一種用于城市水體中持久性污染物凈化的電化學(xué)生物浮島的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，特別涉及一種用于城市水體中持久性污染物凈化的電化學(xué)生物浮島。
【背景技術(shù)】
[0002]水是人類賴以生存不可或缺的自然資源，但隨著人類社會的不斷進(jìn)步、工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展及人口的持續(xù)增長，水環(huán)境中的有機(jī)污染問題日趨嚴(yán)重，水中的持久性有機(jī)污染物種類多、數(shù)量大，嚴(yán)重危及人體健康，污染問題相當(dāng)突出。
[0003]城市水環(huán)境中的污染物主要來自有機(jī)物。全國環(huán)境狀況公報(bào)表明，地表水流經(jīng)城市的河段有機(jī)污染較重。城市居民日常生活排放的污水和很多工業(yè)廢水都含有大量的溶解狀有機(jī)物質(zhì)，有的工業(yè)廢水還含有有毒有害的人工合成的有機(jī)物，如合成農(nóng)藥和染料等。長江三角洲地區(qū)，大多數(shù)城市河流都存在嚴(yán)重的有機(jī)污染。上海黃浦江有機(jī)物種類至少在500?700種之間，GC/MS定性檢出的218種有機(jī)物中，屬美國EPA的優(yōu)先污染物達(dá)39種。據(jù)對全國35個江段合成有機(jī)物調(diào)查，水體中痕量有機(jī)物種類繁多，"三致"物超標(biāo)倍數(shù)高。在7個流域14個典型江段中共檢出197種有機(jī)化合物，其中致癌化合物25種，屬于美國EPA的優(yōu)先污染物共有53種。因此，對城市水體中的污染物的控制和修復(fù)至關(guān)重要。
[0004]現(xiàn)有城市水體治理技術(shù)包括有化學(xué)投藥、引水換水、底泥疏潑、曝氣充氧、人工濕地和生物浮島等方法?；瘜W(xué)投藥方法通過添加CuSO4(硫酸銅)和FeCl3 (氯化鐵)等化學(xué)藥劑或者活性炭、硅藻士等吸附劑，改變水中的氧化還原電位、PH值(酸堿皮)，吸附沉淀水中的懸浮物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)。由于需要投加大量的化學(xué)藥劑，且化學(xué)藥劑成本較高，并易引起二次污染；
[0005]物理修復(fù)措施主要有底泥疏潑、引水換水等工程方法，但是物理修復(fù)過程中營養(yǎng)物質(zhì)的絕對量并沒有減少，不能從根本上解決問題，并且成本高昂；主要的生物處理技術(shù)包括人工濕地、生物浮島等，此類方法具有原位修復(fù)特點(diǎn)，兼具景觀美化作用，但是降解反應(yīng)速率慢，水體處理周期較長。
[0006]在這些方法中，曝氣充氧法在富營養(yǎng)化水污染處理中被廣泛應(yīng)用。曝氣充氧法主要是通過向水中補(bǔ)充氧氣，保證水生生物生命活動及微生物氧化分解有機(jī)物的氧氣供應(yīng)，同時攪拌水體達(dá)到水體循環(huán)的目的。曝氣的方式主要有自然跌水曝氣和機(jī)械曝氣，前者充氧效率低，后者能耗高口但曝氣的方法只能延緩水休富營養(yǎng)化的發(fā)生，不能從根本上解決水體富營養(yǎng)化。傳統(tǒng)方法水處理成本普遍較高，能源利用率低，加之水體富營養(yǎng)化成因多樣，單一的處理方式并不能滿足現(xiàn)有的治理需求。同時，城市水體美學(xué)要求高、流動性差，不能直接應(yīng)用城市污水治理技術(shù)。這就迫切需要一種節(jié)能高效的水體修復(fù)方法，在低成本投資下實(shí)現(xiàn)的高處理效果。目前市場上尚無節(jié)能、安全、高效的水體修復(fù)設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題而做出的，本發(fā)明的目的在于提供一種凈化效率高、自持能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、便于維護(hù)的高效水體修復(fù)設(shè)備。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一技術(shù)方案，一種用于城市水體中持久性污染物凈化的電化學(xué)生物浮島，其特征在于其包括浮板、陽極板、陰極板、螺旋槳、太陽能電池板、植物浮島、固根底座構(gòu)成，整個系統(tǒng)以錨定的方式固定于湖泊或河道中心，由浮板提供浮力，承載固根底座以種植植物浮島；由太陽能電池板提供電能，驅(qū)動螺旋槳引起水流擾動，強(qiáng)化傳質(zhì)效率，并在陽極和陰極上施加恒定的電流實(shí)現(xiàn)持久性污染物的電吸附和電催化凈化。
[0009]本發(fā)明的第二技術(shù)方案在第一技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于城市水體中持久性污染物凈化的電化學(xué)生物浮島，其特征在于所述浮板為聚氨酯泡沫塑料材質(zhì)。
[0010]本發(fā)明的第三技術(shù)方案，在第一技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于城市水體中持久性污染物凈化的電化學(xué)生物浮島，其特征在于所述陽極和陰極為覆蓋納米纖維膜材料的氧化鉛絲網(wǎng)陽極和鈦絲網(wǎng)陰極。
[0011]本發(fā)明的第四技術(shù)方案，在第一技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于城市水體中持久性污染物凈化的電化學(xué)生物浮島，其特征在于所述陽極(I)和陰極(2)可分別實(shí)現(xiàn)電催化和電吸附的效果，并能實(shí)現(xiàn)污染物的預(yù)富集和高效凈化。
[0012]本發(fā)明所述的用于城市水體中持久性污染物凈化的電化學(xué)生物浮島，具有如下有益的技術(shù)效果:
[0013]I)原位修復(fù)，僅需將整個系統(tǒng)牽引至湖泊或河道中央，拋錨固定即可；
[0014]2)處理效果好，由于采用高效的電吸附與電催化處理方法，與傳統(tǒng)的生物浮島相比，具有對持久性污染物的特殊的高效凈化能力；
[0015]3)運(yùn)行費(fèi)用低，由于采用太陽能供電，不需要外界提供電力供給，日常運(yùn)行費(fèi)用減少80%以上；
[0016]4)自持能力強(qiáng)，該系統(tǒng)安置于水溫為O?45°C，水流速度小于lm/s的城市湖泊或河道內(nèi)，持續(xù)運(yùn)行周期超過100天；
[0017]5)維護(hù)簡便，無需日常值班操作，維修率低；
[0018]6)從美學(xué)角度上看，還具有美化城市環(huán)境、豐富感官信息，強(qiáng)化水體環(huán)境效果等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0019]為更清楚地說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，下面對【具體實(shí)施方式】部分的描述中使用到的附圖作簡單說明。
[0020]圖1為城市水體中持久性污染物凈化的電化學(xué)生物浮島的結(jié)構(gòu)見圖，附圖標(biāo)記說明如下:
[0021]1-浮板、2-陽極板、3-陰極板、4-螺旋槳、5-太陽能電池板、6_植物浮島、7-固根底座
【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0023]實(shí)施例1
[0024]如圖1所示，一種用于城市水體中持久性污染物凈化的電化學(xué)生物浮島，其特征在于其包括浮板(I)、陽極板(2)、陰極板(3)、螺旋槳(4)、太陽能電池板(5)、植物浮島(6)、固根底座(7)構(gòu)成，整個系統(tǒng)以錨定的方式固定于湖泊或河道中心，由浮板(I)提供浮力，承載固根底座(7)以種植植物浮島(6);由太陽能電池板(5)提供電能，驅(qū)動螺旋槳(4)引起水流擾動，強(qiáng)化傳質(zhì)效率，并在陽極(2)和陰極(3)上施加恒定的電流實(shí)現(xiàn)持久性污染物的電吸附和電催化凈化。
[0025]所述浮板(I)為聚氨酯泡沫塑料材質(zhì)，所述陽極(I)和陰極(2)為覆蓋納米纖維膜材料的氧化鉛絲網(wǎng)陽極和鈦絲網(wǎng)陰極。所述陽極(I)和陰極(2)可分別實(shí)現(xiàn)電催化和電吸附的效果，并能實(shí)現(xiàn)污染物的預(yù)富集和高效凈化。
[0026]實(shí)施例2
[0027]實(shí)施例1中所述的覆蓋納米纖維膜材料的氧化鉛絲網(wǎng)陽極和鈦絲網(wǎng)陰極的制備方法如下，
[0028]首先將分子量為10萬的聚乙烯醇顆粒和嵌段共聚物P123顆粒以質(zhì)量比為20: I溶于超純水中，形成質(zhì)量濃度為200g/L的渾濁乳液，作為紡絲溶液；將市售的氧化鉛絲網(wǎng)陽極和鈦絲網(wǎng)陰極置于自制的高壓靜電紡絲裝置中，并用銅導(dǎo)線與陰極導(dǎo)通，將紡絲溶液置于高壓靜電紡絲裝置中，并與陽極導(dǎo)通，施加控制電壓為0.7?2.5萬伏，調(diào)節(jié)絲網(wǎng)電極與噴射頭的距離為10?15cm，以獲得穩(wěn)定連續(xù)的噴射流為準(zhǔn)，該噴射流沉積于絲網(wǎng)電極表面，即可形成納米纖維膜，待4?5小時后，纖維膜厚度達(dá)到0.5?I毫米，停止紡絲。所得覆蓋納米纖維膜材料的氧化鉛絲網(wǎng)陽極和鈦絲網(wǎng)陰極儲存?zhèn)溆谩?br>[0029]以上所述的【具體實(shí)施方式】僅用于具體說明本發(fā)明的精神，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，當(dāng)然可根據(jù)本說明書中所公開的技術(shù)內(nèi)容，通過變更、置換或變型的方式輕易做出其它的實(shí)施方式，這些其它的實(shí)施方式都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于城市水體中持久性污染物凈化的電化學(xué)生物浮島，其特征在于其包括浮板(I)、陽極板(2)、陰極板(3)、螺旋槳(4)、太陽能電池板(5)、植物浮島(6)、固根底座(7)構(gòu)成，整個系統(tǒng)以錨定的方式固定于湖泊或河道中心，由浮板(I)提供浮力，承載固根底座(7)以種植植物浮島(6)油太陽能電池板(5)提供電能，驅(qū)動螺旋槳⑷引起水流擾動，強(qiáng)化傳質(zhì)效率，并在陽極(2)和陰極(3)上施加恒定的電流實(shí)現(xiàn)持久性污染物的電吸附和電催化凈化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于城市水體中持久性污染物凈化的電化學(xué)生物浮島，其特征在于所述浮板(I)為聚氨酯泡沫塑料材質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于城市水體中持久性污染物凈化的電化學(xué)生物浮島，其特征在于所述陽極(I)和陰極(2)為覆蓋納米纖維膜材料的氧化鉛絲網(wǎng)陽極和鈦絲網(wǎng)陰極。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于城市水體中持久性污染物凈化的電催化生物浮島，是一種可原位凈化水體污染的修復(fù)設(shè)備。該設(shè)備由浮板、陽極板、陰極板、螺旋槳、太陽能電池板、植物浮島、固根底座等構(gòu)成。整個系統(tǒng)以錨定的方式固定于湖泊或河道中心，由浮板提供浮力，承載固根底座以種植植物浮島；由太陽能電池板提供電能，驅(qū)動螺旋槳引起水流擾動；并在陽極和陰極上施加恒定的電流實(shí)現(xiàn)持久性污染物的電吸附和電催化凈化。該設(shè)備具有凈化效率高、自持能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01L31/042, C02F9/14, C02F3/32, C02F3/34
【公開號】CN105016474
【申請?zhí)枴緾N201510379762
【發(fā)明人】殷立峰, 牛軍峰, 代云容, 謝利利, 張園正
【申請人】北京師范大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月2日