申请日2012.04.25
公开(公告)日2012.09.05
IPC分类号C02F1/72; C02F1/32
摘要
本发明涉及一种孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装置，包括：泵、控制阀、压力表、孔板射流空化装置、循环管路和TiO2薄膜光催化氧化装置，该循环管路包括一根进水管和两根出水管，泵分别与进水管和出水管连接，控制阀和压力表分别设置在出水管上，孔板射流空化装置设置在养鱼污水中连接至连接有压力表的出水管端口;TiO2薄膜光催化氧化装置设置在养鱼污水中与孔板空化装置连接。本发明利用高速射流产生的冲击波、微射流迅速、彻底地清洁TiO2催化剂表面，有效解决了污染物及其降解产物吸附在催化剂表面阻碍催化剂对光能的吸收的问题。同时，本发明还具有可增氧、快速杀菌、降解水中污染物、能耗低、适合大规模处理养鱼污水的优点。
权利要求书
1.一种孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装置，其特征在于，包括： 一用以抽取养鱼污水的泵、控制阀、压力表、孔板射流空化装置、循环管路和TiO2薄 膜光催化氧化装置，所述循环管路包括一根进水管和两根出水管，所述泵分别与所述进 水管和出水管连接，所述控制阀和压力表分别设置在所述出水管上，所述孔板射流空化 装置设置在养鱼污水中连接至连接有压力表的出水管端口;所述TiO2薄膜光催化氧化 装置设置在养鱼污水中与所述孔板空化装置连接。
2.如权利要求1所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装置，其特 征在于，所述TiO2薄膜光催化氧化装置包括TiO2薄膜光催化剂涂板和激发光源，所述 激发光源与所述孔板射流空化装置相邻设置在所述TiO2薄膜光催化剂涂板内侧。
3.如权利要求2所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装置，其特 征在于，所述TiO2薄膜光催化剂涂板包括基底和TiO2薄膜光催化剂，所述TiO2薄膜光 催化剂采用溶胶-凝胶法负载于所述基底上。
4.如权利要求3所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装置，其特 征在于，所述基底为不锈钢空心圆柱体。
5.如权利要求2所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装置，其特 征在于，所述激发光源采用紫外光灯。
6.如权利要求1所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装置，其特 征在于，所述孔板射流空化装置为孔板空化管。
7.如权利要求6所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装置，其特 征在于，所述孔板空化管包括外管和内部孔板，所述内部孔板套接至所述外管内部。
8.一种孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的方法，其特征在于，包括以 下步骤：
步骤一，利用溶胶-凝胶法将TiO2光催化剂负载在不锈钢空心圆柱体基底上制成 TiO2薄膜光催化剂涂板，并测试TiO2薄膜光催化剂涂板在激发光源照射下的光电响应 性能;
步骤二，将已安装有孔板空化管的循环管路出水端、激发光源、TiO2薄膜光催化 剂涂板设置于养鱼污水内，且使孔板空化管和激发光源都设置在空心圆柱体TiO2薄膜 光催化剂涂板内侧;
步骤三，开启泵和激发光源，养鱼污水经孔板空化管作用于TiO2薄膜光催化剂涂 板，高速射流产生的冲击波、微射流迅速、彻底地清洁TiO2催化剂表面，TiO2催化剂 表面充分接受光源激发，持续反应，对养鱼污水进行处理。
9.如权利要求8所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的方法，其特 征在于，步骤三之后还包括：持续反应0.5～4h，取样分析，测定养鱼污水杀菌率(%)， 测定水体中氨氮、COD去除率(%)。
说明书
孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装置
技术领域
本发明涉及一种水产、环境领域处理养殖污水的系统，具体涉及一种孔板射流强化 TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装置。
背景技术
高密度精养等高投入、高产出、高效益的现代化水产养殖方式在国内外发展迅速， 但产生了水体环境负荷过高等问题。大量排泄物和残饲物沉积、败坏在养殖水域，滋生 了大量病原体，氨氮、COD等浓度也就会升高。养殖水体本身的自净能力无法承载过 高密度养殖所产生的污染负荷，造成养殖水体长期处于污染状态，严重时会造成饲养生 物死亡，若将这类污水直接排入环境中会造成环境污染，因此，及时有效的养殖水体处 理至关重要。目前，养殖水体处理方法主要包括机械过滤、生物过滤、臭氧处理、紫外 辐射消毒和光催化处理等。然而，机械过滤去除P、N及溶解性有机物效果不佳;生物 过滤去除病原性微生物效果不理想;臭氧处理成本高，残留的臭氧对养殖对象产生一定 的毒性作用;紫外辐射消毒技术的杀菌效果明显，但是对于去除有机物、氨氮等作用不 佳。另外，对封闭式水族箱养鱼污水的处理目前一般采用定期换水方式，因而造成了水 资源的浪费。
TiO2光催化氧化技术具有处理能耗低、降解彻底且无二次污染等特点，自1972年 Fujishima发现TiO2可光催化裂解水以来，TiO2半导体光催化技术在废水处理方面逐渐 得到了广泛的研究。但是，TiO2光催化氧化技术的应用往往受传质速率的限制，污染 物及其降解产物吸附在催化剂表面从而阻碍了催化剂对光能的吸收，研究者将超声空化 引入到光催化反应体系中强化光催化氧化作用(雷波，徐悦华.超声波强化光催化氧化 技术研究新进展[J].广东化工，2006，33(153)：16-19.)，然而超声空化处理规模小、 能耗高，难以实现大规模化利用，这大大限制了TiO2光催化氧化技术的工程化应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种快速杀菌、能耗低， 且适于规模化处理养鱼污水，适用范围广泛的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼 污水的装置。
针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明的另一目的在于提供一种快速杀菌、能耗 低，且适于规模化处理养鱼污水，适用范围广泛的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理 养鱼污水的方法。
为达到上述目的，本发明提供一种孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的 装置，包括：一用以抽取养鱼污水的泵、控制阀、压力表、孔板射流空化装置、循环管 路和TiO2薄膜光催化氧化装置，该循环管路包括一根进水管和两根出水管，泵分别与 进水管和出水管连接，控制阀和压力表分别设置在出水管上，孔板射流空化装置设置在 养鱼污水中连接至连接有压力表的出水管端口;TiO2薄膜光催化氧化装置设置在养鱼 污水中与孔板空化装置连接。
依照本发明较佳实施例所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装 置，该TiO2薄膜光催化氧化装置包括TiO2薄膜光催化剂涂板和激发光源，激发光源与 孔板射流空化装置相邻设置在TiO2薄膜光催化剂涂板内侧。
依照本发明较佳实施例所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装 置，该TiO2薄膜光催化剂涂板包括基底和TiO2薄膜光催化剂，TiO2薄膜光催化剂采用 溶胶-凝胶法负载于基底上。
依照本发明较佳实施例所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装 置，该基底为不锈钢空心圆柱体。
依照本发明较佳实施例所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装 置，该激发光源采用紫外光灯。
依照本发明较佳实施例所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装 置，该孔板射流空化装置为孔板空化管。
依照本发明较佳实施例所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装 置，该孔板空化管包括外管和内部孔板，内部孔板套接至外管内部。
为达到上述目的，本发明还提供一种孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水 的方法，包括以下步骤：
步骤一，利用溶胶-凝胶法将TiO2光催化剂负载在不锈钢空心圆柱体基底上制成 TiO2薄膜光催化剂涂板，并测试TiO2薄膜光催化剂涂板在激发光源照射下的光电响应 性能;
步骤二，将已安装有孔板空化管的循环管路出水端、激发光源、TiO2薄膜光催化 剂涂板设置于养鱼污水内，且使孔板空化管和激发光源都设置在空心圆柱体TiO2薄膜 光催化剂涂板内侧;
步骤三，开启泵和激发光源，养鱼污水经孔板空化管作用于TiO2薄膜光催化剂涂 板，高速射流产生的冲击波、微射流迅速、彻底地清洁TiO2催化剂表面，TiO2催化剂 表面充分接受光源激发，持续反应，对养鱼污水进行处理。
依照本发明较佳实施例所述的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的方 法，步骤三之后还包括：持续反应0.5～4h，取样分析，测定养鱼污水杀菌率(%)，测 定水体中氨氮、COD去除率(%)。
本发明的孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装置的工作原理为：养鱼 污水由泵抽取经孔板空化管作用于TiO2薄膜光催化剂涂板，高速射流产生的冲击波、 微射流迅速、彻底地清洁TiO2催化剂表面，从而使TiO2催化剂表面保持清洁，持续对 养鱼污水进行处理。解决了污染物及其降解产物吸附在催化剂表面从而阻碍了催化剂对 光能的吸收的问题，从而强化光催化氧化作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：水射流空化技术和光催化氧化技术都具有 无二次污染的优点，本发明采用孔板射流强化TiO2薄膜光催化处理养鱼污水的装置， 是将水射流空化技术引入到光催化反应体系中，一方面，养鱼污水由泵抽取经孔板空化 管作用于TiO2薄膜光催化剂涂板，高速射流产生的冲击波、微射流迅速、彻底地清洁 TiO2催化剂表面，解决了污染物及其降解产物吸附在催化剂表面阻碍了催化剂对光能 的吸收的问题，从而强化光催化氧化作用。另一方面，利用高速射流产生的空化泡在瞬 间破灭时产生的局部几千开氏度的高温和几十兆帕的高压促使水分子产生·OH和·H降 解水中污染物。同时，水射流空化对被处理水体还具有增氧作用，这不仅可促进光催化 氧化处理污染水体的作用，而且有利于循环养殖水体中养殖生物的生长。另外，本发明 可用于开放式以及封闭式养殖水体处理。并且，水射流空化影响范围远远超过超声空化 的影响范围，且能耗低，更适合于大规模化的废水处理。