CN203402985U - 一种采用磷酸银催化剂在模拟可见光下降解水中微囊藻毒素的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种采用磷酸银催化剂在模拟可见光源下降解水中微囊藻毒素的装置。包括氙灯光源系统、搅拌器、反应器、曝气泵、环形曝气管和微孔滤膜，反应器外部罩有防护壳，反应器器壁中部设有取样口，反应器内设有水位计和搅拌器、反应器上端设有进料口；氙灯光源系统由氙灯灯管、位于氙灯灯管外部的石英罩和循环冷却系统组成；环形曝气管位于反应器下部，环形曝气管通过管道和阀门依次连接压力表和曝气泵；环形曝气管下方设有微孔滤膜，位于反应器底部。本实用新型可对催化剂进行过滤回收，实现重复利用，降低反应成本。在合理的工艺参数运行下，采用以上装置对污水中微囊藻毒素的降解率可达95%以上。
Description
技术领域
本实用新型属于水、废水或污水的光催化处理领域，具体涉及一种采用磷酸银（Ag3PO4）催化剂在模拟可见光源下降解水中微囊藻毒素的装置。
背景技术
人类活动导致的水体富营养化是我国目前环境整治的重大挑战，是制约我国社会经济发展的重要因素。藻类恶性繁殖致使水中溶解氧降低，水质恶化，极大地危害人类健康和其他生物安全。因此，如何安全、科学、环保地去除藻类已成为当今社会十分关注的研究课题。已有研究表明，导致水体富营养化的主要藻种为微囊藻属、鱼腥藻属、颤藻属、束丝藻属和节球藻属等，其在代谢过程中或藻体破裂后会分泌多种藻毒素，这其中以微囊藻毒素危害最为严重（参见Chinese Journal of Applied Ecology, 2011, 22(6): 1646-1652）。世界卫生组织规定饮用水中的微囊藻毒素含量不得超过1 μg/L（参见文献Chemosphere, 2013, 90: 1552-1557）。微囊藻毒素是一种强烈的肝脏肿瘤促进剂，环状七肽结构和间隔双键使得其化学性质稳定，耐酸耐碱，一般的加热煮沸都不能将其有效去除（参见文献复旦学报, 2011, 50(2): 213-219）。利用可见光催化剂降解微囊藻毒素是目前污水处理领域的研究热点，其能高效利用太阳能，降解速率快，不产生二次污染的特点吸引了国内外众多学者的关注。
磷酸银（Ag3PO4）作为新型环境友好型催化剂可以有效吸收可见光（≤ 530 nm）产生电子空穴对，氧化吸附于磷酸银表面的H2O、OH-，形成羟基自由基（·OH），羟基自由基具有极强的得电子能力，可以将有机物彻底矿化成碳酸盐，H2O和CO2等无害物质。同时作为贵重金属化合物，磷酸银可以通过过滤回收实现多次重复催化，达到经济高效的目的。本实验采用磷酸银颗粒在环形曝气的条件下充分与含有微囊藻毒素的污水接触，加快了反应速率和效率。排水口的微孔滤膜可以有效拦截大分子颗粒和磷酸银催化剂，使得催化剂可在离心洗涤后重复使用。到目前为止，此装置在文献中尚未见报道。
发明内容
目前使用光催化剂的污水处理技术多集中于紫外波段，其可利用的光能少，且不易被激发产生羟基自由基的缺点使得降解效率难以提高。本实用新型针对这一问题提出一种高效，低成本的采用磷酸银（Ag3PO4）催化剂在模拟可见光源下降解水中微囊藻毒素的装置。
本实用新型提出的采用磷酸银（Ag3PO4）催化剂在模拟可见光源下降解水中微囊藻毒素的装置，包括氙灯光源系统、搅拌器5、反应器7、曝气泵8、环形曝气管10和微孔滤膜13，其中：反应器7外部罩有防护壳，反应器7器壁中部设有取样口6，反应器7内设有水位计4和搅拌器5、反应器7上端设有进料口1；
氙灯光源系统由氙灯灯管2、位于氙灯灯管外部的石英罩和循环冷却系统3，氙灯灯管2位于反应器7顶部，两支氙灯灯管2分别设置在搅拌器5两侧，循环冷却系统3通过 管道连接氙灯灯管外部的石英罩，通过氙灯灯管外部的石英罩内的循环水流起到冷却作用；环形曝气管10位于反应器7下部，环形曝气管10通过管道和阀门依次连接压力表9和曝气泵8；环形曝气管10下方设有微孔滤膜，反应器7底部。
本实用新型中，所述进水口11和出水口14分别位于反应器7下方两侧。
本实用新型中，所述进水口11设有流量计12。
本实用新型中，所述反应器7呈圆筒状，高50-55 cm，圆筒半径为12-15 cm。
本实用新型提出的一种采用磷酸银催化剂在模拟可见光下降解微囊藻毒素的装置，根据设备结构，微囊藻毒素的特性等，本实用新型装置优选工艺参数为：反应器材料为石英玻璃，外层防护壳采用钢制材料，形状为圆筒状，高50-55 cm，圆筒半径为12-15 cm，观测窗采用有机玻璃，尺寸为5×10 cm；磷酸银催化剂投放量为26 g/L；氙灯作为模拟可见光源，功率为500w，一个反应器中共有2支氙灯光源；为防止光源温度过高，氙灯外部罩有石英罩，通过循环水流进行冷却；反应器底部的微孔滤膜采用0.45μm的水系膜，可从底部取出，每次过滤后需更换；反应时间为3-5 h。
本实用新型的有益效果是：
（1）本装置采用氙灯作为光源，其辐射光谱能量分布与日光相接近，不会对人体造成伤害。
（2）本装置采用磷酸银催化剂光敏性强，较其他光催化剂更为高效，大大缩短反应时间，同时，磷酸银为环境友好型催化剂，不会对环境造成二次污染。
（3）本装置通过微孔滤膜过滤回收催化剂，实现催化剂重复使用，进一步节约了处理成本。
（4）本装置在合理的运行参数下，微囊藻毒素的去除量最高可达到100 %。
附图说明
图1为一种采用可见光催化剂磷酸银降解水中微囊藻毒素的装置的结构图示。
图中标号：1进料口，2氙灯灯管，3循环冷却系统，4水位计，5搅拌器，6取样口，7反应器，8曝气泵，9气压表，10环形曝气管，11进水口，12流量计，13微孔滤膜，14出水口。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本实用新型。
实施例1：如图1所示，所述装置由反应器7、进料口1、氙灯光源系统、曝气装置、搅拌器5和过滤系统13组成。
其中，反应器7外部罩有防护壳，反应器7器壁中部设有取样口6，反应器7内设有水位计4。反应器7上端的进料口1中载有磷酸银粉末，可根据入水量适量投放。
氙灯光源系统包括氙灯灯管2、灯管外部的石英罩和循环冷却系统3，其中，氙灯灯管2位于反应器7顶部，两支灯管分别设置在搅拌器5两侧，循环冷却系统3通过灯管石英罩内的循环水流起到冷却作用，延长灯管使用寿命。
曝气装置位于反应器7底部，由反应器7外部的曝气泵8、压力表9和反应器7内部的环形曝气管10组成，通过曝气泵8和环形曝气管10在反应器7内部注入空气，在匀速搅拌状态下，反应器7内部固、液、气三相共存，使得催化剂与污水充分接触。
过滤装置位于环形曝气管10下方，反应器7最底部，由可拆卸式微孔滤膜13组成，反应结束后，关闭曝气装置和搅拌器5，催化剂粉末逐渐沉降于微孔滤膜13表面，此时开启出水口14阀门，微孔滤膜13起到固液分离的作用，回收过滤催化剂并重复利用。
进水口11和出水口14位于反应器7下方，进水口11设有流量计12。
水箱中含有微囊藻毒素的污水通过进水口11进入反应器7，通过水位计4和流量计12确定注入污水量。进料口1中的磷酸银催化剂根据污水量适量投放，开启曝气泵8阀门和搅拌器5，将污水与催化剂搅拌均匀。开启氙灯光源2和光源冷却系统3，进行降解处理。每0.5 h从取样口6取出约1 ml样品进行微囊藻毒素浓度检测，当浓度低于检测下限时停止反应。反应结束后，处理过的净水通过微孔滤膜13过滤后经出水口14流出。
将上述装置用以处理含有微囊藻毒素的污水：
1、开启水箱阀门在反应器7中注入含微囊藻毒素污水2.5 L，通过高效液相色谱仪（HPLC）检测到微囊藻毒素的初始浓度为10.09 mg/L。
2、通过进料口1加入65 g磷酸银催化剂。由于磷酸银粉末具有吸附作用，在开启氙灯前需进行暗吸附反应，故开启搅拌器5在黑暗条件下搅拌1 h。
3、1 h后吸附平衡时开启氙灯光源2、循环冷却系统3、曝气泵8，进行模拟可见光降解反应。
4、每隔1 h通过取样口6取1.5 ml污水进行微囊藻毒素浓度检测，检测装置为高效液相色谱仪（HPLC）。经检测，5 h时，微囊藻毒素浓度为0 mg/L。
5、关闭环形曝气管10和搅拌器5，静置5 min使得催化剂沉淀于反应器底部的微孔滤膜13上，开启出水口14阀门，控制水流慢速流出反应器7；微孔滤膜表面的磷酸银催化剂通过离心洗涤后进行回收；最终测得微囊藻毒素去除率为100 %。
Claims (4)
1.一种采用磷酸银催化剂在模拟可见光源下降解水中微囊藻毒素的装置，其特征在于包括氙灯光源系统、搅拌器(5)、反应器(7)、曝气泵(8)、环形曝气管(10)和微孔滤膜(13)，其中：反应器(7)外部罩有防护壳，反应器(7)器壁中部设有取样口(6)，反应器(7)内设有水位计(4)和搅拌器(5)、反应器(7)上端设有进料口(1)；
氙灯光源系统由氙灯灯管(2)、位于氙灯灯管外部的石英罩和循环冷却系统(3)组成，氙灯灯管(2)位于反应器(7)顶部，两支氙灯灯管(2)分别设置在搅拌器(5)两侧，循环冷却系统(3)通过管道连接氙灯灯管外部的石英罩，通过氙灯灯管外部的石英罩内的循环水流起到冷却作用；环形曝气管(10)位于反应器(7)下部，环形曝气管(10)通过管道和阀门依次连接压力表(9)和曝气泵(8)；环形曝气管(10)下方设有微孔滤膜(13)，位于反应器(7)底部。
2.根据权利要求1所述的一种采用磷酸银催化剂在模拟可见光源下降解水中微囊藻毒素的装置，其特征在于反应器(7)下方两侧分别设有进水口(11)和出水口(14)。
3.根据权利要求2所述的一种采用磷酸银催化剂在模拟可见光源下降解水中微囊藻毒素的装置，其特征在于所述进水口(11)设有流量计(12)。
4.根据权利要求1所述的一种采用磷酸银催化剂在模拟可见光源下降解水中微囊藻毒素的装置，其特征在于所述反应器(7)呈圆筒状，高50-55 cm，圆筒半径为12-15 cm。
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| CN105158401A (zh) * | 2015-03-10 | 2015-12-16 | 董志豪 | 一种小型催化剂活性评价装置 |
| CN105606783A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-05-25 | 中国环境科学研究院 | 一种用于模拟不同光照对水体营养盐影响的装置及方法 |
| CN115259275A (zh) * | 2022-08-20 | 2022-11-01 | 生态环境部南京环境科学研究所 | 一种用于工业水体的全自动化氙弧灯光解仪装置 |
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