[0001]
本发明涉及一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置，属于污水处理领域。
背景技术：
[0002]
船舶压载水对保证船舶平衡性、稳定性和航行安全起着至关重要的作用。然而，由于船舶压载水中含有大量微生物和病原体，在航行过程中会随着压载水的排放而被带到世界各地，若排放前不经过严格的处理，可能引起外来物种入侵、传染病蔓延、破坏生态平衡等问题，对全球的海洋环境造成极大的危害。因此，在当前压载水处理技术的基础上，寻求灭活效果更好、更高效、成本低且时间短的处理技术，对防止海洋生态系统破坏以及环境污染具有重要的意义。
[0003]
船舶压载水处理方法众多，相比较而言，考虑到科技进步以及环境资源可持续发展的要求，化学法工艺具有占地面积小、处理效率高等优势，有着良好的前景，其中光催化技术应用较为广泛。随着技术发展，采用电场辅助的光电催化技术相比于光催化技术而言，具有反应速率快、处理效率高、价格低廉、性质稳定等众多优点，因而具有较高的优势。因此，设计一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置是可行的。
技术实现要素：
[0004]
本发明的目的是为了提供一种工艺简便、处理效果好的基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置。
[0005]
本发明的目的是这样实现的：包括反应池(14)、直流稳压电源(6)、交流电源(7)、曝气装置(2)、至少两组的阴阳电极组、紫外光源(5)、隔板(4)；所述反应池(14)的一侧设有进水口(9)，进水口(9)与进水管连接，进水管直接接入船舶压载水，反应池(14)的另一侧设有出水口(10)，所述出水口(10)与出水管连接；所述阴阳电极组及紫外光源(5)设置于反应池(14)中，阴阳电极组的阳极板(1)与接线柱(18)连接，接线柱(18)与直流稳压电源(6)的正极连接，阴阳电极组的阴极板(3)与接线柱(18)连接，接线柱(18)与直流稳压电源(6)的负极连接，所述阴阳电极组的阳极板(1)和阴极板(3)交替布置；相邻的阴阳电极组之间由隔板(4)隔开；所述曝气装置(2)布置于反应池(14)内底；所述每组阴阳电极组并联设置；所述反应池(14)内的第一组阴阳极板上方设置自动加药口(8)，所述紫外光源的个数与阴阳电极组的个数相等且设置在每组阴阳电极组的阳极板与阴极板之间，所述交流电源(7)与紫外光源(5)连接。
[0006]
本发明还包括这样一些结构特征：
[0007]
1.所述曝气装置(2)连接曝气管道(17)、曝气阀门(15)和曝气泵(16)，曝气装置(2)为上方有曝气孔(20)的板状结构；进水管前设置进水泵(11)及进水调节阀(12)。
[0008]
2.所述隔板(4)上方留有通水口(13)，不同组阴阳极板所处理的水通过通水口(13)流动，相邻隔板(4)上下交错布置。
[0009]
3.所述阳极板(1)为f/ce-tio2纳米管，所述阴极板(3)为银阴极板；所述隔板(4)材料为不锈钢钢板。
[0010]
4.自动加药口内添加调节反应池(14)ph的苛性钠。
[0011]
5.所述紫外光源(5)采用功率为18w的紫外灯，直流稳压电源(6)电压控制在13-14v。
[0012]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0013]
1.本发明采用的原理为光电催化技术，tio2光/电催化能够在常温常压下对水中有机物进行有效降解，降解产物为二氧化碳和水，降解过程不产生有毒有害物质，因此本发明对船体及工作人员无危害作用；
[0014]
2.本发明的阳极板采用f/ce-tio2纳米管，通过在钛板表面形成tio2纳米管结构，使其具有更大的比表面积和更强的吸附效果，而且在电极上制备纳米管结构的薄膜，可以形成性能优良的电极阳极，具有更强的光电催化作用，解决了普通钛板电极电能利用效率低下和处理效果差的问题；
[0015]
3.本发明采用多组阴阳电极组并联设计，提高了对于电源的利用效率，通过设置不同组数的阴阳电极组，提高对不同压载水水质的适应性和处理效果；
[0016]
4.本发明光电催化处理后的微生物在5h后并不存在复活现象，光电催化过程中产生的羟基自由基对微生物的灭活更为彻底，羟基自由基能够对微生物细胞产生明显地破坏，光电催化体系下破坏更为严重，脂质过氧化产物mda含量短期内迅速增多，蛋白质大量泄漏，sod活性快速降低并降解微藻细胞的叶绿素a，解决了处理水中微生物复活难题；
[0017]
5.本发明将所用直流稳压电源与交流电源分开设置，并通过合理设置直流电源电压值，可减小电源的功耗，且使得操作以及检修更加便利；
[0018]
6.本发明制备简单、成本低廉，能够对压载水中微生物进行高效快速地灭活，而且处理成本低，占地面积小，设备及操作安全可靠，具有良好的经济效益和广阔的船舶应用前景。
附图说明
[0019]
图1是本发明一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置的结构示意图。
具体实施方式
[0020]
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
[0021]
结合图1，本发明提出一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置，包括反应池14、直流稳压电源6、交流电源7、曝气装置2、两个以上阳极板1、两个以上阴极板3、紫外光源5、隔板4、自动加药口8；所述反应池14的一侧设有进水口9，进水口9与进水管连接，进水管直接接入船舶压载水，反应池14的另一侧设有出水口10，所述出水口10与出水管连接；所述阴阳电极组及紫外光源5设置于反应池14中，阴阳电极组的阳极板1与接线柱18连接，接线柱18与直流稳压电源6的正极连接，阴阳电极组的阴极板3与接线柱18连接，接线柱18与直流稳压电源6的负极连接，所述阳极板1和阴极板3交替布置；所述阴阳电极组与阴阳电极组之间由隔板4隔开；所述曝气装置2布置于反应池14内底处；所述每组阴阳电极组
并联设置；所述反应池14第一组阴阳极板上方设置加药口8，通过所述加药口8调节反应池14ph；所述交流电源7与紫外光源5连接。
[0022]
在本发明中，阳极板采用f/ce-tio2纳米管，阴极板采用银阴极板。当小于387nm的波长照射到阳极板表面时，产生光生电子(e-)和空穴(h
+
)，发生一系列化学反应，通过生成自由基降解吸附在表面的物质，将有机物氧化降解成小分子物质或无污染的二氧化钛和水，当水溶液中氧气充足的条件下，氧气会捕获催化剂表面生成的光生电子，从而形成超氧离子
·
o
2-，
·
o
2-会和水中的h
+
反应生成具有强烈杀菌作用的羟基自由基
·
oh和超氢氧自由基ho2·
，通过外加电场，在电场的作用下，光生电子和空穴会有效分离，并且能有效降低其复合效率。光电催化过程中由于外加电场的作用，在光催化电极内部会产生一个强烈的电位梯度，在这个电场作用下，光生电子能够快速迁移到对电极，从而使得光生电子和空穴有效分离，充分发挥空穴的氧化作用。在光电催化过程中，产生的羟基自由基首先破坏细胞壁(膜)，之后对细胞内组织结构进行攻击，最后将遗传物质破坏，从而导致细胞死亡。
[0023]
具体地，打开直流稳压电源6及交流电源7，进水泵11将船舶压载水经进水口9泵进反应池14内，在阴极板3和阳极板1以及紫外光源5的光电催化作用下，对船舶压载水中微生物进行灭活作用，同时在电动磁力搅拌器2的搅拌作用下，促进其光电催化作用；同时为保证所述反应池14内船舶压载水的处理效果，反应池上方布置自动加药口8，通过投加苛性钠调节船舶压载水ph值；进一步地，经第一组阴阳电极板处理后的船舶压载水在进水泵11的作用下继续流动，通过隔板4上方的通水口13进入下一组阴阳电极板，在不断地光电催化作用下，经过最后一组阴阳电极板后，通过出水口10流出，出水能够直接达到压载水排放标准。
[0024]
进一步地，反应池上设置的进水口9也可以设置在反应池一侧的中部或下部，反应池上设置的出水口也可以设置在反应池一侧的中部或下部。但为了进行连续操作更方便，最好将进水口设置于反应池一侧的上部，将出水口设置于反应池另一侧的上部。
[0025]
进一步地，f/ce-tio2纳米管的具体制作方法，采用阳极氧化法，氧化结束后，用大量去离子水将钛板表面冲洗干净，放入恒温干燥箱中以100℃干燥1h。干燥结束后将钛板放入马弗炉中，以500℃的温度煅烧2h，其中最佳制备条件为：电解液中hf浓度为0.5wt％、ce掺杂比例为1.0wt％、阳极氧化时间为90min、氧化电压为20v。
[0026]
进一步地，所述阳极板1和阴极板3，两种极板尺寸相同。所述阳极板1和所述阴极板3以相同的距离交替布置在所述反应池20的内部，所述阴极板与阳极板亦前后交替，且不分先后。
[0027]
进一步地，所述紫外光源5功率为18w，所述直流稳压电源6电压强度控制在13-14v，所述反应池14工作温度为35℃以及所述反应池14溶液ph值为8-10的条件下灭活效率最高，出水能够直接达到压载水排放标准。
[0028]
进一步地，所述隔板4应放置在不同组阴阳极板之间，隔板材质为不锈钢材料，防止因材料腐蚀而影响出水水质。所述隔板4上方布置有通水口13，不同组阴阳极板所处理的水通过通水口流动，不同隔板上下交错布置，也即所述隔板4应上下交替布置，且所述通水口13也应上下交替布置，防止所述通水口13内形成水流死角而导致污水净化效率的降低，有利于反应池中船舶压载水的连续流动处理与微生物的充分灭活反应。所述不同组阳极板与所述阴极板间距保持一致，阴极板与阳极板均由极板固定装置固定在反应池底部。
[0029]
进一步地，所述自动加药口8能够自动监测所述反应池14内ph值，并自动投加苛性钠，也即过所述自动加药口添加苛性钠调节反应池ph，保证所述反应池14内ph值控制在8-10。
[0030]
进一步地，所述进水调节阀12和进水泵11均用于根据反应池14的大小和进出水质情况便捷的调节流量的输入。
[0031]
进一步地，连接曝气管道17、曝气阀门15和曝气泵16，曝气装置上方有曝气孔20，所述曝气装置2通过所述曝气泵16的曝气及所述曝气管道17的输送，对所述反应池14内处理的船舶压载水进行搅拌作用，有利于所述反应池14内充分反应，产生的羟基自由基对微生物进行充分地灭活。
[0032]
进一步地，所述极板固定装置19应保证极板稳定固定在反应池14底部，材质为不锈钢材料。
[0033]
综上，本发明提供的是一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置。船舶压载水通过进水口进入反应池，反应池内有阴阳极板和紫外光源，通过光电催化作用对船舶压载水进行灭活，通过曝气装置对反应池内进行曝气。不同组阴阳极板与电动磁力搅拌装置通过隔板隔开，中间有通水口进行流通，处理后的船舶压载水通过出水口排出。本发明制备简单、成本低廉，能够对压载水中微生物进行高效快速地灭活，而且处理成本低，占地面积小，设备及操作安全可靠，具有良好的经济效应和广阔的船舶应用前景。
技术特征：
1.一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置，其特征在于：包括反应池(14)、直流稳压电源(6)、交流电源(7)、曝气装置(2)、至少两组的阴阳电极组、紫外光源(5)、隔板(4)；所述反应池(14)的一侧设有进水口(9)，进水口(9)与进水管连接，进水管直接接入船舶压载水，反应池(14)的另一侧设有出水口(10)，所述出水口(10)与出水管连接；所述阴阳电极组及紫外光源(5)设置于反应池(14)中，阴阳电极组的阳极板(1)与接线柱(18)连接，接线柱(18)与直流稳压电源(6)的正极连接，阴阳电极组的阴极板(3)与接线柱(18)连接，接线柱(18)与直流稳压电源(6)的负极连接，所述阴阳电极组的阳极板(1)和阴极板(3)交替布置；相邻的阴阳电极组之间由隔板(4)隔开；所述曝气装置(2)布置于反应池(14)内底；所述每组阴阳电极组并联设置；所述反应池(14)内的第一组阴阳极板上方设置自动加药口(8)，所述紫外光源的个数与阴阳电极组的个数相等且设置在每组阴阳电极组的阳极板与阴极板之间，所述交流电源(7)与紫外光源(5)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置，其特征在于：所述曝气装置(2)连接曝气管道(17)、曝气阀门(15)和曝气泵(16)，曝气装置(2)为上方有曝气孔(20)的板状结构；进水管前设置进水泵(11)及进水调节阀(12)。3.根据权利要求1或2所述的一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置，其特征在于：所述隔板(4)上方留有通水口(13)，不同组阴阳极板所处理的水通过通水口(13)流动，相邻隔板(4)上下交错布置。4.根据权利要求1或2所述的一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置，其特征在于：所述阳极板(1)为f/ce-tio2纳米管，所述阴极板(3)为银阴极板；所述隔板(4)材料为不锈钢钢板。5.根据权利要求3所述的一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置，其特征在于：所述阳极板(1)为f/ce-tio2纳米管，所述阴极板(3)为银阴极板；所述隔板(4)材料为不锈钢钢板。6.根据权利要求1或2所述的一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置，其特征在于：自动加药口内添加调节反应池(14)ph的苛性钠。7.根据权利要求3所述的一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置，其特征在于：自动加药口内添加调节反应池(14)ph的苛性钠。8.根据权利要求5所述的一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置，其特征在于：自动加药口内添加调节反应池(14)ph的苛性钠。9.根据权利要求1或8所述的一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置，其特征在于：所述紫外光源(5)采用功率为18w的紫外灯，直流稳压电源(6)电压控制在13-14v。
技术总结
本发明提供一种基于光电催化原理灭活船舶压载水中微生物的装置，船舶压载水通过进水口进入反应池，反应池内有阴阳极板和紫外光源，通过光电催化作用对船舶压载水进行灭活，通过曝气装置对反应池内进行曝气。不同组阴阳极板与电动磁力搅拌装置通过隔板隔开，中间有通水口进行流通，处理后的船舶压载水通过出水口排出。本发明制备简单、成本低廉，能够对压载水中微生物进行高效快速地灭活，而且处理成本低，占地面积小，设备及操作安全可靠，具有良好的经济效应和广阔的船舶应用前景。的经济效应和广阔的船舶应用前景。的经济效应和广阔的船舶应用前景。
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