關(guān)于石墨烯/TiO2光催化對黑臭水體治理的效果分析

中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 天津 300381

正文：

引言：石墨烯/TiO2光催化，是利用離子活性凈化的方法，進(jìn)行污水凈化。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯/TiO2光催化方法，可有效彌補(bǔ)人工增氧、截污清淤方法操作中，局域性處理的問題，實(shí)現(xiàn)水體綜合凈化。由此，關(guān)于石墨烯/TiO2光催化法在污水處理中的應(yīng)用，可為當(dāng)代城市污水凈化提供方法指導(dǎo)。

一、常見黑臭水體治理方法及不足

當(dāng)前常用的黑臭水體治理方法，主要按照“截污-減負(fù)-凈化-修復(fù)”的順序開展，依據(jù)黑臭水體處理的側(cè)重點(diǎn)不同，又可將其細(xì)化分為：截污清淤、人工增氧、生物修復(fù)三種。但無論哪一種治理方式，均是從黑臭水產(chǎn)生后的某一環(huán)節(jié)進(jìn)行局限性治理，污水處理過程，始終無法規(guī)避黑臭水局部污染的問題，這對于城市水資源凈化處理而言，無疑是一種不可忽視的水體治理隱患。

二、石墨烯/TiO2光催化治理黑臭水體的原理

石墨烯/TiO2光催化，是指將石墨烯與TiO2結(jié)合，產(chǎn)生的一種可通過光吸收增加液體中離子傳輸活躍性的新型水體凈化方法。將石墨烯/TiO2光催化過程，轉(zhuǎn)換為化學(xué)離子分析理論為：TiO2中的OH-和氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，生成·OH和O2等自由基[1]。當(dāng)合成物溶于污水后，活躍性增強(qiáng)的自由基，會迅速吸附水中污染物，并將其降解為二氧化碳和水。即，石墨烯/TiO2+可見光→石墨烯/TiO2+H+；OH-+H+→·OH；·OH+有機(jī)污染物→CO2+H2O2；O2-+有機(jī)污染物→CO2+H2O2[1]。我們借助石墨烯/TiO2光催化原理進(jìn)行黑臭水體凈化時(shí)，先借助可見光將水中無機(jī)鹽等物質(zhì)初步凈化，然后再利用活性吸附物質(zhì)進(jìn)行降解。

三、石墨烯/TiO2光催化對黑臭水體治理的效果分析

為分析石墨烯/TiO2光催化對黑臭水體治理的效果，筆者將實(shí)踐探究案例整理為：

（一）黑臭水體治理水體情況

A河道為該城市污水排放的主要渠道，A河道污水來源包括：城市生活污水、重工業(yè)生產(chǎn)初步處理污水、輕工業(yè)加工污水三大類。實(shí)驗(yàn)人員對該河道進(jìn)行水樣本提取檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)樣本水體中厭氧生物含量88.19%，污染物轉(zhuǎn)換物質(zhì)中包含氨氣、硫化氫等。同時(shí)，水體中還包含金屬鐵、金屬錳等成分，水樣中溶解氧1.05mg/L，樣本有濃郁腐臭、銅臭味，味道刺鼻。此外，樣本中污泥含量占水體的1/10，污泥進(jìn)一步檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：其中包含碳、氮、磷等腐殖質(zhì)。

A河道采取石墨烯/TiO2光催化技術(shù)進(jìn)行水體治理，按照1立方水體放入50ml石墨烯/TiO2混合催化劑的標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)治理21d，且每間隔7d進(jìn)行一次水樣抽查，記錄水樣DO溶解氧，水體透明度，氧化還原情況，以及水中污泥成分變化。

（二）凈化治理樣本檢驗(yàn)分析

A河道黑臭水凈化治理的樣本分析結(jié)果為：

（1）第一周：水樣DO溶解氧1.33mg/L，水體透明度20.17cm，氧化還原電位44.19mV，水中污泥成分金屬鐵、金屬錳含量為78.81%，水體刺鼻氣味明顯減弱。

（2）第二周：水樣DO溶解氧1.62mg/L，水體透明度46.17cm，氧化還原電位66.23mV，水中污泥成分金屬鐵、金屬錳含量為50.91%，水體有氣味，但不刺鼻。

（3）第三周：水樣DO溶解氧2.01mg/L，水體透明度28.19cm，氧化還原電位78.60mV，水中污泥成分金屬鐵、金屬錳含量為33.55%，水體氣味不明顯。

（三）水凈化結(jié)果效果整合

石墨烯/TiO2光催化方法，在A河道黑臭污水治理過程中應(yīng)用，解決了A地區(qū)城市污水處理問題。筆者將本次污水治理效果整合為：

1.石墨烯/TiO2光催化技術(shù)可調(diào)節(jié)污水DO溶解氧度

石墨烯和TiO2在光作用下生成的·OH和O2自由基，增加了污水水體中氫氧根的活躍性。當(dāng)催化物中自由基與污水水土結(jié)合后，自由基立即與污水中氨氣、氮?dú)庀嗷ソY(jié)合，將污水中的氨離子、氮離子從水中脫離出來，而氫氧根和氧離子就會填充孔隙，生成水，污水水體在長期的離子置換過程中，會不斷降解污水中氨氣、氮?dú)獾暮?，使污水中DO溶解氧的含量不斷增加。

2.石墨烯/TiO2光催化技術(shù)可置換污水中金屬物

石墨烯/TiO2光催化技術(shù)，作為A河道城市黑臭污水處理措施，可在石墨烯/TiO2光催化結(jié)合的作用下，使水體中氫氧根、氧離子的活躍度增強(qiáng)，水體中的金屬鐵、金屬錳等成分，能夠在金屬強(qiáng)度大的離子環(huán)境下，置換為氫離子或者氧離子。即，A河道中的黑臭污水金屬成分，按照OH-+H+→·OH；·OH+有機(jī)污染物→CO2+H2O2；O2-+有機(jī)污染物→CO2+H2O2的公式，分別將污水中的金屬離子根置換為氫氧離子，最終生成二氧化碳和水。

3.石墨烯/TiO2光催化還原氫氧離子

A河道中污水初步檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：水中污泥含量占水體的1/10，且污泥中包含碳、氮、磷等腐殖質(zhì)。即，污水環(huán)境中微生物、腐蝕菌種的含量，已經(jīng)超出了水體本身所蘊(yùn)含的細(xì)菌含量。運(yùn)用石墨烯/TiO2光催化處理后，污染物中的腐殖質(zhì)，將逐步與·OH、O2-結(jié)合，生成水和二氧化碳，這一過程破壞了污水中污染物淤泥沉淀發(fā)酵的環(huán)境，水中氫離子、氧離子可自由結(jié)合，水體中的污泥沉淀的比例自然也就減少了。

結(jié)論：綜上所述，關(guān)于石墨烯/TiO2光催化對黑臭水體治理的效果分析，是城市污水處理常見方法之一，它為城市水環(huán)節(jié)科學(xué)治理提供了指導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上，本文以A河道污水治理為例，歸納了石墨烯/TiO2光催化技術(shù)可調(diào)節(jié)污水DO溶解氧度、可置換污水中金屬污染物、可還原氫氧離子三方面研究結(jié)果。因此，文章探究將為當(dāng)代城市黑臭污水治理提供技術(shù)參考。