[实用新型]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

说明书

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。