[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

权利要求书

1.一种面向稻田排水低浓度氨氮减排的光催化系统，其特征在于，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；面向稻田排水低浓度氨氮减排的光催化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纳米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；

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；

第二个子系统为稻田排水预处理系统，在其前端设置格栅，格栅后端连接稻田排水预处理的容器，预处理的容器高于光催化反应器系统；在预处理的容器底部添加工程改良生物炭包，所述的工程改良生物炭包为负载了金属元素Fe、Mn、Mg、Ca、La元素中的一种或多种元素的生物炭；

第三个子系统为基于特定纳米催化材料的光催化反应器系统，该系统分为光催化系统、搅拌系统和进出水系统；光催化系统包括所述的紫外灯和特定纳米催化材料；紫外灯由石英玻璃进行包裹，光催化反应器内壁采用反光材料或镜面材料；搅拌系统的搅拌速度和紫外灯强度均为可调；

基于特定纳米催化材料的光催化反应器系统的进出水系统中，稻田排水出口设置为两级排水阀和溢流口，排水阀可人为控制；第一级排水阀主要用于催化系统的冲洗、更换催化材料；第二级排水阀主要用于正常工作时的排水。

2.根据权利要求1所述的面向稻田排水低浓度氨氮的光催化系统，其特征在于：所述太阳能发电系统，太阳能电池板面积0.1-1m2，太阳能电池板功率50-500W，工作电压5-80V，工作电流1-20A。

3.根据权利要求1所述的面向稻田排水低浓度氨氮的光催化系统，其特征在于：所述稻田排水预处理系统，格栅孔隙间隔为2-20mm。

4.根据权利要求1所述的面向稻田排水低浓度氨氮的光催化系统，其特征在于：所述稻田排水预处理系统，预处理的容器体积为10-1000L，预处理的容器高于光催化反应器系统50-150cm。

5.根据权利要求1所述的面向稻田排水低浓度氨氮的光催化系统，其特征在于：所述紫外灯的紫外线强度根据稻田排水中氨氮浓度进行自动控制调整，通过自动控制器，设定施肥后1-7d内的紫外线强度分别为100% 1-3d、80% 4-5d、60% 6-7d；紫外线强度范围为：50-1000 μW/cm2。

6.根据权利要求1所述的面向稻田排水低浓度氨氮的光催化系统，其特征在于：基于特定纳米催化材料的光催化反应器系统的光催化系统设有水位测定器，根据水位变化情况确定紫外灯的亮灯个数：在低水位的时候自动打开部分紫外灯；在高水位时自动打开全部的紫外灯。

7.根据权利要求1所述的面向稻田排水低浓度氨氮的光催化系统，其特征在于：所述石英玻璃厚度5-100mm，石英玻璃的紫外线透过率70-100%。

8.根据权利要求1-7任一项所述的面向稻田排水低浓度氨氮的光催化系统的使用方法，其特征在于：稻田排水进入该系统后，先由稻田排水预处理系统完成过滤、沉淀和吸附过程；然后进入基于特定纳米催化材料的光催化反应器系统，根据进水量和水质情况，调节搅拌器转速，紫外灯的数量和紫外光强度，对水体中的氨氮进行催化降解；同时根据进水量调节排水阀，最终实现降低稻田排水中氨氮含量，减轻面源污染风险；所述的特定纳米催化材料由生物炭负载TiO2纳米材料制成。

9.根据权利要求8所述的面向稻田排水低浓度氨氮的光催化系统的使用方法，其特征在于：在光催化反应器系统中，特定纳米催化材料的加入量为0.5-10g/L，光催化反应器系统的反应液温度为10-50摄氏度。