系統(tǒng)；
[0010]第二個(gè)子系統(tǒng)為稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)，在其前端設(shè)置格柵，格刪后端連接稻田排 水預(yù)處理的容器，預(yù)處理的容器底部設(shè)有吸附劑層，預(yù)處理的容器高于光催化反應(yīng)器系統(tǒng)；
[0011] 第三個(gè)子系統(tǒng)為光催化反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為光催化系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和進(jìn)出水 系統(tǒng);光催化系統(tǒng)包括紫外燈;紫外燈由石英玻璃進(jìn)行包裹，光催化反應(yīng)器內(nèi)壁采用反光材 料或鏡面材料;攪拌系統(tǒng)的攪拌速度和紫外燈強(qiáng)度均為可調(diào)。
[0012] 光催化系統(tǒng)還包括催化材料，催化材料可以為現(xiàn)有的光催化劑，比如Ti02等材料， 催化材料放置于光催化反應(yīng)器內(nèi)。吸附劑層可以為現(xiàn)有的吸附材料，比如生物炭。
[0013] 更進(jìn)一步地，發(fā)電和電能儲(chǔ)存系統(tǒng)為光催化反應(yīng)器系統(tǒng)提供潔凈和持續(xù)的能源， 稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)去除影響光催化反應(yīng)的植物殘?bào)w和泥沙等，光催化反應(yīng)器系統(tǒng)作為主 要反應(yīng)系統(tǒng)完成對(duì)稻田排水中氨氮的去除。
[0014] 第一個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)太陽(yáng)能電池板，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，可直接驅(qū)動(dòng)光催化反應(yīng) 器系統(tǒng)，同時(shí)匹配電能儲(chǔ)存系統(tǒng)(鋰電池或鉛蓄電池），對(duì)富余電能進(jìn)行儲(chǔ)存，在太陽(yáng)光照不 足時(shí)（陰雨或夜晚），可繼續(xù)為光催化反應(yīng)器系統(tǒng)提供電源。所述太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，其太陽(yáng)能 電池板面積〇.l-lm 2,太陽(yáng)能電池板功率50-500W，工作電壓5-80V，工作電流1-20A。所述太 陽(yáng)能電能儲(chǔ)存系統(tǒng)，采用鋰電池或鉛蓄電池，容量10_200Ah。
[0015] 第二個(gè)子系統(tǒng)的格柵，用于阻擋植物殘?bào)w和大顆粒固體物質(zhì)，格柵孔隙間隔為2-20mm;稻田排水預(yù)處理的容器可將稻田排水中的泥沙顆粒物等進(jìn)行沉淀，避免泥沙進(jìn)入后 面的光催化系統(tǒng)，影響光催化效果，預(yù)處理的容器體積為10-1000L，容器高于光催化反應(yīng)器 系統(tǒng)50-150cm。工程改良生物炭包，添加于預(yù)處理容器底部，用于吸附和絡(luò)合排水中的磷酸 根等多種離子，降低稻田排水中離子對(duì)光催化效果產(chǎn)生的影響。改良生物炭應(yīng)負(fù)載了金屬 元素?^111、1%、0 &、1^元素中的一種或多種元素，以強(qiáng)化其對(duì)于陰離子的硝酸根和磷酸根的 吸附去除效果。優(yōu)選的，這里使用Mg改良生物炭裝入炭包，作為吸附和促沉材料。
[0016] 第三個(gè)子系統(tǒng)中，光催化系統(tǒng)的核心部分是由紫外燈和特定納米催化材料對(duì)稻田 排水中的氨氮進(jìn)行催化消除。所述紫外燈的紫外線強(qiáng)度可根據(jù)稻田排水中氨氮濃度進(jìn)行自 動(dòng)控制調(diào)整，通過(guò)自動(dòng)控制器，設(shè)定施肥后l-7d內(nèi)的紫外線強(qiáng)度分別為100%(l-3d)，80% (4-5d)，60%(6-7d)。紫外線強(qiáng)度范圍為：50-1000yW/cm 2。光催化系統(tǒng)設(shè)有水位測(cè)定器，可 以根據(jù)水位變化情況確定紫外燈的亮燈個(gè)數(shù):在低水位的時(shí)候自動(dòng)打開(kāi)部分紫外燈;在高 水位（即排水流量較高)時(shí)自動(dòng)打開(kāi)全部的紫外燈。所述紫外燈采用石英玻璃進(jìn)行包裹，石 英玻璃厚度5-100mm，石英玻璃需具備較好的透光能力，紫外線透過(guò)率70-100%。所述催化 反應(yīng)器內(nèi)壁采用涂布反光材料或鏡面材料，包括內(nèi)側(cè)安裝反光鏡、使用鏡面不銹鋼材料、貝占 鏡面金屬紙箱、噴涂反光油漆等，反光率30%-100%。
[0017] 優(yōu)選的，所述的納米催化材料由生物炭負(fù)載Ti〇2納米材料制成；納米二氧化鈦在 生物炭負(fù)載納米二氧化鈦催化材料中的質(zhì)量比為1%_20%。
[0018] 作為優(yōu)選方案，所述太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)采用的太陽(yáng)能電池板功率150W，工作電壓 17.6乂，工作電流8.5八。
[0019] 作為優(yōu)選方案，所述太陽(yáng)能電能儲(chǔ)存系統(tǒng)采用鋰電池，其電能儲(chǔ)存能力可維持光 催化系統(tǒng)運(yùn)行6小時(shí)。
[0020] 作為優(yōu)選方案，所述稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)采用格柵對(duì)稻田排水進(jìn)行過(guò)濾，格柵間 隔為10mm。
[0021]作為優(yōu)選方案，所述光催化系統(tǒng)中選取Ti〇2作為納米催化材料，生物炭負(fù)載二氧 化鈦材料構(gòu)成的特定納米催化材料的加入量為0.5-10g/L，優(yōu)選為1.0g · Γ1。加入量為生物 炭負(fù)載二氧化鈦后的材料占反應(yīng)液的質(zhì)量體積比。
[0022]作為優(yōu)選方案，所述光催化系統(tǒng)紫外燈的紫外線強(qiáng)度為200yW/cm2。
[0023] 作為優(yōu)選方案，所述攪拌系統(tǒng)由太陽(yáng)能發(fā)電和電能儲(chǔ)存系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可手動(dòng)調(diào) 節(jié)，轉(zhuǎn)速為60r/min。
[0024] 作為優(yōu)選方案，所述反應(yīng)器內(nèi)壁采用不銹鋼材料，反光率為60 %。
[0025]前述的面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)的使用方法，稻田排水進(jìn)入該系統(tǒng) 后，先由稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)完成過(guò)濾、沉淀和吸附過(guò)程;然后進(jìn)入基于特定納米催化材料 的光催化反應(yīng)器系統(tǒng)，根據(jù)進(jìn)水量和水質(zhì)情況，調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速，紫外燈的數(shù)量和紫外光強(qiáng) 度，對(duì)水體中的氨氮進(jìn)行催化降解;待稻田排水氨氮含量下降后通過(guò)排水閥排出，同時(shí)根據(jù) 進(jìn)水量調(diào)節(jié)排水閥，最終實(shí)現(xiàn)降低稻田排水中氨氮含量，減輕面源污染風(fēng)險(xiǎn);所述的特定納 米催化材料由生物炭負(fù)載Ti〇2納米材料制成。
[0026] 在光催化反應(yīng)器系統(tǒng)中，特定納米催化材料的加入量為0.5-10g/L，光催化反應(yīng)器 系統(tǒng)的反應(yīng)液溫度為10-50攝氏度。
[0027] 本實(shí)用新型提供了一種基于太陽(yáng)能的面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)，結(jié) 合了太陽(yáng)能技術(shù)和光催化技術(shù)，達(dá)到了環(huán)保、高效的稻田氨氮污染水凈化效果。具體而言， 本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)以下有益效果：
[0028] 1)充分利用太陽(yáng)能這種綠色能源，通過(guò)太陽(yáng)能電池板，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，可直 接驅(qū)動(dòng)光催化反應(yīng)器系統(tǒng)，同時(shí)匹配電能儲(chǔ)存系統(tǒng)(鋰電池或鉛蓄電池），對(duì)富余電能進(jìn)行 儲(chǔ)存，在太陽(yáng)光照不足時(shí)（陰雨或夜晚），可繼續(xù)為光催化反應(yīng)器系統(tǒng)提供電源。既解決了傳 統(tǒng)稻田排水氨氮處理方法成本高的問(wèn)題，也解決了光催化處理方法能源輸入的問(wèn)題，在不 增加額外成本、造成環(huán)境負(fù)效應(yīng)的前提下完成對(duì)稻田排水中氨氮的處理。
[0029] 2)本實(shí)用新型使用的稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)，集成了過(guò)濾、沉淀和吸附三種方法，對(duì) 稻田排水進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)低成本、無(wú)公害的方法提高了后續(xù)光催化處理的效率。
[0030] 3)本實(shí)用新型使用的光催化處理方法，具有高效、低能耗的特點(diǎn)，匹配太陽(yáng)能供電 系統(tǒng)后，可以達(dá)到一次投入，終身使用的效果。本實(shí)用新型通過(guò)降低稻田排水的氨氮濃度， 將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮?dú)?，為農(nóng)業(yè)環(huán)境治理提供一種值得推廣的系統(tǒng)。
[0031] 4)本實(shí)用新型使用系統(tǒng)可調(diào)控，可針對(duì)水量大小和水質(zhì)好壞調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速和紫 外燈強(qiáng)度，提高太陽(yáng)能的使用效率，最大化氨氮去除效果。
[0032] 5)生物炭具有比表面積較大、表面官能團(tuán)豐富、耐熱耐酸堿、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且 成本較低、環(huán)境友好，與光催化材料結(jié)合形成的復(fù)合材料，將大大提高光催化效率。
[0033]綜上，本實(shí)用新型提出的一種新型的面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了利用綠色能源降低污染，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。
【附圖說(shuō)明】

[0034] 圖1為面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)不同催化時(shí)間去除氨氮的效果；
[0035] 圖2為面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)中催化劑濃度對(duì)氨氮去除效果的影 響；
[0036] 圖3為面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)中反應(yīng)液溫度對(duì)氨氮去除效果的影 響；
[0037] 圖4為面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)中反應(yīng)液pH值對(duì)氨氮去除效果的影 響；
[0038] 圖5為面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)對(duì)不同氨氮濃度反應(yīng)液中氨氮的去 除效果；
[0039]圖6為本實(shí)用新型的系統(tǒng)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0041] -種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，利用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)將太陽(yáng)能 轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化的電能為光催化反應(yīng)器系統(tǒng)供能，該系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng):基于太陽(yáng)能的 發(fā)電和電能儲(chǔ)存系統(tǒng)、稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)和光催化反應(yīng)器系統(tǒng)；
[0042] 第一個(gè)子系統(tǒng)為基于太陽(yáng)能的發(fā)電和電能儲(chǔ)存系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和太陽(yáng) 能電能儲(chǔ)存系統(tǒng)；
[0043]第二個(gè)子系統(tǒng)為稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)，在其前端設(shè)置格柵，格刪后端連接稻田排 水預(yù)處理的容器，預(yù)處理的容器底部設(shè)有吸附劑，預(yù)處理的容器高于光催化反應(yīng)器系統(tǒng)；
[0044] 第三個(gè)子系統(tǒng)為光催化反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為光催化系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和進(jìn)出水 系統(tǒng);光催化系統(tǒng)包括紫外燈和催化材料;紫外燈由石英玻璃進(jìn)行包裹，光催化反應(yīng)器內(nèi)壁 采用反光材料或鏡面材料;攪拌系統(tǒng)的攪拌速度和紫外燈強(qiáng)度均為可調(diào)。
[0045] 所述太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，太陽(yáng)能電池板面積0.1 - lm2，太陽(yáng)能電池板功率50-500W，工 作電壓5-80V，工作電流1-20A。
[0046]所述稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)，格柵孔隙間隔為2-20mm。
[0047] 所述稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)，預(yù)處理的容器體積為10-1000L，預(yù)處理的容器高于光 催化反應(yīng)器系統(tǒng)50-150cm〇
[0048] 所述紫外燈的紫外線強(qiáng)度根據(jù)稻田排水中氨氮濃度進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)整，通過(guò)自動(dòng) 控制器，設(shè)定施肥后l-7d內(nèi)的紫外線強(qiáng)度分別為100%l-3d、80%4-5d、60%6-7d;紫外線強(qiáng) 度范圍為:50-1000yW/cm 2 〇
[0049] 光催化反應(yīng)器系統(tǒng)的光催化系統(tǒng)設(shè)有水位測(cè)定器，根據(jù)水位變化情況確定紫外燈 的亮燈個(gè)數(shù):在低水位的時(shí)候自動(dòng)打開(kāi)部分紫外燈;在高水位時(shí)自動(dòng)打開(kāi)全部的紫外燈。
[0050] 所述石英玻璃厚度5-100mm，石英玻璃的紫外線透過(guò)率70-100%。
[0051] 光催化反應(yīng)器系統(tǒng)的進(jìn)出水系統(tǒng)中，稻田排水出口設(shè)置為兩級(jí)排水閥和溢流口， 排水閥可人為控制;第一級(jí)排水閥主要用于光催化反應(yīng)器的沖洗、更換催化材料;第二級(jí)排 水閥主要用于正常工作時(shí)的排水。
[0052]更為優(yōu)選的，一種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，結(jié)合太陽(yáng)能和光 催化，實(shí)現(xiàn)稻田排水綠色、高效凈化。通過(guò)本實(shí)用新型的面向稻田排水低濃度氨氮的光催化 系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)綠色能源轉(zhuǎn)化、降低面源污染等目標(biāo)，具有成本較低(一次性投入）、環(huán)境友 好、應(yīng)用面廣泛等特點(diǎn)。如圖6所示，
[0053] (1)本實(shí)用新型提供的面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)包括三個(gè)子系統(tǒng)： 基于太陽(yáng)能的發(fā)電和電能儲(chǔ)存系統(tǒng)、稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)和基于特定納米催化材料的光催 化反應(yīng)器系統(tǒng)。
[0054] (2)太陽(yáng)能的發(fā)電和電能儲(chǔ)存系統(tǒng)，通過(guò)太陽(yáng)能電池板1，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，可 直接驅(qū)動(dòng)光催化反應(yīng)器系統(tǒng)，同時(shí)匹配電能儲(chǔ)存系統(tǒng)（鋰電池或鉛蓄電池，比如蓄電池組 3)，對(duì)富余電能進(jìn)行儲(chǔ)存，在太陽(yáng)光照不足時(shí)（陰雨或夜晚），可繼續(xù)為光催化反應(yīng)器系統(tǒng)提 供電源，供光催化反應(yīng)器系統(tǒng)中的攪拌器和紫外燈使用。還包括DC保護(hù)器4、逆變器2、AC保 護(hù)器6和配電柜5。
[0055] (3)稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)，在其前端設(shè)置格柵8,格柵孔間隔2-20mm，通過(guò)引水溝7 進(jìn)入格柵，用于阻擋植物殘?bào)w和大顆粒固體物質(zhì)，稻田水通過(guò)格柵后進(jìn)入前置促沉裝置11 (即稻田排水預(yù)處理的容器）；系統(tǒng)接有一個(gè)稻田排水預(yù)處理的容器，容器高于光催化反應(yīng) 器系統(tǒng)50-150cm，可將稻田排水中的泥沙顆粒物等進(jìn)行沉淀，避免泥沙進(jìn)入后面的光催化 系統(tǒng)，影響光催化效果;在容器底部添加工程改良生物炭包10,用于吸附和絡(luò)合排水中的磷 酸根等多種離子，降低稻田排水中離子對(duì)光催化效果產(chǎn)生的影響。稻田排水經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)預(yù) 處理后，通過(guò)導(dǎo)水管9進(jìn)入后續(xù)光催化反應(yīng)器系統(tǒng)。
[0056] (4)光催化反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為光催化系統(tǒng)，攪拌系統(tǒng)(包括攪拌器19)，進(jìn)出 水系統(tǒng)；光催化系統(tǒng)的核心部分是由紫外燈12和催化材料13對(duì)稻田排水中的氨氮進(jìn)行催 化，將其轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，本?shí)施例選取納米Ti0 2作為光催化材料。為促進(jìn)光催化反應(yīng)進(jìn)行，紫 外燈由石英玻璃17進(jìn)行包裹，反應(yīng)器內(nèi)壁采用反光材料15;為調(diào)節(jié)光催化反應(yīng)速度，攪拌器 19的速度和紫外燈強(qiáng)度均設(shè)置為可調(diào)。還包括溢流孔18、二級(jí)排水閥16和一級(jí)排水閥14。
[0057] 實(shí)施例1面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)不同催化時(shí)間去除氨氮的效果 [0058]本實(shí)施例考察了一種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)不同催化時(shí)間 去除氨氮的效果。實(shí)驗(yàn)初始水樣為50mg · I/1的氨氮水溶液。調(diào)節(jié)初始水樣在優(yōu)化的pH和反 應(yīng)溫度下進(jìn)行，紫外光源光照2h，每20min取樣一次，過(guò)濾后測(cè)定水樣中的氨氮濃度。圖1中t 為反應(yīng)時(shí)間，c為反應(yīng)t時(shí)間已去除的氨氮濃度。光催化120min后，近50%的氨氮被分解。 [0059 ]實(shí)施例2面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)中光催化劑濃度對(duì)氨氮的去除效 果
[0060] 本實(shí)施例考察了 一種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)中光催化劑濃 度對(duì)氨氮的去除效果。本實(shí)施例具體操作方式與實(shí)施例1類似實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。結(jié)果表明催 化劑濃度為l.〇g · Γ1時(shí)，光催化去除氨氮效果最好，氨氮去除率達(dá)到46%。催化劑濃度太低 或太高，氨氮去除效果均有所下降。
[0061] 實(shí)施例3面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)中反應(yīng)液溫度對(duì)氨氮去除效果的 影響
[0062] 本實(shí)施例考察了一種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)中反應(yīng)液溫度 對(duì)氨氮的去除效果。本實(shí)施例具體操作方式與實(shí)施例1類似。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，氨氮的去 除率隨溫度升高而升高，60°C時(shí)氨氮的去除率可達(dá)到90%，40°C時(shí)達(dá)到60%，夏季田間反應(yīng) 器內(nèi)溫度可以達(dá)到40度以上，為催化反應(yīng)的進(jìn)行提供了適宜的溫度條件。
[0063] 實(shí)施例4面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)中反應(yīng)液pH對(duì)氨氮去除效果的影 響
[0064] 本實(shí)施例考察了一種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)中反應(yīng)液pH值 對(duì)氨氮的去除效果。本實(shí)施例具體操作方式與實(shí)施例1類似。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，反應(yīng)液在 酸性及中性條件下，光催化去除氨氮的效果較差，氨氮的去除率不足20%;當(dāng)反應(yīng)液pH為堿 性時(shí)，光催化效果顯著提高。偏堿性條件下氨氮的去除率達(dá)到40%以上。
[0065] 實(shí)施例5面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)對(duì)不同氨氮濃度反應(yīng)液中氨氮的 去除效果
[0066] 本實(shí)施例考察了一種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)對(duì)不同氨氮濃 度反應(yīng)液中氨氮的去除效果。本實(shí)施例具體操作方式與實(shí)施例1類似，對(duì)不同初始氨氮濃度 (5、10、20、30、40和50mg · I/1)的水樣進(jìn)行光催化實(shí)驗(yàn)，光催化系統(tǒng)對(duì)不同初始濃度氨氮的 去除結(jié)果如圖5所示。光催化系統(tǒng)對(duì)低濃度氨氮均有較好的去除效果，初始濃度5mg · I/1的 氨氮去除率為45%。初始濃度為10~50mg · Γ1的氨氮去除率都在55%左右。
[0067] 實(shí)施例6面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)對(duì)生活污水中氨氮的去除效果
[0068] 本實(shí)施例考察了一種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)對(duì)生活污水中 氨氮的去除效果。本實(shí)施例具體操作方式與實(shí)施例1類似。選取了江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院化糞池 中的生活污水為處理對(duì)象。原水總氮(TN)為51.65mg · I/1，氨氮為31.00mg · L'催化劑濃 度為l.Og · Γ1，紫外燈光照2h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。光催化系統(tǒng)對(duì)生活污水中的總氮，氨氮均有 較好的去除效果。生活污水經(jīng)光催化反應(yīng)后，總氮和氨氮的去除率分別為73%和58%。說(shuō)明 面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)具有良好的實(shí)際應(yīng)用前景。
[0069] 表1光催化系統(tǒng)對(duì)生活污水中氨氮的去除效果
[0071]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員 應(yīng)該了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制本實(shí)用新型，凡采用等同替換或等效變換的方式 所獲得的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，其特征在于，利用太陽(yáng)能發(fā)電系 統(tǒng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化的電能為光催化反應(yīng)器系統(tǒng)供能;該系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng):基 于太陽(yáng)能的發(fā)電和電能儲(chǔ)存系統(tǒng)、稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)和光催化反應(yīng)器系統(tǒng)； 第一個(gè)子系統(tǒng)為基于太陽(yáng)能的發(fā)電和電能儲(chǔ)存系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和太陽(yáng)能電 能儲(chǔ)存系統(tǒng)； 第二個(gè)子系統(tǒng)為稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)，在其前端設(shè)置格柵，格刪后端連接稻田排水預(yù) 處理的容器，預(yù)處理的容器底部設(shè)有吸附劑層，預(yù)處理的容器高于光催化反應(yīng)器系統(tǒng)； 第三個(gè)子系統(tǒng)為光催化反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為光催化系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和進(jìn)出水系統(tǒng)； 光催化系統(tǒng)包括紫外燈;紫外燈由石英玻璃進(jìn)行包裹，光催化反應(yīng)器內(nèi)壁采用反光材料或 鏡面材料;攪拌系統(tǒng)的攪拌速度和紫外燈強(qiáng)度均為可調(diào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，其特征在于:光 催化系統(tǒng)還包括催化材料，催化材料為生物炭負(fù)載納米二氧化鈦形成的材料;吸附劑層為 負(fù)載了金屬元素?6、]?11、]/%、〇3、]^1元素中的一種的改性生物炭。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，其特征在于:所 述太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，太陽(yáng)能電池板面積0.1-lm 2,太陽(yáng)能電池板功率50-500W，工作電壓5-80V，工作電流1-20A。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，其特征在于:所 述稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)，格柵孔隙間隔為2_20mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，其特征在于:所 述稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)，預(yù)處理的容器體積為10-1000L，預(yù)處理的容器高于光催化反應(yīng)器 系統(tǒng) 50_150cm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，其特征在于:所 述紫外燈的紫外線強(qiáng)度根據(jù)稻田排水中氨氮濃度進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)整，通過(guò)自動(dòng)控制器，設(shè) 定施肥后l-7d內(nèi)的紫外線強(qiáng)度分別為100% l-3d、80% 4-5d、60% 6-7d;紫外線強(qiáng)度范圍為： 50-1000 yW/cm2。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，其特征在于:光 催化反應(yīng)器系統(tǒng)的光催化系統(tǒng)設(shè)有水位測(cè)定器，根據(jù)水位變化情況確定紫外燈的亮燈個(gè) 數(shù):在低水位的時(shí)候自動(dòng)打開(kāi)部分紫外燈;在高水位時(shí)自動(dòng)打開(kāi)全部的紫外燈。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，其特征在于:所 述石英玻璃厚度5-100_，石英玻璃的紫外線透過(guò)率70-100%。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，其特征在于:光 催化反應(yīng)器系統(tǒng)的進(jìn)出水系統(tǒng)中，稻田排水出口設(shè)置為兩級(jí)排水閥和溢流口，排水閥可人 為控制;第一級(jí)排水閥主要用于光催化反應(yīng)器的沖洗、更換催化材料;第二級(jí)排水閥主要用 于正常工作時(shí)的排水。
【文檔編號(hào)】C02F9/08GK205710230SQ201620269308
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】馮彥房, 劉楊, 何世穎, 楊林章, 薛利紅, 葉茂, 高倩
【申請(qǐng)人】江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院