[發(fā)明專利]一種UVC-LED—DSA電極耦合的光電化學(xué)氧化氨氮協(xié)同去除系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010499840.2
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111646539A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉章穎;王朔;黃曉伶;趙建;朋澤群
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C02F1/32
• 分類號: C02F1/32;C02F1/461;C02F101/16;C02F103/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發(fā)明公開了一種UVC?LED—DSA電極耦合的光電化學(xué)氧化氨氮協(xié)同去除系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：包括光電化學(xué)反應(yīng)器、DSA陽極、鈦陰極、磁力攪拌器、蠕動泵、陽極出氣口、陰極出氣口、pH控制儀、直流電源、熱電偶、控溫裝置、UVC?LED模組(風(fēng)冷散熱扇、散熱片、UVC?LED燈珠)、石英玻璃板。本發(fā)明系統(tǒng)主要消耗電能，且可在較低的電流密度下高效運行，運行成本較低，且反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小、操作簡便且易于維護；所采用的DSA陽極具有良好的電催化活性和穩(wěn)定性、耐腐蝕、導(dǎo)電及加工性好，可大大提高系統(tǒng)的使用壽命；此外，該光電化學(xué)氧化反應(yīng)體系主要通過產(chǎn)生活性氯及多種自由基成分對氨氮等污染物快速高效去除，具有綠色環(huán)保，環(huán)境友好等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及UV-LED光電化學(xué)氧化技術(shù)、養(yǎng)殖水體凈化和污水清潔處理領(lǐng)域，尤其涉及UVC-LED—DSA電極耦合的光電化學(xué)氧化氨氮協(xié)同去除系統(tǒng)。

背景技術(shù)

20世紀末以來，世界主要漁業(yè)國為獲取更多的優(yōu)質(zhì)動物蛋白質(zhì)，開始重視發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，這使水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)成為農(nóng)業(yè)中發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。隨著我國水資源短缺以及對環(huán)境污染和食品安全防控力度的加大，傳統(tǒng)粗放的養(yǎng)殖模式進一步受到限制，而持續(xù)增長的水產(chǎn)品消費需求促使水產(chǎn)養(yǎng)殖必然向更集約高效、綠色環(huán)保和可持續(xù)的工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)轉(zhuǎn)變。工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)是一項綜合現(xiàn)代技術(shù)實現(xiàn)養(yǎng)殖用水循環(huán)利用，減少養(yǎng)殖環(huán)境污染和提高水利用率的技術(shù)。在養(yǎng)殖過程中，養(yǎng)殖對象的代謝產(chǎn)物、餌料殘存、生物尸體等蛋白質(zhì)不能及時分解，研究表明：在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中魚類所食餌料的80％以上作為廢棄物(主要為氨氮和有機物)排入水中，從而導(dǎo)致水體的氨氮、亞硝酸鹽氮等有害物質(zhì)上升，從而污染水質(zhì)，對養(yǎng)殖物產(chǎn)生毒害作用，進而導(dǎo)致養(yǎng)殖物大量死亡。因此，對水體中氨氮含量的檢測和有效去除，是循環(huán)水養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對水產(chǎn)養(yǎng)殖以及生態(tài)保護都有著重要的意義。

目前，在工廠化養(yǎng)殖過程中，水質(zhì)處理的方式應(yīng)用較多的是生物凈水技術(shù)，其中的生物膜法應(yīng)用較為普遍，該法主要是依靠附著在生物載體或濾料表面上的微生物來降解水體氨氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮等有害物質(zhì)，從而達到凈水的功能。但該法受到溫度、水體堿度、生物膜附著及成熟時間長、硝化菌群系統(tǒng)構(gòu)建慢、生物數(shù)量低等因素的制約。此外，利用吸附技術(shù)等物理方法去除氨氮已經(jīng)在中小型水產(chǎn)養(yǎng)殖中得到了較多的應(yīng)用，但是活性炭吸附技術(shù)同時也存在著吸附劑比表面積小、再生難、成本高等問題的限制。

近年來，TiO₂光催化在環(huán)境保護領(lǐng)域內(nèi)的有機、無機污染物的去除方面取得了較大進展，被認為是一種極具前途的環(huán)境污染深度凈化技術(shù)。TiO₂因其光穩(wěn)定性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難溶、無毒、成本低、具有高效性，被廣泛用于光催化法處理有機或無機廢水。該方法的主要原理是當能量大于或等于TiO₂帶隙能的光照射時，TiO₂發(fā)生光電效應(yīng)，吸收光子產(chǎn)生電子(e-)-空穴(h⁺)對，經(jīng)過禁帶向來自溶液且吸附在其表面的物種轉(zhuǎn)移電荷，空穴奪取顆粒表面吸附物中的電子，使該物種被氧化，電子受體接受表面電子被還原。但由于TiO₂的禁帶寬度較寬(3.2eV)，僅能被波長較短的紫外線激發(fā)。另外，由于光激發(fā)產(chǎn)生的電子與空穴的復(fù)合，導(dǎo)致光量子效率很低，因此基于TiO₂光催化發(fā)展起來的光電催化技術(shù)因采用電化學(xué)輔助方法，能促進TiO₂光生電子-空穴對的分離，提高其催化效率而備受關(guān)注，該方法的原理依然是基于光電效應(yīng)，主要通過產(chǎn)生電子-空穴對催化劑表面吸附物進行降解處理。此外，在TiO₂光電催化技術(shù)中，常用的輻射光源為254nm的紫外汞燈，但隨著《水俁公約》的正式生效，紫外汞燈的應(yīng)用將受到進一步限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有養(yǎng)殖水體氨氮去除技術(shù)的不足以及TiO₂光電催化技術(shù)的缺陷，提供一種UVC-LED—DSA電極耦合的光電化學(xué)氧化氨氮協(xié)同去除系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：