[发明专利]用于水体杀菌的三维电极和光催化联用的方法和装置及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种水体杀菌方法，特别涉及一种用于水体杀菌的三维电极和光催化联用的方法和装置及应用。

背景技术

水安全是人们普遍关心的问题，随着环境污染的不断加剧，水环境中不断增加的致病微生物如细菌、病毒及其它病原微生物等给人类的生命安全与健康带来了巨大的挑战。传统的处理技术有氯消毒、紫外线(UV)消毒分离技术，以各自独特的优点如经济、有效且使用方便等均能够显著降低以水作为载体的病原微生物导致的疾病爆发，在一定程度上提高了人类的健康生活水平，因此这些成熟技术目前仍然在广泛应用。但同时这些技术在使用的过程中也都具有一定的缺点，如氯气消毒会与水体中的腐殖质作用产生具有较强三致作用的副产物如卤代乙酸、三卤甲烷等；部分被紫外线杀伤的微生物可能在光复活机制下进行自我修复损伤的DNA分子，从而可以使细菌再生，因此导致紫外消毒效果并不是很彻底；另外很多病毒类病原微生物对氯和紫外均具有一定的抗性而不能有效地杀灭。因此，寻求新型、高效的杀菌消毒技术也是目前有关水处理领域的热点和核心问题。

目前，研究较多的光催化杀菌技术被认为是一种最有前途的高级氧化技术，是半导体材料在光辅助的条件下产生具有很强的氧化能力的活性氧物种，能无选择性地降解大部分有机物以及彻底杀死大多数细菌、病毒等微生物，是一种低成本的环境友好型的水处理技术。但是对于细菌浓度较高的废水，采用单独的光催化技术很难在很短的时间内使细菌完全灭活，而且光催化剂固定化及其失活等缺点制约了其进一步的工业化进程。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于水体杀菌的三维电极和光催化联用的方法。

本发明的另一目的在于提供实现上述用于水体杀菌的三维电极和光催化联用方法的装置。

本发明的再一目的在于提供所述装置的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种用于水体杀菌的三维电极和光催化联用的方法，具体包括以下步骤：

(1)利用三维电极电化学反应作用待处理的水体；

(2)在紫外光的激发下，通过光催化反应剂处理经步骤(1)处理后的水体，得到杀菌后的水体；

步骤(1)优选为：在曝气环境中，利用三维电极电化学反应作用待处理的水体；

步骤(1)中所述的三维电极电化学反应的条件优选为：阴极和阳极之间的电压为10～60V；三维电极填料为活性炭或铁屑中的一种或两种；

所述的三维电极填料优选为质量百分比10～100％的铁屑与质量百分比0～90％的粒状活性炭配制形成的混合物；

步骤(1)中所述的三维电极电化学反应的条件更优选为：在待处理的水体中加入电解质；电解质的添加有利于提高电化学反应的效率；

所述的电解质优选为氯化钠或氯化钾中的一种或两种；

所述的电解质的终浓度优选为加入电解质后的水体中电解质的浓度为1～50mg/L；

步骤(1)中所述的三维电极电化学反应的条件更优选为：使用变频电源，变频参数优选为0～15次/min(阳极和阴极互换次数)；

步骤(2)所述的光催化剂为固定在反应器的器壁上，优选通过以下步骤进行固定：在器壁上先涂一层羧甲基纤维素钠稀溶液(浓度1wt％)，再将光催化剂溶液(浓度10wt％)均匀喷涂在羧甲基纤维素钠表面上，然后在红外灯下烘干即可；

步骤(2)中所述的光催化反应剂优选为TiO₂或ZnO；

步骤(1)中所述的待处理的水体的杀菌时间优选为总共0.5～10min；

实现上述用于水体杀菌的三维电极和光催化联用方法的装置，包括依次连接的三维电极电化学杀菌池和紫外光催化杀菌池；三维电极电化学杀菌池的两扇池壁上分别设置有与电源连接的阴极和阳极，池内装有三维电极填料；紫外光催化杀菌池的池壁上固定有光催化剂层，内部装有由若干支用于激发光催化剂的紫外灯；