一种处理黑臭水的一体化装置的制作方法

1.本发明属于环境工程领域，具体涉及一种处理黑臭水的一体化装置。


背景技术：

2.由于人类活动频繁，导致生活及工农业生产中的废污水被排放到淡水中，从而有黑臭水现象产生，黑臭水体是水环境遭受到超过其自净能力的有机污染的一种极端体现。水体明显发黑，并伴有臭味，水中的浮游生物基本没有，水生植物严重退化，食物链已经断裂，水体生态已经失衡，功能基本丧失。水资源是人类生产生活中的重要资源，但由于污水的不合理排放，部分学校、城市小区中的池塘以及农村地区的水塘出现严重的黑臭现象，散发恶臭气味，影响环境空气质量，对居民的生活产生较大影响。对于农村地区而言，黑臭水体还严重影响到农业灌溉。黑臭水体传统的修复方法虽然可以达到很好的净化效果，但是投入资金过多，且不简洁轻便，不适用于小流域的黑臭水体治理。因此，针对治理小流域黑臭水体问题，寻求快速、便捷的治理与应对措施，有着非常重要的现实意义。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种通过沼渣生物炭功能化co/mn掺杂g-c3n4光催化剂吸收可见光，结合电解气浮，在一个单元同时去除黑臭原水中悬浮颗粒态污染物和溶解性污染物，并实现光催化剂回收利用的一体化装置。装置集成度高，能将常规黑臭水体治理的冗长工艺流程缩短，节约了能耗以及减少占地面积，有效降低黑臭水体治理成本。装置所使用的光催化剂具有发达的空隙结构和较大的比表面积，能够更加充分地与黑臭水体中的污染物接触，并延伸了对可见光的吸收范围，污染物处理效率高。
4.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
5.一种处理黑臭水的一体化装置，其特征在于，该装置可利用可见光，在电解气浮的作用下，实现同时对黑臭原水中颗粒态污染物和溶解性污染物进行高效处理，并将光催化剂进行回收利用。
6.装置根据功能分区，可分为主反应区和光催化剂回收区。
7.在主反应区进行黑臭原水的处理，设有电极装置和刮渣设备。所述的电极装置由若干间距相同的电极板并联构成，外接供电设备。由供电设备调节电流大小和极板间距。装置所使用的光催化剂一部分附着在电极板上，一部分分散在黑臭原水，充分降解水中污染物。所述的刮渣设备由刮渣机和电机组成，电机驱动刮渣机运行，刮渣板在链条的带动下工作。
8.在光催化剂回收区，设有沉淀池、竖流式斜板和电磁导带。所述的沉淀池由倾斜的陶瓷斜板构成，末端连接电磁带。所述的电池导带外接供电设备，所述的竖流式斜板倾斜放置于陶瓷斜板的上方。
9.本发明有三大特点：
10.一是利用可见光和电解气浮，高效处理黑臭原水，实现了同时将悬浮颗粒污染物
和溶解性污染物在一个处理单元中进行处理。利用电极设备电解水反应和刮渣机将悬浮性颗粒污染物去除。利用光催化剂在可见光照射下产生的超氧自由基，降解黑臭原水中可溶性的难降解有机物。电解气浮产生的微气泡可用于黏附水中大量的悬浮物和油类，是优良的浮选剂，同时这些气泡还能增强溶液中的传质作用。
11.二是设计了催化剂回收系统，利用浅池沉淀原理和光催化剂的磁响应特性，实现光催化剂重复多次利用，节约成本且避免了二次污染。竖流式斜板沉淀池能够有效截留光催化剂。电磁导带通电后具有磁性，能够利用光催化剂的磁响应特点，加速催化剂的沉淀回收。
12.三是自主制备绿色高效的沼渣生物炭功能化co/mn掺杂g-c3n4光催化剂，创新性地引入了沼渣生物炭作为载体材料，并通过co/mn双金属的掺杂，赋予催化剂磁性，缩小g-c3n4的禁带宽度，极大地延伸了对可见光的吸收范围，有效提高黑臭水处理效率。
13.附图说明：图1为一体化装置结构示意图。
14.图中：1-进水口，2-挡板，3-沼渣生物炭功能化co/mn掺杂g-c3n4光催化剂，4-电极设备，5-气泡，6-刮渣机，7-电磁导带，8-沉淀斜板，9-竖流式斜板，10-溢流堰，11-出水口，12-排渣槽，13-电机，14-供电设备，15-浮渣
具体实施方式
15.结合附图对装置作进一步说明：
16.应用实例一：
17.如图1所示，一种处理黑臭原水的一体化装置，左边是光催化剂回收区，右边是主反应区。主反应区内有进水口1、挡板2、光催化剂3、电极设备4、气泡5、刮渣机6、排渣槽12；光催化剂回收区内有电磁导带7、沉淀斜板8、竖流式斜板9、溢流堰10、出水口11以及与其接连的水管；挡板2的作用是减缓水流流速，避免黑臭原水因水流流速过大，未经处理直接进入回收区，也避免了光催化剂直接被冲刷到回收区；光催化剂3是生物炭功能化co/mn掺杂g-c3n4光催化剂，受可见光的激发，产生活性物质，降解黑臭原水中可溶性的难降解有机物。电极设备4产生的大量微气泡能吸附原水中的不溶性杂质，使之上浮至水面，被刮渣机6刮至排渣槽12。
18.应用实例二：
19.将待处理的黑臭原水通过进水口1进入主反应区，在直流电场作用下，电极设备4的表面发生水的电解，会产生大量的微气泡，这些微小气泡在上升过程中可用于黏附水中大量的悬浮性污染物。杂质被气泡5带到水面后，被装置上的刮渣机6带离，输送到排渣槽12。在主反应区中，光催化剂在可见光的照射下产生具有强氧化性的活性基团，完成对黑臭原水中的溶解性污染物的降解。处理后的水附带少量光催化剂通过过水通道进入光催化剂回收区，水流向上经过竖流式斜板9。由于竖流式斜板9的截留作用，磁性催化剂重新沉降至沉淀斜面8上。此时对电磁导带7通电，使得光催化剂被回收到主反应区中，得以重新利用。而处理后的水则通过溢流堰10，从出水口11流出。在停止使用时，装置内的污水可通过放空口排出。
20.应用实例三：
21.具体运行参数：电极板4的电流大小为1 .0 a， 电极板之间的间距为0 .6 cm。按以上参数和步骤进行，处理后水体的相关指标为：溶解氧（do）≥4mg/l，氨氮含量（nh
3-n）≤1.2mg/l，出水cod含量≤25mg/l，硫化物含量≤0.3mg/l。
22.为探索本装置的实用性，进行不同催化条件下的氨氮去除效果对比实验。实验结果如表1所示。
23.表1 不同催化条件下的氨氮去除效果催化条件起始水样氨氮浓度（mg/l）24h光照后氨氮浓度（mg/l）空白对照2826.5仅电气浮2818.72仅光催化287.28光催化-电解气浮281.28
24.由实验结果表1可知，在起始水样具有相同的氨氮浓度情况下，对水样进行处理，相同时间内不同催化条件下氨氮去除效果明显不同。对起始氨氮浓度为28mg/l的水样处理24h，在仅使用电气浮技术的催化条件下，水样的氨氮去除率仅有33.1%；在仅使用光催化技术的催化条件下，水样的氨氮去除率为74%；而使用本装置，利用可见光和电解气浮，对相同水样处理相同时间，水样的氨氮去除率高达95.4%。由此可见本装置对水中氨氮处理效果显著。
25.本发明集成度高、绿色经济，利用电解气浮产生的微气泡和光催化剂的光反应实现黑臭原水中悬浮颗粒态污染物和溶解性污染物的同时去除。并设计光催化剂回收单元，利用浅池沉淀理论设置竖流式斜板沉淀池可将催化剂快速沉淀，处理工艺简洁，无二次污染。同时，自主制备生物炭功能化co/mn掺杂g-c3n4光催化剂，光催化性能优异，可快速降解溶解性有机物。
26.本装置一体化车载模式灵活高效，非常适宜处理农村地区的分散黑臭水体。此外，本装置设计的核心技术，可与常规污水处理技术有机结合，有望在自来水厂预处理、应急水处理等多种场景应用。
27.上述实施方式为本发明的基本原理与较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述应用实例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种处理黑臭水的一体化装置，其特征在于，该装置利用沼渣生物炭功能化co/mn掺杂g-c3n4光催化剂，结合电解气浮，对黑臭原水中颗粒态污染物去除，并对其中的溶解性污染物进行降解。同时，回收可见光催化剂以再次利用。装置主要设有电极装置、光催化剂、刮渣设备、电磁导带、竖流式斜板、沉淀池、挡板、供电设备。2.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于，以沼渣生物炭作为载体材料，并进行co/mn双金属掺杂。区别于wo3、tio2等常规光催化材料，权利要求1的催化剂光催化性能更加优异，带隙在1.5ev和2.5ev之间，可利用可见光降解黑臭水中的污染物。权利要求1的催化剂中生物炭是将干燥的沼渣放入马弗炉于500℃加热烧制而成。再以mnso4溶液和cocl2·
6h2o为实验材料，通过一系列复杂的反应，使得沼渣生物炭负载g-c3n4光催化剂具有磁性，并赋予光催化剂的独特性能，最终制成权利要求1所述的光催化剂。3.根据权利要求1所述的电极板，其特征在于，选择钛镀钌作为电极板材料，其板间距可调，由若干间距相同的电极板并联构成，外接供电设备。4.根据权利要求1所述的刮渣机，其特征在于，刮渣机布设在电极板正上方，外接电机，刮渣板在链条的带动下刮除水面悬浮性污染物。5.根据权利要求书1所述的装置，其特征在于，装置外型上，长：宽：高比例为4：1：2。6.根据权利要求书1所述的电磁导带，其特征在于，外接电源，通电后可调节磁性大小，吸附光催化剂，使催化剂回收到主反应区。7.根据权利要求书1所述的装置，其特征在于，进水口和出水口都连接有可拆卸的hdpe管。8.根据权利要求书1所述的挡板，其特征在于，挡板高度约占装置高度的1/2。9.根据权利要求书1所述的竖流式斜板，其特征在于，由8~12块斜板组成，倾斜角度在55
°
~75
°
范围内。10.根据权利要求书1所述的沉淀池，其特征在于，所设置的斜板采用光滑的陶瓷材料，与装置底板的夹角在30
°
~45
°
之间。11.根据权利要求书1所述的供电设备，其特征在于，既能够给电极设备充电，又可通过调节螺杆调节极板间距。

技术总结
本发明属于环境工程领域，具体涉及一种处理黑臭原水的一体化装置，该装置利用沼渣生物炭功能化Co/Mn掺杂g-C3N4光催化剂，结合电解气浮，能同时对黑臭原水中颗粒态污染物和溶解性污染物进行高效处理，并实现对催化剂的回收。实际处理黑臭原水水样，处理后水质的相关指标为：溶解氧（DO）≥4mg/L，氨氮含量（NH


技术研发人员：张佳杰 甘佳盈 刘晓倩 黄海燕 李思敏 余妮诗
受保护的技术使用者：江苏升和环保科技有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/9