一種利用電氣石複合催化氧化去除水藻的方法
2023-10-05 23:15:34
專利名稱：：一種利用電氣石複合催化氧化去除水藻的方法
技術領域：
：本發明屬於一種依靠天然礦物改水淨化技術，尤其涉及一種以電氣石和活性碳為複合催化劑在微電解裝置作用下滅藻除氨氮的方法。
背景技術：
：公開出版物"飲用水的微電解法滅菌研究，《給水排水》，2000,32(1):112-114"和"微電解殺藻研究，上海環境科學，1998，17(1):28-29"中介紹了兩種利用微電解法殺菌滅藻處理水質的方法，但此兩種方法耗電高，水處理效果差。在水處理中電氣石有很多的應用，但一般是基於活化或鹼化水的功能。公開號為CN1843968,發明名稱為"以電氣石為催化劑的水處理方法"的專利申請中，公開了一種利用原始的電氣石並加入雙氧水為氧化劑，來進行水處理的方法，此種方法成本高且操作複雜。
發明內容本發明的目的是提供一種利用電氣石複合催化氧化去除水藻的方法，該方法利用活性碳具有孔道吸附的特性和碳的電化學特點與改性後的電氣石作為催化劑，在直流電作用下殺滅藻類，同時去除氨-氮等汙染物，操作方便，成本低。為了達到上述目的，本發明的技術方案如下一種利用電氣石複合催化氧化去除水藻的方法，包括如下步驟將天然電氣石破碎成粉或小顆粒，然後對其進行改性處理，處理後的電氣石與活性碳按照0.5:19:1的比例範圍進行混合，得到複合催化劑，再將複合催化劑裝入微電解裝置中，向微電解裝置中持續通入待處理水，進水的流速控制處理藻的負荷為2~40mg/g.mA/cm2，處理氨氮的負荷為0.2~2mg/g.mA/cm2，微電解裝置中的電流密度控制在2mA/cm2~50mA/cm2，加熱溫度控制在20°C~60°C,在複合催化劑的作用下，待處理水中的藻類和氨氮被去除掉，使待處理水得到淨化。上述的改性處理是指用0.5mol/L的硝酸對電氣石粉或電氣石小顆粒進行表面清洗和氧化處理；上述的待處理水為一般的地表水、遊泳池水和海水。本發明的有益效果是利用活性碳具有孔道吸附的特性和碳的電化學特點與改性後的電氣石作為催化劑，在直流電作用下殺滅藻類，同時去除氨-氮等汙染物，操作方便，成本低，處理效果好。具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步詳細地描述礦物表面吸附作用的主要類型有電位吸附、離子交換吸附、離子分子吸附、單分子層吸附。電氣石的結構緊密、金屬離子不易進入其晶體結構，但表面具有特殊的電性，在電氣石表面厚度十幾微米範圍內存在10/m(最高值)10S7m的高場強，在靜電場的作用下，H+和水分子結合形成活性分子H30+，活性分子具有極強的界面活性，可以吸引水中的離子，同時又具有對一些離子的排斥性，因此電氣石的吸附主要為表面吸附與排斥性的雙重特徵，而活性碳具有孔道吸附的特徵，本發明正是利用二者的特性，將其結合在電場的作用下，對水體進行淨化處理，得到良好的淨化效果。具體實施例如下實施例一-分別取水樣利用以下四種方式進行滅藻處理，處理後，分別取水樣作葉綠素a提取，計算去除率，其結果為三次重複實驗的平均值。實驗條件水樣體積500mL,處理時間15min，電解組電流密度為15mA/cm2，測試結果如表一。表一四種方式進行滅藻處理的測試結果tableseeoriginaldocumentpage4從表一可以看出，直接電解的滅藻率僅為18.9%,僅用活性碳作為催化劑的滅藻率為59.1%，僅用電氣石的滅藻率為32.4%，活性碳和電氣石混合作為催化劑的滅藻率為95%，效果要遠遠超過單獨使用和不用催化劑的效果，這說明活性碳和電氣石的組合對電解滅藻有協同作用。單獨使用電氣石效果不好的原因是因為電氣石的自發電極性所產生的電場所致，因為無數的電氣石微粒相當於一個個微小的電場，單位體積內的電氣石微粒過多，相互幹擾、削弱彼此間的電場強度，使反應速度降低。實施例二不同處理時間對藻類的殺滅作用實驗條件水樣體積500mL,葉綠素a的含量為254mg/ml，在電流密度J=20mA/cm2的條件下處理，電氣石與活性碳採用l:2的比例混合，淨化效果如下隨著處理時間的延長，滅藻率增大，當處理時間為20分鐘時，滅藻率就達93.8%,當電解30分鐘時，滅藻率將近100%。從上面的測試效果可以分析出，處理時間越長，電解產生的活性物質就越多，在反應器內部進行的氧化反應就越充分，藻類被去除掉的越多。實施例三電流密度對>^114+-1^去除率的影響實驗條件水樣體積500mL，原水NH4、N為18mg/L，20分鐘後，其處理效果如表二，表二tableseeoriginaldocumentpage5從表二數據可以看出，在不同的電流密度下，電氣石-活性碳電解的處理方式比單純使用電氣石或活性碳的NH4+-N去除率約高出6%~14%，這說明通過引入電流，NH/-N的去除率都有較大提高，並且在電流密度偏低時，去除效果較好，說明低電流密度更有利NH4"-N的去除。試驗結果表明，電催化氧化-吸附協同作用對氨氮也有較高的脫除率，因此限制了藻類存活的條件。實施例四對遊泳池水的處理效果一般遊泳池的消毒方式通常採用氯化消毒，如果游離性氯過低則不能起到殺菌、抑菌的作用，如果過高則會使衣物褪色，引起遊泳者眼部、鼻黏膜的刺激，而氯的投加量往往很難掌握。所以，如果能夠找到新方法取代氯化消毒，且經此方式消毒後的水具有一定的持續滅菌作用，這樣不僅可以保證遊泳池水在微生物學上的安全，而且可避免給遊泳者帶來不良影響。取實際某泳池水進行測試按照實施例二的工作條件，並與利用NaC10進行水處理的方法相比較，測試結果見表三和表四。表三電解-吸附協同作用對遊泳池水殺菌效果tableseeoriginaldocumentpage5通過對比表三和表四的實驗結果可以得出，電解-吸附協同殺菌效果優於NaC10的殺菌效果，當接觸時間為200秒時，電解-吸附協同作用的滅菌率為90.18%,而NaC10的滅菌率為74.26%。這同時也說明，在微電解-吸附協同殺菌作用中，起到殺菌效果的物質不只是活性氯，還有其他物質。實施例五對海水殺菌滅藻效果目前，在海水淡化和海水直接冷卻的應用中，首先要考慮滅藻。按照實施例二的工作條件，取某地的海水進行測試，並與利用硫酸銅進行水處理的方法相比較，測試結果見表五和表六。表五對海水滅藻效果tableseeoriginaldocumentpage6從表五和表六的實驗結果可以看出，電解-吸附協同作用對海水有非常好的滅藻效果，而CiiS04的滅藻效果就比較一般，同時容易造成二次汙染問題。權利要求1、一種利用電氣石複合催化氧化去除水藻的方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟將天然電氣石破碎成粉或小顆粒，然後對其進行改性處理，處理後的電氣石與活性碳按照0.5∶1～9∶1的比例範圍進行混合，得到複合催化劑，再將複合催化劑裝入微電解裝置中，向微電解裝置中持續通入待處理水，進水的流速控制處理藻的負荷為2～40mg/g.mA/cm2，處理氨氮的負荷為0.2～2mg/g.mA/cm2，微電解裝置中的電流密度控制在2mA/cm2～50mA/cm2，加熱溫度控制在20℃～60℃，在複合催化劑的作用下，待處理水中的藻類和氨氮被去除掉，使待處理水得到淨化。2、如權利要求l所述的一種利用電氣石複合催化氧化去除水藻的方法，其特徵在於，所述的改性處理是指用0.5mol/L的硝酸對電氣石粉或電氣石小顆粒進行表面清洗和氧化處理。3、如權利要求l所述的一種利用電氣石複合催化氧化去除水藻的方法，其特徵在於，所述的待處理水為地表水、遊泳池水和海水。全文摘要一種利用電氣石複合催化氧化去除水藻的方法屬於一種依靠天然礦物改水淨化技術，該方法是將電氣石破碎成粉或小顆粒後，利用0.5M的硝酸進行洗滌處理，然後將處理後的電氣石與相應的活性碳進行混合，得到複合的催化劑，再裝入微電解裝置中，然後向微電解裝置中通入待處理水，根據待處理水進水的流速控制微電解裝置中的電流、溫度和流量以及催化劑的加入量，這樣就可以實現滅藻除氨氮的目的。本發明的有益效果是利用活性碳具有孔道吸附的特性和碳的電化學特點與改性後的電氣石良好的電、熱特性作為催化劑，在直流電作用下殺滅藻類，同時去除氨-等氮汙染物，操作方便，成本低，處理效果好。文檔編號C02F1/461GK101182056SQ20071015850公開日2008年5月21日申請日期2007年11月21日優先權日2007年11月21日發明者王華芳,偉馬申請人:大連理工大學