专利名称：太阳能光催化植物净水方法
技术领域：
本发明涉及野外养鱼池塘的水体污染处理方法，尤指采用光催化反应降解水 中有机污染物并协同植物营养吸收的水面连续性净水工艺。
背景技术：
由于水生动物蛋白的营养、健康价值逐渐被认识，水产品需量随之不断增加， 野外养鱼池塘是水产养殖品的主要出产地，面广量大，但目前野外水域的水生动 物养殖普遍存在单位产量低下的问题，主要原因是养鱼水体依靠自然环境净化， 无法承载过高密度养殖带来的有机污染负荷，例如，大量的排泄和残饲物沉积、 败坏，会造成养殖水体的污染，严重时危及饲养动物的生命，从而限制了野外池 塘养殖产量的进一歩提高。室内的工厂化养鱼采用了水净化工程技术，养殖水体 应用陆基的成套设备进行循环处理，但这些系统设备体积庞大、结构复杂，投资 成本多，单位能耗和运行费用高，操作管理繁琐，且有线缆拖累，难以适应野外 分散养殖水域的灵活使用。目前野外养殖池塘除了水体曝气的增氧机外，尚无在 水面直接处理有机污染负荷的水质净化方法。
发明内容
本发明的目的是，提供一种可在水面直接应用的太阳能光催化植物净水方法。 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案 一种采用太阳能浮床系统进行光催 化植物净水的方法，其特征在于，
在养鱼水面设置太阳能光催化植物浮床，其上设置充气提水系统、太阳能光 伏发电系统，同时太阳能光催化植物浮床还依次水平设置泡沫海绵、玻璃珠光催 化反应帘、水栽植物。
1) 充气提水系统包括充气泵和提水管，充气泵工作，通过软管将空气送入提 水管内放置的释气石，含氧气体在提水管中不断释放，微气泡携水上升，提出水 面，流入泡沫海绵；
2) 经泡沫海绵过滤后的清水流经水平设置的玻璃珠光催化反应帘，过滤后截 留的固相杂质排除；
3) 滤除固相杂质的清水与玻璃珠上涂有的Ti02系光催化薄膜接触反应，将水 中有机污染物降解成小分子态的无机氮和矿化物；4)经光催化反应后的水流经水栽植物，经植物营养吸收，净化水流出浮床， 回落养鱼水域。
所述太阳能光伏发电系统包括太阳能光伏电板、蓄电池、充放电控制器，太阳 能光伏电板的输出线路通过充放电控制器的控制电路分别与蓄电池和充气泵连 接。
本发明漂浮于工作水面，太阳能光伏电板接受太阳光线辐射后产生直流电， 通过充放电控制器向蓄电池充电，待蓄电池充满电后，再由充放电控制器向充气 泵放电，带动充气泵工作。充放电控制器用以限制向蓄电池过饱和的充电和过量 的耗电，保证蓄电池的有效使用。充气泵产生的有压空气由输气管引导至提水管 中的释气石，以微细气泡形式释放水中，大量气泡在管中不断上升， 一边对水体 充氧， 一边利用气泡表面产生的张力，吸附聚集水中有机溶质，并附带水体呈气 液混合态举出水面，流入光催化植物净水浮床，经过滤海棉去杂滤清后，再均匀 流入玻璃珠光催化反应帘。在太阳光线的照射下，玻璃珠表面的Ti02系光催化材 料被激发，产生的高氧化能力将水中有机污染物降解成小分子态的无机氮和矿化 物，正好被水栽植物营养吸收，水中污染物得到相应的减量而流回鱼塘，通过系 统的不断循环处理，实现养鱼水环境的生态本衡。
附图1是本发明工作原理示意图。
附图2是图1的电源线路框图。
图中l太阳能浮床、2充放电控制器、3释气石、4太阳能光伏电板、5蓄电 池、6充气泵、7植物、8泡沫海绵、9玻璃珠光催化反应帘、IO提水管。
具体实施例方式
一种采用太阳能浮床系统进行光催化植物净水的方法，在养鱼水面设置太阳 能光催化植物浮床l，其上设置充气提水系统、太阳能光伏发电系统，同时太阳能 光催化植物浮床还依次水平设置泡沫海绵6、玻璃珠光催化反应帘9、水栽植物7; 所述太阳能光伏发电系统包括太阳能光伏电板4、蓄电池5、充放电控制器2,太阳 能光伏电板的输出线路通过充放电控制器的控制电路分别与蓄电池和充气泵6连 接。所述的光催化反应帘由若干玻璃珠串组成。
1)充气提水系统包括充气泵6和提水管，充气泵工作，通过软管将空气送入 提水管内放置的释气石3，含氧气体在提水管中不断释放，微气泡携水上升，提出 水面，流入泡沫海绵6;
52) 经泡沫海绵过滤后的清水流经水平设置的玻璃珠光催化反应帘，过滤后截 留的固相杂质排除；
3) 滤除固相杂质的清水与玻璃珠上涂有的Ti02系光催化薄膜接触反应，将水 中有机污染物降解成小分子态的无机氮和矿化物；
4) 经光催化反应后的水流经水栽植物，经水栽植物7营养吸收，净化水流出 浮床，回落养鱼水域。
所述玻璃珠表面的Ti02系光催化材料为，玻璃珠表面覆涂掺杂Au纳米颗粒的 Ti02薄膜催化剂；
条件为以钛酸四正丁酯为钕源，硝酸和乙酰丙酮为水解抑制剂，去离子水 为水解剂，聚乙二醇和l, 5戊二醇添加剂，氯金酸为金源；
用移液管移取4毫升钛酸四正丁酯，将其溶解在1毫升的乙酰丙酮中搅拌0. 5 小时制得溶液A。另取O. lg氯金酸、1 g聚乙二醇、0.25 g 1， 5戊二醇、0.7 g 水溶解在32. 5毫升乙醇中制得溶液B;溶液B缓慢滴加到溶液A中搅拌1小时， 适量浓硝酸调节酸性，制得前驱溶胶；
将玻璃珠用2 mol/L的NaOH溶液浸泡5小时，然后用二次蒸馏水进行反复清 洗直至洗液ph为中性。放入100 oC烘箱烘干备用；
将烘干的玻璃珠浸入上面配制好的溶胶中，静置10分钟后取出，然后在60。C 烘箱中干燥10分钟，最后，放在马弗炉内以10°0分钟的升温速度升至500。C， 保温l小时，最后在炉内自然冷却至室温，即得到玻璃珠表面覆涂掺杂Au纳米颗 粒的Ti02薄膜催化剂。
本发明采用水处理整体装置漂浮水面的工作形式，是以利用太阳能发电、气 力提水聚污，及应用光催化植物协同处理技术为特征的净水方法，具有结构简单、 直接水面工作、省地节能的低成本实用特点。太阳能发电驱泵充气方法，避免了 装备在池塘中使用时的电缆拖累和材料浪费；气力提升用作循环动力，即节能， 又产生增氧效果；光催化协同植物的净水方法，可快速降解水溶性有机物质、氨 氮、亚硝酸盐，解决硝酸盐的积累问题，而且光催化反应具有改良水分团结构和 灭菌效应，可防止植物根腐病等感染，无二次污染，对生态环境友好。光伏发电 和光催化反应降解的组合方式，利用太阳能量充分，可持续应用优势明显，优于 常规野外池塘净水技术的效果。本发明的实施，可在养殖水面直接应用太阳能进 行连续的过滤净化和增氧，还可应用于环保和绿地景观水域的水质处理。
权利要求
1、一种太阳能光催化植物净水方法，其特征在于，在养鱼水面设置太阳能光催化植物浮床，其上设置充气提水系统、太阳能光伏发电系统，同时太阳能光催化植物浮床还依次水平设置泡沫海绵、玻璃珠光催化反应帘、水栽植物；1)充气提水系统包括充气泵和提水管，充气泵工作，通过软管将空气送入提水管内放置的释气石，含氧气体在提水管中不断释放，微气泡携水上升，提出水面，流入泡沫海绵；2)经泡沫海绵过滤后的清水流经水平设置的玻璃珠光催化反应帘，过滤后截留的固相杂质排除；3)滤除固相杂质的清水与玻璃珠上涂有的TiO2系光催化薄膜接触反应，将水中有机污染物降解成小分子态的无机氮和矿化物；4)经光催化反应后的水流经水栽植物，经植物营养吸收，净化水流出浮床，回落养鱼水域。
2、 按照权利要求l所述的太阳能光催化植物净水方法，其特征在于，所述的光 催化反应帘由若干玻璃珠串联后，并列组成。
3、 按照权利要求1或2所述的太阳能光催化植物净水方法，其特征在于，所述太阳能光伏发电系统包括太阳能光伏电板、蓄电池、充放电控制器,太阳能光伏电板 的输出线路通过充放电控制器的控制电路分别与蓄电池和充气泵连接。
4、 按照权利要求1或2所述的采用太阳能光催化植物净水方法，其特征在于， 所述玻璃珠表面的Ti02系光催化材料为，玻璃珠表面覆涂掺杂Au纳米颗粒的Ti02 薄膜催化剂；条件为以钛酸四正丁酯为钛源，硝酸和乙酰丙酮为水解抑制剂，去离子水为水解剂，聚乙二醇和l, 5戊二醇添加剂，氯金酸为金源；用移液管移取4毫升钛酸四正丁酯，将其溶解在1毫升的乙酰丙酮中搅拌0. 5小 时制得溶液A。另取O. lg氯金酸、1 g聚乙二醇、0.25 g 1， 5戊二醇、0.7 g水溶 解在32.5毫升乙醇中制得溶液B;溶液B缓慢滴加到溶液A中搅拌1小时，适量浓 硝酸调节酸性，制得前驱溶胶；将玻璃珠用2 mol/L的NaOH溶液浸泡5小时，然后用二次蒸馏水进行反复清洗 直至洗液ph为中性。放入100 oC烘箱烘干备用；将烘干的玻璃珠浸入上面配制好的溶胶中，静置IO分钟后取出，然后在60 。C烘 箱中干燥IO分钟，最后，放在马弗炉内以10。C/分钟的升温速度升至500。C，保温l 小时，最后在炉内自然冷却至室温，即得到玻璃珠表面覆涂掺杂Au纳米颗粒的Ti02 薄膜催化剂。
5、按照权利要求3所述的太阳能光催化植物净水方法，其特征在于，所述的玻璃 珠表面的Ti02系光催化材料为，玻璃珠表面覆涂掺杂Au纳米颗粒的Ti02薄膜催化剂； 条件为以钛酸四正丁酯为钛源，硝酸和乙酰丙酮为水解抑制剂，去离子水为水解剂，聚乙二醇和l， 5戊二醇添加剂，氯金酸为金源；用移液管移取4毫升钛酸四正丁酯，将其溶解在l毫升的乙酰丙酮中搅拌0.5小 时制得溶液A。另取O. lg氯金酸、1 g聚乙二醇、0.25 g 1， 5戊二醇、0.7 g水溶解 在32.5毫升乙醇中制得溶液B;溶液B缓慢滴加到溶液A中搅拌1小时，适量浓艄酸 调节酸性，制得前驱溶胶；将玻璃珠用2 mol/L的NaOH溶液浸泡5小时，然后用二次蒸馏水进行反复清洗直 至洗液ph为中性。放入IOO oC烘箱烘干备用；将烘干的玻璃珠浸入上面配制好的溶胶中，静置IO分钟后取出，然后在60。C烘 箱中干燥IO分钟，最后，放在马弗炉内以10。C/分钟的升温速度升至500。C，保温l 小时，最后在炉内自然冷却至室温，即得到玻璃珠表面覆涂掺杂Au纳米颗粒的Ti02 薄膜催化剂。
全文摘要
一种太阳能光催化植物净水方法，在养鱼水面设置太阳能光催化植物浮床，其上设置充气提水系统、太阳能光伏发电系统，及依次水平设置泡沫海绵、玻璃珠光催化反应帘、水栽植物。太阳能光伏发电带动充气泵工作，将空气送入提水管内放置的释气石，微气泡携水上升，提送至浮床，经泡沫海绵过滤和玻璃珠光催化反应帘，泡沫塑料海绵过滤后截留的固相杂质排除；水与玻璃珠上涂有的TiO<sub>2</sub>光催化薄膜接触反应，将水中有机污染物降解成小分子态的无机氮和矿化物，再经光催化处理后的水流经水栽植物，由植物营养吸收，净化水流出浮床，回落养鱼水域。本发明可在养殖水面直接利用太阳能进行过滤净化、增氧，还可用于环保和绿地景观水域的水质处理。
文档编号C02F9/14GK101475283SQ20081020413
公开日2009年7月8日 申请日期2008年12月5日 优先权日2008年12月5日
发明者琦 倪, 卞振锋, 张明华, 建 朱, 李和兴 申请人:中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所;上海师范大学