[发明专利]一种面向稻田排水低浓度氨氮减排的光催化系统及使用方法

说明书

本发明公开了一种面向稻田排水低浓度氨氮减排的光催化系统及使用方法，属于稻田排水净化领域。该系统在不施加外部能源的条件下自行催化降解稻田排水中低浓度的氨氮，降低稻田排水造成的面源污染风险，包括三个子系统：基于太阳能的发电和电能储存系统、稻田排水预处理系统和基于特定纳米催化材料的光催化反应器系统。发电和电能储存系统为光催化反应器系统提供洁净和持续的能源，将太阳能最终转化为紫外光辐射；稻田氨氮排水先进入预处理系统，去除植物残体和泥沙等影响光催化反应的物质；然后再进入光催化反应器系统，根据水质情况和水量大小，调节搅拌器转速和紫外灯强度，待氨氮浓度下降后通过排水阀排出，形成绿色环保的稻田氨氮污染水处理方法。

技术领域

本发明涉及一种稻田排水净化系统，具体而言，是一种结合了太阳能和光催化的面向稻田排水低浓度氨氮减排的光催化系统及使用方法。

背景技术

稻田排水

近年来由于施肥过量、施肥结构不合理，使得大量氮元素输入江、河、湖泊，引起日益严重的农业面源污染问题，导致水质恶化、加剧了水体富营养化。湖泊中氮来源有50％以上来自于农业面源污染，如太湖地区，农业面源排放氮量占入湖总氮量的77％。稻作期农田渗漏液中氮素流失主要以氨氮为主，约占渗漏水氮素流失量的70％以上，降低稻田排水中的氨氮含量对降低农业面源污染有重要意义。由于稻田排水具有总量大、分布分散、间歇排放等特点，对农村生态环境和民众健康构成潜在威胁。本发明针对的稻田排水，相比点源污染、未处理的生活污水等污染源，其氮磷等含量较低，但由于分布广泛、产生量高，对水体环境的负面影响也非常显著。稻田排水使用工程化措施处理经济性不高，特别是在排放较为分散的农村地区，难以实现深度净化处理。因此，有必要针对稻田排水设置低成本的、易维护的、环境友好的净化系统，以降低其氨氮含量，使稻田排水达到或接近地表水排放标准，实现良好的生态与经济效益。

光催化技术

光催化是指光触媒在外界光的作用下发生催化作用。据报道，在适宜条件下，光催化技术几乎能将所有类型的有机污染物矿化为CO2，H2O以及其他简单低分子物质。因此光催化技术是一种绿色、高效、低能耗的水处理技术，对去除水中氨氮具有十分重要的意义。但目前光催化技术在稻田排水中还少有应用，主要原因是成本和效率。光催化反应需要紫外光进行作用，而太阳光的紫外线效率偏低，人造紫外灯需要额外的电力输入，田间通电困难且成本较高。光催化技术存在光响应范围窄、量子转换效率低和光催化剂难以粉末化等限制，一定程度上影响了该技术的推广。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种面向稻田排水低浓度氨氮减排的光催化系统及使用方法，结合太阳能技术和光催化技术，实现对稻田排水中的氨氮进行绿色、高效的净化。通过本发明的面向稻田排水低浓度氨氮的光催化系统，可以实现绿色能源转化、降低面源污染等目标，具有成本较低(一次性投入)、环境友好、应用面广泛等特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种面向稻田排水低浓度氨氮减排的光催化系统，利用太阳能发电系统将太阳能转化为电能，转化的电能为光催化反应器系统供能，使用特定纳米催化材料在紫外照射条件下将水体中的铵态氮转化为氮气；该系统分为三个子系统：基于太阳能的发电和电能储存系统、稻田排水预处理系统和基于特定催化材料的光催化反应器系统；所述的特定纳米催化材料由生物炭负载TiO2纳米材料制成；纳米二氧化钛在生物炭负载纳米二氧化钛催化材料中的质量比为1％-20％。

第一个子系统为基于太阳能的发电和电能储存系统，包括太阳能发电系统和太阳能电能储存系统；