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光催化功能材料及其提升湖库水环境质量的验证研究

仇健 朱浩 李广鹏 庞治 耿波 陈斌 袁宇栋 刘向辉 许亮 张磊 杨海超

仇健,朱浩,李广鹏,等.光催化功能材料及其提升湖库水环境质量的验证研究[J].环境工程技术学报,2022,12(1):55-61 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210204
引用本文: 仇健,朱浩,李广鹏,等.光催化功能材料及其提升湖库水环境质量的验证研究[J].环境工程技术学报,2022,12(1):55-61 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210204
QIU J,ZHU H,LI G P,et al.Study on photocatalytic functional material and verification of its application for improving water environment quality of lake and reservoir[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(1):55-61 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210204
Citation: QIU J,ZHU H,LI G P,et al.Study on photocatalytic functional material and verification of its application for improving water environment quality of lake and reservoir[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(1):55-61 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210204

光催化功能材料及其提升湖库水环境质量的验证研究

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210204
基金项目: 国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07204-002)
详细信息
    作者简介:

    仇健(1983—),男,工程师,硕士,主要从事环境催化材料开发与应用研究,njqiujian@163.com

    通讯作者:

    张磊(1964—),男,副研究员,硕士,主要从事环境工程研究, wwkk12345@sina.com

  • 中图分类号: X524

Study on photocatalytic functional material and verification of its application for improving water environment quality of lake and reservoir

  • 摘要: 为验证石墨烯基氧化钛光催化功能材料在实际工况条件下的适用性及其对污染水体的净化效果,分别选择云南省大理州西湖(ST-1)及浙江省舟山市嵊泗县的长弄塘水库(ST-2)进行为期105~107 d的野外原位围隔试验验证研究。结果表明:光催化功能材料与土著生物耦合(光催化耦合生态净化技术)对2种类型水体中污染物降解具有较好的效果,试验期间ST-1和ST-2水体中的氨氮、总磷浓度和COD分别下降71.8%、45.5%和27.3%以及3.8%、62.1%和33.3%;该技术实施后水体溶解氧浓度较稳定,分别为6.05~9.50和6.60~10.60 mg/L,水体透明度分别提升109.0%和185.7%;另外,该技术对藻类具有抑制作用,ST-1、ST-2试验组与对照组相比,藻类总生物量分别下降了30.3%和64.6%。

     

  • 图  1  试验水体照片

    Figure  1.  Photos of two test water bodies

    图  2  催化功能纤维表面的催化材料与功能纤维扫描电镜图

    注:(a)、(b)图中比例尺分别为100 nm与100 μm。

    Figure  2.  SEM images for catalytic material on catalytic functional fiber surface and fibers themselves

    图  3  催化材料的X射线衍射图

    Figure  3.  X-ray diffraction image of catalytic material

    图  4  催化材料的漫反射光谱图

    Figure  4.  DRS spectra of catalytic material

    图  5  催化材料的电子顺磁共振图

    Figure  5.  EPR image of catalytic material

    图  6  催化功能纤维网膜与对照品P25网膜对罗丹明B的降解

    Figure  6.  Degradation of Rhodamine B by catalytic functional fiber omentum and reference P25 omentum

    图  7  试验期间水体DO浓度变化

    Figure  7.  Variations of DO concentration in two watersduring the test

    图  8  试验期间水体COD变化

    Figure  8.  Variations of COD in two waters during the test

    图  9  试验期间水体氨氮浓度变化

    Figure  9.  Variations of NH3-N concentration in twowaters during the test

    图  10  试验期间水体TP浓度变化

    Figure  10.  Variations of TP concentration in twowaters during the test

    图  11  试验前后水体透明度变化

    Figure  11.  Water transparency changes before and after the test

    表  1  光催化功能材料纤维网膜技术参数

    Table  1.   Technical parameters of photocatalytic functional fiber membrane

    项目 参数 项目 参数
    基材材质 聚丙烯纤维 适用光照强度/lx ≥5 000
    基材类型 1400D160F 适用流速/(cm/s) ≤0.5
    RhB降解速率1)/〔mg/(h·m2)〕 ≥120 适用温度/℃ 5~40
    TP处理量1)/(mg/m2 ≥10 适用水深/m ≥0.1
    ORP提升率1)/% ≥60 适用pH 6~9
    网孔密度/(个/cm2 9 网膜厚度/cm 0.2~0.3
      1)为实验室数据。
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    表  2  试验水体概况

    Table  2.   Basic situation of two test water bodies

    项目 ST-1 ST-2
    所属地区 云南省大理州 浙江省舟山市
    平均海拔/m 1 970 45
    类型 高原湖泊 岛屿水库
    气候类型 亚热带季风气候 亚热带海洋性季风气候
    历年平均气温1)/℃ −0.4(不结冰)~25.3 3.7~29.9
    历年平均降水量1)/mm 714.2 1 105.9
    历年平均日照时长1)/h 2 250.2 2 012.3
    历年主导风向1) 微风、西南风 东南风
    水体面积/m2 11 500 15 000
    水体最大水深/m 6 20
    治理前水体水质2) 劣Ⅴ类 Ⅳ类
      1)1981—2010年;2)GB 3838—2002《地表水环境质量标准》。
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    表  3  试验前水体水质指标数据及分类

    Table  3.   Water quality index data and classification before test

    水体 DO浓度/(mg/L) COD/(mg/L) 氨氮浓度/(mg/L) TP浓度/(mg/L) 水体透明度/cm 综合水质类别
    ST-1 6.20 (Ⅱ) 22.0 (Ⅳ) 0.390 (Ⅱ) 0.110 (Ⅴ) 66
    ST-2 10.60 (Ⅰ) 21.9 (Ⅳ) 0.158 (Ⅱ) 0.029 (Ⅲ) 70
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    表  5  试验后水体水质指标均值及类别

    Table  5.   Mean value of water quality indexes and classification after test

    水体 DO浓度/(mg/L) COD/(mg/L) 氨氮浓度/(mg/L) TP浓度/(mg/L) 水体透明度/cm 水质综合类别
    ST-1 10.60 (Ⅰ) 21.9 (Ⅳ) 0.158 (Ⅱ) 0.029 (Ⅲ) 70
    ST-2 8.38 (Ⅰ) 14.6 (Ⅱ) 0.152 (Ⅱ) 0.011 (Ⅱ) 200
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  • 收稿日期:  2021-05-26

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