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】本實用新型公開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，包括三個子系統(tǒng)：基于太陽能的發(fā)電和電能儲存系統(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，將太陽能最終轉(zhuǎn)化為紫外光輻射；稻田氨氮排水先進入預(yù)處理系統(tǒng)，去除植物殘體和泥沙等影響光催化反應(yīng)的物質(zhì)；然后再進入光催化反應(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)速和紫外燈強度，待氨氮濃度下降后通過排水閥排出，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] 近年來由于施肥過量、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 益嚴重的農(nóng)業(yè)面源污染問題，導(dǎo)致水質(zhì)惡化、加劇了水體富營養(yǎng)化。湖泊中氮來源有50%以 上來自于農(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，對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和民眾健康構(gòu)成潛在威脅。本實用新型針對的稻田排水，相比點 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，對水 體環(huán)境的負面影響也非常顯著。稻田排水使用工程化措施處理經(jīng)濟性不高，特別是在排放 較為分散的農(nóng)村地區(qū)，難以實現(xiàn)深度凈化處理。因此，有必要針對稻田排水設(shè)置低成本的、 易維護的、環(huán)境友好的凈化系統(tǒng)，以降低其氨氮含量，使稻田排水達到或接近地表水排放標(biāo) 準，實現(xiàn)良好的生態(tài)與經(jīng)濟效益。
[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)報道，在適宜條件下，光催 化技術(shù)幾乎能將所有類型的有機污染物礦化為C0 2，H20以及其他簡單低分子物質(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 光進行作用，而太陽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)合太陽能技術(shù)和光催化技術(shù)，實現(xiàn)對稻田排水中的氨氮進行綠色、高 效的凈化。通過本實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。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(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)，利用太陽能發(fā)電系統(tǒng)將太陽能 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)分為三個子系統(tǒng):基于太陽能的 發(fā)電和電能儲存系統(tǒng)、稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)和光催化反應(yīng)器系統(tǒng)；
[0009] 第一個子系統(tǒng)為基于太陽能的發(fā)電和電能儲存系統(tǒng)，包括太陽能發(fā)電系統(tǒng)和太陽 能電能儲存系統(tǒng)；
[0010]第二個子系統(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] 更進一步地，發(fā)電和電能儲存系統(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)的植物殘體和泥沙等，光催化反應(yīng)器系統(tǒng)作為主 要反應(yīng)系統(tǒng)完成對稻田排水中氨氮的去除。
[0014] 第一個子系統(tǒng)通過太陽能電池板，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，可直接驅(qū)動光催化反應(yīng) 器系統(tǒng)，同時匹配電能儲存系統(tǒng)(鋰電池或鉛蓄電池），對富余電能進行儲存，在太陽光照不 足時（陰雨或夜晚），可繼續(xù)為光催化反應(yīng)器系統(tǒng)提供電源。所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其太陽能 電池板面積〇.l-lm 2,太陽能電池板功率50-500W，工作電壓5-80V，工作電流1-20A。所述太 陽能電能儲存系統(tǒng)，采用鋰電池或鉛蓄電池，容量10_200Ah。
[0015] 第二個子系統(tǒng)的格柵，用于阻擋植物殘體和大顆粒固體物質(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行沉淀，避免泥沙進入后 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光催化效果產(chǎn)生的影響。改良生物炭應(yīng)負載了金屬 元素?^111、1%、0 &、1^元素中的一種或多種元素，以強化其對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稻田 排水中的氨氮進行催化消除。所述紫外燈的紫外線強度可根據(jù)稻田排水中氨氮濃度進行自 動控制調(diào)整，通過自動控制器，設(shè)定施肥后l-7d內(nèi)的紫外線強度分別為100%(l-3d)，80% (4-5d)，60%(6-7d)。紫外線強度范圍為：50-1000yW/cm 2。光催化系統(tǒng)設(shè)有水位測定器，可 以根據(jù)水位變化情況確定紫外燈的亮燈個數(shù):在低水位的時候自動打開部分紫外燈;在高 水位（即排水流量較高)時自動打開全部的紫外燈。所述紫外燈采用石英玻璃進行包裹，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載Ti〇2納米材料制成；納米二氧化鈦在 生物炭負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，所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)采用的太陽能電池板功率150W，工作電壓 17.6乂，工作電流8.5八。
[0019] 作為優(yōu)選方案，所述太陽能電能儲存系統(tǒng)采用鋰電池，其電能儲存能力可維持光 催化系統(tǒng)運行6小時。
[0020] 作為優(yōu)選方案，所述稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)采用格柵對稻田排水進行過濾，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)紫外燈的紫外線強度為200yW/cm2。
[0023] 作為優(yōu)選方案，所述攪拌系統(tǒng)由太陽能發(fā)電和電能儲存系統(tǒng)驅(qū)動，轉(zhuǎn)速可手動調(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，稻田排水進入該系統(tǒng) 后，先由稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)完成過濾、沉淀和吸附過程;然后進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 度，對水體中的氨氮進行催化降解;待稻田排水氨氮含量下降后通過排水閥排出，同時根據(jù) 進水量調(diào)節(jié)排水閥，最終實現(xiàn)降低稻田排水中氨氮含量，減輕面源污染風(fēng)險;所述的特定納 米催化材料由生物炭負載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] 本實用新型提供了一種基于太陽能的面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)，結(jié) 合了太陽能技術(shù)和光催化技術(shù)，達到了環(huán)保、高效的稻田氨氮污染水凈化效果。具體而言， 本實用新型實現(xiàn)以下有益效果：
[0028] 1)充分利用太陽能這種綠色能源，通過太陽能電池板，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，可直 接驅(qū)動光催化反應(yīng)器系統(tǒng)，同時匹配電能儲存系統(tǒng)(鋰電池或鉛蓄電池），對富余電能進行 儲存，在太陽光照不足時（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題，也解決了光催化處理方法能源輸入的問題，在不 增加額外成本、造成環(huán)境負效應(yīng)的前提下完成對稻田排水中氨氮的處理。
[0029] 2)本實用新型使用的稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)，集成了過濾、沉淀和吸附三種方法，對 稻田排水進行預(yù)處理，通過低成本、無公害的方法提高了后續(xù)光催化處理的效率。
[0030] 3)本實用新型使用的光催化處理方法，具有高效、低能耗的特點，匹配太陽能供電 系統(tǒng)后，可以達到一次投入，終身使用的效果。本實用新型通過降低稻田排水的氨氮濃度， 將其轉(zhuǎn)化為無害的氮氣，為農(nóng)業(yè)環(huán)境治理提供一種值得推廣的系統(tǒng)。
[0031] 4)本實用新型使用系統(tǒng)可調(diào)控，可針對水量大小和水質(zhì)好壞調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速和紫 外燈強度，提高太陽能的使用效率，最大化氨氮去除效果。
[0032] 5)生物炭具有比表面積較大、表面官能團豐富、耐熱耐酸堿、穩(wěn)定性強等優(yōu)點，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)對不同氨氮濃度反應(yīng)液中氨氮的去 除效果；
[0039]圖6為本實用新型的系統(tǒng)不意圖。
【具體實施方式】
[0040] 下面結(jié)合實施例對本實用新型作更進一步的說明。
[0041] -種面向稻田排水低濃度氨氮減排的光催化系統(tǒng)，利用太陽能發(fā)電系統(tǒng)將太陽能 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)分為三個子系統(tǒng):基于太陽能的 發(fā)電和電能儲存系統(tǒng)、稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)和光催化反應(yīng)器系統(tǒng)；
[0042] 第一個子系統(tǒng)為基于太陽能的發(fā)電和電能儲存系統(tǒng)，包括太陽能發(fā)電系統(tǒng)和太陽 能電能儲存系統(tǒng)；
[0043]第二個子系統(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度均為可調(diào)。
[0045] 所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)，太陽能電池板面積0.1 - lm2，太陽能電池板功率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度根據(jù)稻田排水中氨氮濃度進行自動控制調(diào)整，通過自動 控制器，設(shè)定施肥后l-7d內(nèi)的紫外線強度分別為100%l-3d、80%4-5d、60%6-7d;紫外線強 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)有水位測定器，根據(jù)水位變化情況確定紫外燈 的亮燈個數(shù):在低水位的時候自動打開部分紫外燈;在高水位時自動打開全部的紫外燈。
[0050] 所述石英玻璃厚度5-100mm，石英玻璃的紫外線透過率70-100%。
[0051] 光催化反應(yīng)器系統(tǒng)的進出水系統(tǒng)中，稻田排水出口設(shè)置為兩級排水閥和溢流口， 排水閥可人為控制;第一級排水閥主要用于光催化反應(yīng)器的沖洗、更換催化材料;第二級排 水閥主要用于正常工作時的排水。
[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)合太陽能和光 催化，實現(xiàn)稻田排水綠色、高效凈化。通過本實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。如圖6所示，
[0053] (1)本實用新型提供的面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng)： 基于太陽能的發(fā)電和電能儲存系統(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)太陽能的發(fā)電和電能儲存系統(tǒng)，通過太陽能電池板1，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，可 直接驅(qū)動光催化反應(yīng)器系統(tǒng)，同時匹配電能儲存系統(tǒng)（鋰電池或鉛蓄電池，比如蓄電池組 3)，對富余電能進行儲存，在太陽光照不足時（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保護器4、逆變器2、AC保 護器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，通過引水溝7 進入格柵，用于阻擋植物殘體和大顆粒固體物質(zhì)，稻田水通過格柵后進入前置促沉裝置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行沉淀，避免泥沙進入后面的光催化 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光催化效果產(chǎn)生的影響。稻田排水經(jīng)過該系統(tǒng)預(yù) 處理后，通過導(dǎo)水管9進入后續(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對稻田排水中的氨氮進行催 化，將其轉(zhuǎn)化為氮氣，本實施例選取納米Ti0 2作為光催化材料。為促進光催化反應(yīng)進行，紫 外燈由石英玻璃17進行包裹，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的速度和紫外燈強度均設(shè)置為可調(diào)。還包括溢流孔18、二級排水閥16和一級排水閥14。
[0057] 實施例1面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)不同催化時間去除氨氮的效果 [0058]本實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)不同催化時間 去除氨氮的效果。實驗初始水樣為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)溫度下進行，紫外光源光照2h，每20min取樣一次，過濾后測定水樣中的氨氮濃度。圖1中t 為反應(yīng)時間，c為反應(yīng)t時間已去除的氨氮濃度。光催化120min后，近50%的氨氮被分解。 [0059 ]實施例2面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)中光催化劑濃度對氨氮的去除效 果
[0060] 本實施例考察了 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 度對氨氮的去除效果。本實施例具體操作方式與實施例1類似實驗結(jié)果見圖2。結(jié)果表明催 化劑濃度為l.〇g · Γ1時，光催化去除氨氮效果最好，氨氮去除率達到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)液溫度對氨氮去除效果的 影響
[0062] 本實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 對氨氮的去除效果。本實施例具體操作方式與實施例1類似。實驗結(jié)果如圖3所示，氨氮的去 除率隨溫度升高而升高，60°C時氨氮的去除率可達到90%，40°C時達到60%，夏季田間反應(yīng) 器內(nèi)溫度可以達到40度以上，為催化反應(yīng)的進行提供了適宜的溫度條件。
[0063] 實施例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對氨氮去除效果的影 響
[0064] 本實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 對氨氮的去除效果。本實施例具體操作方式與實施例1類似。實驗結(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，光催化效果顯著提高。偏堿性條件下氨氮的去除率達到40%以上。
[0065] 實施例5面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)對不同氨氮濃度反應(yīng)液中氨氮的 去除效果
[0066] 本實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)對不同氨氮濃 度反應(yīng)液中氨氮的去除效果。本實施例具體操作方式與實施例1類似，對不同初始氨氮濃度 (5、10、20、30、40和50mg · I/1)的水樣進行光催化實驗，光催化系統(tǒng)對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] 實施例6面向稻田排水低濃度氨氮的光催化系統(tǒng)對生活污水中氨氮的去除效果
[0068] 本實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)對生活污水中 氨氮的去除效果。本實施例具體操作方式與實施例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。實驗結(jié)果見表1。光催化系統(tǒng)對生活污水中的總氮，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)具有良好的實際應(yīng)用前景。
[0069] 表1光催化系統(tǒng)對生活污水中氨氮的去除效果
[0071]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員 應(yīng)該了解，上述實施例不以任何形式限制本實用新型，凡采用等同替換或等效變換的方式 所獲得的技術(shù)方案，均落在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
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，利用太陽能發(fā)電系 統(tǒng)將太陽能轉(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)分為三個子系統(tǒng):基 于太陽能的發(fā)電和電能儲存系統(tǒng)、稻田排水預(yù)處理系統(tǒng)和光催化反應(yīng)器系統(tǒng)； 第一個子系統(tǒng)為基于太陽能的發(fā)電和電能儲存系統(tǒng)，包括太陽能發(fā)電系統(tǒng)和太陽能電 能儲存系統(tǒng)； 第二個子系統(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載納米二氧化鈦形成的材料;吸附劑層為 負載了金屬元素?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 述太陽能發(fā)電系統(tǒng)，太陽能電池板面積0.1-lm 2,太陽能電池板功率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度根據(jù)稻田排水中氨氮濃度進行自動控制調(diào)整，通過自動控制器，設(shè) 定施肥后l-7d內(nèi)的紫外線強度分別為100% l-3d、80% 4-5d、60% 6-7d;紫外線強度范圍為： 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)有水位測定器，根據(jù)水位變化情況確定紫外燈的亮燈個 數(shù):在低水位的時候自動打開部分紫外燈;在高水位時自動打開全部的紫外燈。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)的進出水系統(tǒng)中，稻田排水出口設(shè)置為兩級排水閥和溢流口，排水閥可人 為控制;第一級排水閥主要用于光催化反應(yīng)器的沖洗、更換催化材料;第二級排水閥主要用 于正常工作時的排水。
【文檔編號】C02F9/08GK205710230SQ201620269308
【公開日】2016年11月23日
【申請日】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
【申請人】江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院