CN101786757A - 介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置 - Google Patents

介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置 Download PDF

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袁守军
胡真虎
徐得潜
苏馈足
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Abstract

本发明公开了一种介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置，其特征是将有机玻璃筒和石英玻璃管设置为套筒，有机玻璃筒为外套层，负载有二氧化钛光催化剂的活性炭纤维固定于有机玻璃筒的内侧壁，在有机玻璃筒的顶部设置可以在活性炭纤维的表面形成水膜的水分布器，水槽中的水通过水泵接入水分布器；石英玻璃管为中心筒，石英玻璃管中设置筒状金属电极，以形成介质阻挡放电腔。本发明将介质阻挡放电等离子体技术与吸附、光催化技术进行联用，达到废水处理的目的。

Description

介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置
技术领域
本发明涉及废水处理装置，更具体地说是一种介质阻挡放电等离子体、吸附、和光催化协同作业进行废水处理的装置。
背景技术
介质阻挡放电是产生低温等离子体的一种常见方法，它是有绝缘介质插入放电空间的一种气体放电，介质可以覆盖在电极上或者悬挂在放电空间里，当在放电电极上施加足够高的交流电压时，电极间的气体，即使在很高气压下也会被击穿而形成介质阻挡放电。
介质阻挡放电技术目前主要应用在臭氧生产、显示器的制造、材料表面处理和改性、气态污染物的治理等技术领域。近年来，将介质阻挡放电技术应用到废水治理方面的研究引起了广大学者的关注。介质阻挡放电产生等离子体过程中，不仅可以产生OH·、H·、O·等高活性物质，同时还会有O3、H2O2和紫外光的产生。OH·是典型的强氧化剂，是目前已知可在水处理中应用的氧化能力最强的氧化剂，其与水中大多数有机物反应较快，同样，H·和O·均有很高的反应活性，可用于水中污染物的去除；O3和H2O2均具有极强的氧化功能，它们对水中有机污染物有很强的氧化能力；紫外光也可实现对部分污染物的去除。介质阻挡放电过程中产生的这些活性物质，对采用该方法去除水中污染物起到至关重要的作用。怎样合理的用这些活性物种来处理废水成为利用介质阻挡放电废水处理反应器设计的关键。然而，目前应用介质阻挡放电技术处理废水仅仅停留在实验室研究阶段，并且实验室设计的介质阻挡放电技术废水处理装置，对介质阻挡放电过程中产生的这些活性物质均没有合理、全部的使用。
此外，吸附和光催化技术也是废水处理中常用技术，吸附是指物质(主要是固体物质)表面吸住周围介质(液体或气体)中的分子或离子的现象，在污水处理中常用于吸附废水中污染物；光催化技术是利用光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，目前常用的光催化剂为二氧化钛，二氧化钛在光的作用下在其表面产生空穴和电子，以此降解水中污染物。然而将介质阻挡放电技术与吸附、光催化技术联用，以提高废水处理效果和效率，未见相关报道。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置，将介质阻挡放电等离子体技术与吸附、光催化技术联用以达到废水处理的目的。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案
本发明介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置的结构特点是：
将有机玻璃筒和石英玻璃管设置为套筒，所述有机玻璃筒为外套层，负载有二氧化钛光催化剂的活性炭纤维固定于有机玻璃筒的内侧壁，在所述有机玻璃筒的顶部设置可以在活性炭纤维的表面形成水膜的水分布器，水槽中的水通过水泵接入所述水分布器；所述石英玻璃管为中心筒，石英玻璃管中设置筒状金属电极，以形成在所述有机玻璃筒和石英玻璃管之间的空腔构成介质阻挡放电腔；所述金属电极通过导线与高压电源电连接，水分布器及水槽中的水与接地极连通。
本发明介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置的结构特点也在于：
所述金属电极为金属管，在所述金属管的外侧壁上为锡纸层，所述锡纸层与石英玻璃管的内侧壁相贴。
按质量比，所述负载在活性炭纤维表面的二氧化钛光催化剂的负载量为5％-10％。
所述石英玻璃管与水膜之间的间距为4～10mm。
所述高压电源的电流频率为30～55kHz、电压峰值为5000～15000V。
本发明中，水槽内的废水经水泵提升至水分布器后在活性炭纤维的表面形成一薄层水膜，在金属电极和接地极之间施加高压使石英玻璃管与水膜之间的空腔内形成介质阻挡放电；一方面，介质阻挡放电过程中产生的O3、H2O2、OH·、H·、O·、高能电子以及紫外光与活性炭纤维表面流动的废水中的污染物发生作用，去除废水中的污染物，另一方面，固定于有机玻璃筒内壁的活性炭纤维可有效吸附废水中的污染物，同时，介质阻挡放电产生的紫外光照射活性炭纤维上负载的二氧化钛发生光催化反应，光催化反应中产生的高活性物质对废水中污染物进行降解。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在
1、本发明中应用的活性炭纤维具有优良的污染物吸附性能，可将废水中的污染物吸附到表面，同时，在活性炭纤维表面负载的二氧化钛光催化剂经介质阻挡放电产生的紫外光的照射会发生光催化反应，生成大量活性自由基，无选择地与废水中的污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和简单有机物。
2、本发明中应用的活性炭纤维具有优良的催化性能，介质阻挡放电产生等离子体过程中产生的臭氧和双氧水可在活性炭纤维表面发生催化反应，生成氧化能力更强的自由基，同时，活性炭纤维可提高废水中的臭氧和双氧水含量，进而提到废水中污染物的去除率。
3、本发明装置在常温、常压下操作，反应条件温和、可控制性强，操作简单。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图。
图中标号：1、高压导线；2、水分布器；3、活性炭纤维；4、石英玻璃管；5、金属电极；6、有机玻璃筒；8、高压电源；9、接地极；10、水泵。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参见图1，本实施例中，将有机玻璃筒6和石英玻璃管4设置为套筒，有机玻璃筒6为外套层，负载有二氧化钛光催化剂的活性炭纤维3固定于有机玻璃筒6的内侧壁，在有机玻璃筒6的顶部设置可以在活性炭纤维3的表面形成水膜的水分布器2，水槽7中的水通过水泵10接入水分布器2；石英玻璃管4为中心筒，石英玻璃管4中设置筒状金属电极5，以形成在有机玻璃筒6和石英玻璃管4之间的空腔构成介质阻挡放电腔；金属电极5通过导线与高压电源8电连接，水分布器2及水槽7中的水与接地极9连通。
具体实施中，相应的结构设置也包括：
作为高压电极的金属电极5为金属管，在金属管的外侧壁上为锡纸层，锡纸层与石英玻璃管4的内侧壁相贴。
按质量比，负载在活性炭纤维3表面的二氧化钛光催化剂的负载量为5％-10％。
石英玻璃管4与水膜之间的间距为4～10mm。
开始处理废水时，金属电极5连通高压电源8，高压电源8的电流频率为30～55kHz，电压峰值为5000～15000V，金属电极5和接地极9之间施加的高压便可在石英玻璃管4与水膜之间的空腔内形成介质阻挡放电。介质阻挡放电过程中产生的O3、H2O2、OH·、H·、O·、高能电子以及紫外光与活性炭纤维3表面流动的废水中的污染物发生作用，去除废水中的污染物；固定于有机玻璃筒6内壁的活性炭纤维3可有效吸附废水中的污染物，同时，介质阻挡放电产生的紫外光照射活性炭纤维3上负载的二氧化钛发生光催化反应，光催化反应中产生的高活性物质对废水中污染物进行降解。

Claims (5)

1.一种介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置，其特征是将有机玻璃筒(6)和石英玻璃管(4)设置为套筒，所述有机玻璃筒(6)为外套层，负载有二氧化钛光催化剂的活性炭纤维(3)固定于有机玻璃筒(6)的内侧壁，在所述有机玻璃筒(6)的顶部设置可以在活性炭纤维(3)的表面形成水膜的水分布器(2)，水槽(7)中的水通过水泵(10)接入所述水分布器(2)；所述石英玻璃管(4)为中心筒，石英玻璃管(4)中设置筒状金属电极(5)，以形成在所述有机玻璃筒(6)和石英玻璃管(4)之间的空腔构成介质阻挡放电腔；所述金属电极(5)通过导线与高压电源(8)电连接，水分布器(2)及水槽(7)中的水与接地极(9)连通。
2.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置，其特征是所述金属电极(5)为金属管，在所述金属管的外侧壁上为锡纸层，所述锡纸层与石英玻璃管(4)的内侧壁相贴。
3.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置，其特征是按质量比，所述负载在活性炭纤维(3)表面的二氧化钛光催化剂的负载量为5％-10％。
4.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置，其特征是所述石英玻璃管(4)与水膜之间的间距为4～10mm。
5.根据权利要求1所述的介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置，其特征是所述高压电源(8)的电流频率为30～55kHz、电压峰值为5000～15000V。
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