关于石墨烯/TiO2光催化对黑臭水体治理的效果分析

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正文：

引言：石墨烯/TiO2光催化，是利用离子活性净化的方法，进行污水净化。研究发现，石墨烯/TiO2光催化方法，可有效弥补人工增氧、截污清淤方法操作中，局域性处理的问题，实现水体综合净化。由此，关于石墨烯/TiO2光催化法在污水处理中的应用，可为当代城市污水净化提供方法指导。

一、常见黑臭水体治理方法及不足

当前常用的黑臭水体治理方法，主要按照“截污-减负-净化-修复”的顺序开展，依据黑臭水体处理的侧重点不同，又可将其细化分为：截污清淤、人工增氧、生物修复三种。但无论哪一种治理方式，均是从黑臭水产生后的某一环节进行局限性治理，污水处理过程，始终无法规避黑臭水局部污染的问题，这对于城市水资源净化处理而言，无疑是一种不可忽视的水体治理隐患。

二、石墨烯/TiO2光催化治理黑臭水体的原理

石墨烯/TiO2光催化，是指将石墨烯与TiO2结合，产生的一种可通过光吸收增加液体中离子传输活跃性的新型水体净化方法。将石墨烯/TiO2光催化过程，转换为化学离子分析理论为：TiO2中的OH-和氧气发生氧化反应，生成·OH和O2等自由基[1]。当合成物溶于污水后，活跃性增强的自由基，会迅速吸附水中污染物，并将其降解为二氧化碳和水。即，石墨烯/TiO2+可见光→石墨烯/TiO2+H+；OH-+H+→·OH；·OH+有机污染物→CO2+H2O2；O2-+有机污染物→CO2+H2O2[1]。我们借助石墨烯/TiO2光催化原理进行黑臭水体净化时，先借助可见光将水中无机盐等物质初步净化，然后再利用活性吸附物质进行降解。

三、石墨烯/TiO2光催化对黑臭水体治理的效果分析

为分析石墨烯/TiO2光催化对黑臭水体治理的效果，笔者将实践探究案例整理为：

（一）黑臭水体治理水体情况

A河道为该城市污水排放的主要渠道，A河道污水来源包括：城市生活污水、重工业生产初步处理污水、轻工业加工污水三大类。实验人员对该河道进行水样本提取检验，发现样本水体中厌氧生物含量88.19%，污染物转换物质中包含氨气、硫化氢等。同时，水体中还包含金属铁、金属锰等成分，水样中溶解氧1.05mg/L，样本有浓郁腐臭、铜臭味，味道刺鼻。此外，样本中污泥含量占水体的1/10，污泥进一步检验后发现：其中包含碳、氮、磷等腐殖质。

A河道采取石墨烯/TiO2光催化技术进行水体治理，按照1立方水体放入50ml石墨烯/TiO2混合催化剂的标准，持续治理21d，且每间隔7d进行一次水样抽查，记录水样DO溶解氧，水体透明度，氧化还原情况，以及水中污泥成分变化。

（二）净化治理样本检验分析

A河道黑臭水净化治理的样本分析结果为：

（1）第一周：水样DO溶解氧1.33mg/L，水体透明度20.17cm，氧化还原电位44.19mV，水中污泥成分金属铁、金属锰含量为78.81%，水体刺鼻气味明显减弱。

（2）第二周：水样DO溶解氧1.62mg/L，水体透明度46.17cm，氧化还原电位66.23mV，水中污泥成分金属铁、金属锰含量为50.91%，水体有气味，但不刺鼻。

（3）第三周：水样DO溶解氧2.01mg/L，水体透明度28.19cm，氧化还原电位78.60mV，水中污泥成分金属铁、金属锰含量为33.55%，水体气味不明显。

（三）水净化结果效果整合

石墨烯/TiO2光催化方法，在A河道黑臭污水治理过程中应用，解决了A地区城市污水处理问题。笔者将本次污水治理效果整合为：

1.石墨烯/TiO2光催化技术可调节污水DO溶解氧度

石墨烯和TiO2在光作用下生成的·OH和O2自由基，增加了污水水体中氢氧根的活跃性。当催化物中自由基与污水水土结合后，自由基立即与污水中氨气、氮气相互结合，将污水中的氨离子、氮离子从水中脱离出来，而氢氧根和氧离子就会填充孔隙，生成水，污水水体在长期的离子置换过程中，会不断降解污水中氨气、氮气的含量，使污水中DO溶解氧的含量不断增加。

2.石墨烯/TiO2光催化技术可置换污水中金属物

石墨烯/TiO2光催化技术，作为A河道城市黑臭污水处理措施，可在石墨烯/TiO2光催化结合的作用下，使水体中氢氧根、氧离子的活跃度增强，水体中的金属铁、金属锰等成分，能够在金属强度大的离子环境下，置换为氢离子或者氧离子。即，A河道中的黑臭污水金属成分，按照OH-+H+→·OH；·OH+有机污染物→CO2+H2O2；O2-+有机污染物→CO2+H2O2的公式，分别将污水中的金属离子根置换为氢氧离子，最终生成二氧化碳和水。

3.石墨烯/TiO2光催化还原氢氧离子

A河道中污水初步检验发现：水中污泥含量占水体的1/10，且污泥中包含碳、氮、磷等腐殖质。即，污水环境中微生物、腐蚀菌种的含量，已经超出了水体本身所蕴含的细菌含量。运用石墨烯/TiO2光催化处理后，污染物中的腐殖质，将逐步与·OH、O2-结合，生成水和二氧化碳，这一过程破坏了污水中污染物淤泥沉淀发酵的环境，水中氢离子、氧离子可自由结合，水体中的污泥沉淀的比例自然也就减少了。

结论：综上所述，关于石墨烯/TiO2光催化对黑臭水体治理的效果分析，是城市污水处理常见方法之一，它为城市水环节科学治理提供了指导。在此基础上，本文以A河道污水治理为例，归纳了石墨烯/TiO2光催化技术可调节污水DO溶解氧度、可置换污水中金属污染物、可还原氢氧离子三方面研究结果。因此，文章探究将为当代城市黑臭污水治理提供技术参考。