CN114349152B - 一种基于纳米锗材料的光电-磁-生物协同作用的水处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于纳米锗材料的光电‑磁‑生物协同作用的水处理工艺，其工艺步骤为：(1)将纳米锗材料装备原位浸没悬浮固定于待治理水体中；(2)开启电源，调整电功率参数在0～75W且不为0的范围内；所述纳米锗材料装备包括直流电电源、纳米锗材料和控制器，直流电电源与纳米锗材料、控制器电连接。本发明可快速、有效地降低水体COD、NH3‑N、TP等指标，去除率均可达到80％以上，同时大幅提高DO水平(一般可达到9～16mg/L)，且作用范围一般覆盖以纳米锗材料装备为圆心的1～3km范围，起效周期短至1周，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种基于纳米锗材料的光电-磁-生物协同作用的水处理工艺。
背景技术
近年来工业化、城市化的快速发展造成了严重的水环境污染，破坏了水体生态功能，许多河流与湖泊甚至出现季节性或终年性黑臭现象。现有的自然水体治理技术主要包括底泥疏浚、引水调水、曝气复氧、化学混凝、植物修复法和微生物法。以上方法均为典型的原位治理方式。这种治理方式往往是在有限的水体容量里不断填充“新的物质”以取代原先的污染物，即便短时期取得明显的水治理成效，但水环境系统迟早会由于承受不住这些“新的物质”而崩溃。传统的原位治理技术是一种“指哪打哪”的治理方式，所投加化学药剂或微生物菌剂仅仅在其投加范围内起效，且存在着投资大，使用效果差，作用范围小等问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于纳米锗材料的光电-磁-生物协同作用的水处理工艺，通过电子的运动和/或水体流动离开装备形成更广的区域范围，以实现异位治理。
技术方案：本发明所述的技术方案是一种基于纳米锗材料的光电-磁-生物协同作用的水处理工艺，包括以下步骤：
(1)将纳米锗材料装备原位浸没悬浮固定于待治理水体中，悬浮固定可降低装备能耗同时提高作用范围；
(2)开启电源，调整电功率参数在0～75W且不为0的范围内，进一步的优选为20～40W。
所述纳米锗材料装备包括直流电电源、纳米锗材料和控制器，直流电电源与纳米锗材料、控制器电连接。
进一步的，所述步骤(1)中纳米锗材料装备通过浮力块和固定锚悬浮固定于待治理水体中或者通过安装在竖直插入河床的固定杆悬浮固定于待治理水体中。
水处理工艺作用模式是异位的，通过电子运动和/或水体流动，作用于覆盖装备在内的广阔范围，作用范围为覆盖装备在内的方圆1～3km，作用范围大小受待治理水体流速影响。
所述的基于纳米锗材料的光电-磁-生物协同作用的水处理工艺作用过程为：
(1)纳米锗材料在直流低压电场作用下，形成场发射效应，稳定释放大量低能电子；
(2)低能电子通过运动和/或水体流动作用于水体中有机络合物，使有机络合物离散，产生一系列具有光触媒特性的以碳为主要骨架的分子结构化合物；
(3)在紫外光及可见光的作用下，具有光触媒特性的化合物产生强烈催化降解功能，将水及其中的O2催化成氧化能力的羟基自由基(·OH)、活性氧(HO2·，H2O2)等具有氧化能力的光活性基团，快速提高水体DO，增强水体中的好氧微生物活性，对水体中污染物氧化去除；
(4)同时，在直流低压电作用下产生稳定的磁场，水体通过磁场作用对水的偶极进行定向磁化处理，降低水分子键角，造成氢键弯曲甚至断链，使单个水分子数量增多，降低水的表面张力，提高水体的溶解度；
(5)在低能电子与磁场作用下对水中微生物进行刺激，改变细胞膜的通透性，提升微生物对污染物的去除能力；
(6)在低能电子与磁场作用下对水中植物进行刺激，促进根茎对污染物的吸收。
所述的低能电子与磁化双重作用均作用于微生物与植物，改变微生物细胞膜通透性，增强植物根茎吸收能力。
所述的纳米锗材料，尺度为50～60nm，元素为锗。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：(1)本发明可快速、有效降低水体COD、NH3-N、TP等指标，去除率均可达到80％以上，且大幅提高DO水平(一般可达到9～16mg/L)，(2)本发明作用范围一般覆盖以纳米碳材料光催化氧化装备为圆心的1～3km范围，起效时间短至1周，有效运行周期可长达半年；(3)本发明悬浮于待处理水体中，降低了装备能耗，占地面积小，可移动，使用灵活可投放于任意水体位置，无论待治理水体是否流动，均能够使水体能够及时得到全面的治理和净化，避免了出现遗漏，提升了治理效果，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明作用示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明的一种基于纳米锗材料的光电-磁-生物协同作用的水处理工艺。首先，将装备浸没并悬浮于待治理水体中。然后，开启电源，调整电功率参数。由于装备安放与调试操作步骤相同，故以下实施例仅针对具体治理效果举例说明。
实施例1
白洋淀大清河尾水水质提升效果见表1所示。装备运行周期为1个月，电功率40W，测试点距离装备2.1km处，滞流(封闭水体)，流速为0m/s。
表1装备运行前后水质指标对比
实施例2
深圳市双界河水质提升效果见表2所示。装备运行周期为10d，电功率30W，测试点流速为0.1m/s。
表2装备运行前后水质指标对比
实施例3
上海市奉贤河道水质提升效果见表3所示。装备运行周期为1.5个月，电功率20W，1#测试点流速为滞留，2#和3#测试点流速为0.1m/s，4#测试点流速为0.2m/s。
表3装备运行前后水质指标对比
由上述实施例测试结果可以看出，本发明用于水体治理中时，见效速度快，短期内即可使污染水体中的COD、NH3-N、TP等污染指标显著下降，可快速降低水体中各种污染物的浓度，对污染物的削减效果好，同时作用范围广，是一种高效的“以点治面”的水体治理技术。
Claims (6)
1.一种基于纳米锗材料的光电-磁-生物协同作用的水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将纳米锗材料装备原位浸没悬浮固定于待治理水体中；
（2）开启电源，调整电功率参数在0~75 W且不为0的范围内；所述纳米锗材料装备包括直流电电源、纳米锗材料和控制器，直流电电源与纳米锗材料、控制器电连接；
作用过程为：
（1）纳米锗材料在直流低压电场作用下，形成场发射效应，稳定释放大量低能电子；
（2）低能电子通过运动和/或水体流动作用于水体中有机络合物，使有机络合物离散，产生一系列具有光触媒特性的以碳为主要骨架的分子结构化合物；
（3）在紫外光及可见光的作用下，具有光触媒特性的化合物产生强烈催化降解功能，将水及其中的O2催化成具有氧化能力的光活性基团·OH 、HO2· 、H2O2，快速提高水体DO，增强水体中的好氧微生物活性，对水体中污染物氧化去除；
（4）同时，在直流低压电作用下产生稳定的磁场，水体通过磁场作用对水的偶极进行定向磁化处理，降低水分子键角，造成氢键弯曲甚至断链，使单个水分子数量增多，降低水的表面张力，提高水体的溶解度；
（5）在低能电子与磁场作用下对水中微生物进行刺激，改变细胞膜的通透性，提升微生物对污染物的去除能力；
（6）在低能电子与磁场作用下对水中植物进行刺激，促进根茎对污染物的吸收；
所述的纳米锗材料，尺度为50~60 nm，元素为锗。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳米锗材料的光电-磁-生物协同作用的水处理工艺，其特征在于，所述步骤（1）中纳米锗材料装备通过浮力块和固定锚悬浮固定于待治理水体中。
3.根据权利要求1所述的一种基于纳米锗材料的光电-磁-生物协同作用的水处理工艺，其特征在于，所述步骤（1）中纳米锗材料装备通过安装在竖直插入河床的固定杆悬浮固定于待治理水体中。
4.根据权利要求1所述的一种基于纳米锗材料的光电-磁-生物协同作用的水处理工艺，其特征在于，所述步骤（2）中电功率参数为20~40 W。
5.根据权利要求1所述的一种基于纳米锗材料的光电-磁-生物协同作用的水处理工艺，其特征在于，水处理工艺作用模式是异位的，通过电子运动和/或水体流动，作用于覆盖纳米锗材料装备在内的广阔范围。
6.根据权利要求5所述的一种基于纳米锗材料的光电-磁-生物协同作用的水处理工艺，其特征在于，作用范围为覆盖纳米锗材料装备在内的方圆1~3 km，作用范围大小受待治理水体流速影响。
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