CN111661897A - 一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置及方法，所述装置包括箱体，箱体的顶部一侧设有进水口，箱体远离进水口的一侧设有出水口；紫外灯，紫外灯设有多个且间隔布置于箱体的内部；挡隔板，挡隔板设有多个，多个挡隔板交错分布且固定于箱体的内壁，多个挡隔板交错分布形成水流通道，相邻的两个挡隔板之间设有紫外灯，挡隔板的表面设有光催化反应层；太阳能供电装置，太阳能供电装置设于箱体顶部，太阳能供电装置与紫外灯电连接。本发明提供的一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置及方法，经过紫外灯和光催化剂双重作用消除水体中抗性基因，解决抗生素和抗性基因对水体污染的问题，净化水体，保护环境。
Description
技术领域
本发明涉及污水净化处理技术领域，具体涉及一种用于水体中抗性基因处理的一体化光催化装置及方法。
背景技术
随着经济的高速发展，人们对于抗生素的需求和用量越来越大，人类和动物肠道微生物中含有丰富的抗性细菌(内含抗性基因)，经过粪便进入自然生态环境中，并且过量的抗生素使用后，未经完善处理排入自然环境中，诱发土著微生物抗性基因显著表达。抗性基因不仅会加速抗生素抗性的传播和增强，甚至可能会造成“超级细菌”，促使出现感染后无法治愈的局面。多起抗性基因感染事件已经给人类敲响了警钟，如今抗性基因污染已被联合国卫生组织列为21世纪新型三大污染问题之一。
纯粹的紫外光、加氯或者加臭氧虽然能一定程度上灭活抗性细菌，但同时引起抗性基因的释放，促进了抗性基因的迁移，增强了抗性基因污染的风险，因此常规的污水处理技术处理抗性基因的能力有限。另外，人工湿地法、活性污泥法等方法虽然已被证实在削减抗性基因上有效果，但是由于场地占地大和人工管理操作复杂等不利因素，常局限于特定的适用范围。
为解决现有技术存在的问题，本专利提供了用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，用于去除水中的抗生素和抗性基因，整个系统构造清晰明朗、制备成本低廉易实现、能较大程度地充分混合发挥光催化优势，具备潜在的经济和环境效益。
因此，提供一种用于水体中抗性基因处理的一体化光催化装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一目的在于提供了一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，解决抗生素和抗性基因对水体污染的问题，净化水体，保护环境。
本发明提供的一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，包括：
箱体，所述箱体的顶部一侧设有进水口，所述箱体远离所述进水口的一侧设有出水口；
紫外灯，所述紫外灯设有多个，多个所述紫外灯间隔布置于所述箱体的内部；
挡隔板，所述挡隔板设有多个，多个所述挡隔板交错分布且固定于所述箱体的内壁，多个所述挡隔板交错分布形成水流通道，相邻的两个所述挡隔板之间设有所述紫外灯，所述挡隔板的表面设有光催化反应层；
太阳能供电装置，所述太阳能供电装置设于所述箱体顶部，所述太阳能供电装置与所述紫外灯电连接。
进一步地，所述紫外灯沿所述箱体的宽度方向布置且所述紫外灯的两端与所述箱体的侧壁固定连接。
进一步地，还包括水位计，所述水位计固定设置于所述箱体的一个侧壁上，所述水位计的位置高于所述出水口的位置。
进一步地，所述太阳能供电装置包括太阳能转换器和太阳能板，所述太阳能转换器和所述太阳能板均设于所述箱体的顶部且两者电连接，所述太阳能转换器与所述紫外灯电连接。
进一步地，所述紫外灯设于相邻两个所述挡隔板之间的公共区域。
进一步地，所述进水口上设有控制阀门。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置及方法，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.通过太阳能装置给紫外灯提供的电能，有效节约了能源；
2.待处理的水依次通过紫外灯以及流经挡隔板交错分布形成水流通道，挡隔板表面的光催化反应层在紫外灯的照射下，待处理的水先经紫外灯的杀菌处理，然后再经光催化反应层中的光催化剂对水体中的抗性基因消除，通过紫外灯和光催化剂的强强结合，使该装置对水体的处理效果更加显著；
3.该装置的总体结构紧凑，占用空间较小，工作稳定，可以随地安装，适用场地广泛；
4.该装置全程使用受外界环境干扰较小，应用时间和天气均可以灵活多变。
本发明的第二目的在于提供一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化方法，解决抗生素和抗性基因对水体污染的问题，净化水体，保护环境。
本发明提供的一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化方法，该方法使用上述所述的一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，具体包括如下步骤：
步骤1：将待处理水通过进水口进入箱体，通过水位计观察箱内水的体积；
步骤2：紫外灯将水中的抗性细菌灭活，使其释放出抗性基因；
步骤3：水体在挡隔板交错分布形成水流通道内流动，挡隔板的表面设有光催化反应层对水体进行光催化反应；
步骤4：太阳能面板吸收太阳能并将太阳能转换为电能，电能经太阳能转换器转换为交流电并输送给箱体内部的紫外灯；
步骤5：水体继续沿挡隔板交错分布形成水流通道内流动，挡隔板之间的紫外灯对水体继续抗性细菌灭活以及在紫外灯的照射下光催化反应层中光催化剂对水体中的抗性基因降解；
步骤6：经过紫外灯和挡隔板表面的光催化剂处理过的水从出水口流出。
进一步地，所述光催化剂为二氧化钛、纳米氧化锌、二氧化钛复合石墨烯、二氧化钛复合碳量子点、二氧化钛还原氧化石墨烯中的一种或几种的组合物。
本发明提供的一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化方法的有益效果是：该方法待处理的水经紫外灯和光催化剂的共同作用，将水中的抗生素和抗性基因去除，在一定程度上抑制了抗性基因的传播和增强，抑制了“超级细菌”局面的发生，进而对水质进行改善。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置的结构示意图；
其中，1为箱体；2为进水口；3为出水口；4为紫外灯；5为挡隔板；6为光催化反应层；7为太阳能供电装置；71为太阳能转化器；72为太阳能板；8为水位计。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一方面，参见附图1，本发明公开了一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，包括：箱体1、紫外灯4、挡隔板5和太阳能供电装置7。
箱体1的顶部一侧设有进水口2，进水口2上设有控制阀门，箱体1远离进水口2的一侧设有出水口3，出水口3的高度开设在箱体1的1/4～1/6处；
紫外灯4设有多个，多个紫外灯4间隔布置于箱体1的内部，紫外灯4沿箱体1的宽度方向布置且紫外灯4的两端与箱体1的侧壁固定连接，其中，多个紫外灯4分为多列，多列紫外灯4沿竖直方向布置，在本实施例中，每列紫外灯4的数量为四个，且四个紫外灯4平行设置，在该箱体1内共设置五列紫外灯4，在另一些实施例中，紫外灯4可根据实际需求设置多列，且每列紫外灯4的数量也可以根据需要设置为不同数量。
挡隔板5设有多个，多个挡隔板5交错分布且固定于箱体1的内壁，其中，多个挡隔板5均竖直固定于箱体1的内壁，多个挡隔板5交错分布与箱体1形成水流通道，相邻的两个挡隔板5之间设有一列紫外灯4，紫外灯4设于相邻两个挡隔板5之间的公共区域，挡隔板5的表面设有光催化反应层6，光催化反应层6是由光催化剂附着于挡隔板5表面形成，在本实施例中，光催化剂为二氧化钛、纳米氧化锌、二氧化钛复合石墨烯、二氧化钛复合碳量子点、二氧化钛还原氧化石墨烯中的一种或几种的组合物。
在本实施例中，挡隔板5具体设置为四块，靠近出水口3处的第一块挡隔板5设置在箱体1的底部，挡隔板5的上端与箱体1留有间隙，挡隔板5的两侧边均与箱体1的侧壁固定连接，且该挡隔板5靠近出水口3的这一侧面不设有光催化反应层6，光催化反应层6只设置在远离出水口3的这一侧面上，第二块挡隔板5与第一块挡隔板5之间设有一列紫外灯4，且第二块挡隔板5固定于箱体1的顶部，第二块挡隔板5的下端与箱体1的底部留有间隙，其余两边与箱体1的侧壁固定连接，再间隔一列紫外灯4设置第三块挡隔板5，且第三块挡隔板5设于箱体的底部，只有上端与箱体1的顶部留有间隙，再间隔一列紫外灯4设置第四块挡隔板5，第四块挡隔板5设于箱体的顶部，且第四块挡隔板5只有底端与箱体1的底部留有间隙，在最后两列紫外灯4之间不设有挡隔板5。
太阳能供电装置7设于箱体1顶部，太阳能供电装置7与紫外灯4电连接，具体的，太阳能供电装置7设于进水口2的右侧，太阳能供电装置7包括太阳能转换器71和太阳能板72，太阳能转换器71和太阳能板72均设于箱体1的顶部且两者电连接，太阳能转换器71与紫外灯4电连接。
具体地，还包括水位计8，水位计8固定设置于箱体1的一个侧壁上，水位计8的位置高于出水口3的位置，在本实施例中，水位计8具体设置在与出水口3相对的这个侧壁上，具体设置在箱体1的外侧，且高于靠近水位计8这一块挡隔板5与箱体1底部形成间隙的距离。
另一方面，本发明还提供了一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化方法，该方法应用了上述一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，具体包括如下步骤：
步骤1：将待处理水通过进水口进入箱体，通过水位计观察箱内水的体积；
步骤2：紫外灯将水中的抗性细菌灭活，使其释放出抗性基因；
步骤3：水体在挡隔板交错分布形成水流通道内流动，挡隔板的表面设有光催化反应层对水体进行光催化反应；
步骤4：太阳能面板吸收太阳能并将太阳能转换为电能，电能经太阳能转换器转换为交流电并输送给箱体内部的紫外灯；
步骤5：水体继续沿挡隔板交错分布形成水流通道内流动，挡隔板之间的紫外灯对水体继续抗性细菌灭活以及在紫外灯的照射下光催化反应层中光催化剂对水体中的抗性基因降解；
步骤6：经过紫外灯和挡隔板表面的光催化剂处理过的水从出水口流出。
具体地，光催化剂为二氧化钛、纳米氧化锌、二氧化钛复合石墨烯、二氧化钛复合碳量子点、二氧化钛还原氧化石墨烯中的一种或任意几种的组合物。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施列进行详细说明。
实施例1
本实施例选择二氧化钛-还原氧化石墨烯作为光催化剂，二氧化钛-还原氧化石墨烯光催化剂已被证实光催化降解抗性基因ampC、ecfX。将二氧化钛-还原氧化石墨烯固定于挡隔板上，挡隔板设为4个，高度为箱体高度的2/3，二氧化钛-还原氧化石墨烯固定的剂量为1mg/cm2，打开阀门让待处理水流入，紫外灯辐射剂量为[UV]1＝60W/m2，辐射时间为20s，等出水口有水流出时，取样进行监测。利用qPCR法进行进出水的抗性基因ampC和ecfX的测定，计算得到ampC和ecfX去除率分别为99.5％和98％。
实施例2
本实施例选择二氧化钛-氧化石墨烯作为光催化剂，二氧化钛-氧化石墨烯光催化剂已被证实光催化降解抗性基因blaCTX-M。将二氧化钛P25固定于挡隔板上，挡隔板设为4个，高度为箱体高度的2/3，二氧化钛-还原氧化石墨烯固定的剂量为2mg/cm2，打开阀门让待处理水流入，紫外灯辐射剂量为[UV]＝50W/m2，辐射时间为20s，等出水口有水流出时，取样进行监测。利用qPCR法进行进出水的抗性基因blaCTX-M的测定，计算得到blaCTX-M去除率分别为87％。
实施例3
本实施例选择二氧化钛作为光催化剂，二氧化钛光催化剂已被证实光催化降解抗性基因sulⅡ和dfrV。将二氧化钛固定于挡隔板上，挡隔板设为4个，高度为箱体高度的2/3，二氧化钛-还原氧化石墨烯固定的剂量为2mg/cm2，打开阀门让待处理水流入，紫外灯辐射剂量为[UV]＝40W/m2，辐射时间为20s，等出水口有水流出时，取样进行监测。利用qPCR法进行进出水的抗性基因sulⅡ和dfrV的测定，计算得到sulⅡ和dfrV去除率分别为89％和99％。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，其特征在于，包括：
箱体(1)，所述箱体(1)的顶部一侧设有进水口(2)，所述箱体(1)远离所述进水口(2)的一侧设有出水口(3)；
紫外灯(4)，所述紫外灯(4)设有多个，多个所述紫外灯(4)间隔布置于所述箱体(1)的内部；
挡隔板(5)，所述挡隔板(5)设有多个，多个所述挡隔板(5)交错分布且固定于所述箱体(1)的内壁，多个所述挡隔板(5)交错分布形成水流通道，相邻的两个所述挡隔板(5)之间设有所述紫外灯(4)，所述挡隔板(5)的表面设有光催化反应层(6)；
太阳能供电装置(7)，所述太阳能供电装置(7)设于所述箱体(1)顶部，所述太阳能供电装置(7)与所述紫外灯(4)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，其特征在于，所述紫外灯(4)沿所述箱体(1)的宽度方向布置且所述紫外灯(4)的两端与所述箱体(1)的侧壁固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，其特征在于，还包括水位计(8)，所述水位计(8)固定设置于所述箱体(1)的一个侧壁上，所述水位计(8)的位置高于所述出水口(3)的位置。
4.根据权利要求1所述的一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，其特征在于，所述太阳能供电装置(7)包括太阳能转换器(71)和太阳能板(72)，所述太阳能转换器(71)和所述太阳能板(72)均设于所述箱体(1)的顶部且两者电连接，所述太阳能转换器(71)与所述紫外灯(4)电连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，其特征在于，所述紫外灯(4)设于相邻两个所述挡隔板(5)之间的公共区域。
6.根据权利要求1所述的一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，其特征在于，所述进水口(2)上设有控制阀门。
7.一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化方法，其特征在于，该方法使用如权利要求1-6任一项所述的一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化装置，具体包括如下步骤：
步骤1：将待处理水通过进水口进入箱体，通过水位计观察箱内水的体积；
步骤2：紫外灯将水中的抗性细菌灭活，使其释放出抗性基因；
步骤3：水体在挡隔板交错分布形成水流通道内流动，挡隔板的表面设有光催化反应层对水体进行光催化反应；
步骤4：太阳能面板吸收太阳能并将太阳能转换为电能，电能经太阳能转换器转换为交流电并输送给箱体内部的紫外灯；
步骤5：水体继续沿挡隔板交错分布形成水流通道内流动，挡隔板之间的紫外灯对水体继续抗性细菌灭活以及在紫外灯的照射下光催化反应层中光催化剂对水体中的抗性基因降解；
步骤6：经过紫外灯和挡隔板表面的光催化剂处理过的水从出水口流出。
8.根据权利要求7所述的一种用于水体中抗性基因处理的一体光催化方法，其特征在于，所述光催化剂为二氧化钛、纳米氧化锌、二氧化钛复合石墨烯、二氧化钛复合碳量子点、二氧化钛还原氧化石墨烯中的一种或几种的组合物。
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Cited By (3)
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| CN112850988A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-05-28 | 北京科技大学 | 一种集成式污水无害化装备 |
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2020
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| CN115140800B (zh) * | 2022-06-24 | 2024-04-26 | 吉林大学 | 一种污水处理反应装置 |
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