CN105314705B - 一种具备臭氧和紫外光催化功能的低温等离子体水处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具备臭氧和紫外光催化功能的低温等离子体水处理装置及方法，由导流罩、导流桶、填料床和反应器组成，反应器和高压电极为柱对称几何体，导流桶垂直放置于反应器内，导流桶四周布置有填料床，导流罩为漏斗型，其开口小一端连接导流桶，导流罩上方布置有高压电极，高压电极连接高压调频电源；导流桶内设有提升浆，以形成导流桶内向上、导流桶外向下的水流，导流罩面对高压电极一侧负载纳米TiO₂光催化材料，高压电极发出紫外光，使导流罩充分收集高压电弧形成的紫外光，填料床采用臭氧催化剂，其堆积密度为0.1～0.3 kg/L。本发明通过在反应器中合理地布置催化剂填料，充分利用伴随低温等离子生成的臭氧和紫外线，使之有效地降解污水中的有机物，污水处理效率明显提高。

Description

一种具备臭氧和紫外光催化功能的低温等离子体水处理装置 及方法

技术领域

本发明涉及水污染控制领域，具体涉及一种具备臭氧和紫外光催化功能的低温等离子体水处理装置及方法。

背景技术

近年来，我国废水排放标准日益严格，传统的生物处理方法对众多的工业废水无法达到排放标准，因此新型的物理化学处理方法日益受到关注。低温等离子体技术，其原理是采用介质阻挡对污水负载进行放电，在水表面上产生强烈的电弧，由此污水中的有机污染物得到降解。该技术开创了等离子常温下处理液相有机污染物的先河，具有重要的理论意义。在应用方面，该技术不需要培养微生物和使用化学药剂，仅需电源，操作方便，特别是对小规模污水处理具有优势。低温等离子体技术应用于污水处理，时间较短，机理尚不明确，运行参数缺少理论指导，急需完善工艺，提高处理效率。

关于低温等离子体降解有机物的机理有：放电后水中产生羟基自由基、电弧产生紫外光、及在气相产生臭氧。实验过程直接可以观察到：高压电极周围产生紫色光弧。紫外线入射污水后，部分有机物会产生光解反应，但强度较弱，而通过光催化剂，形成光催化氧化，降解能力得到提高。同样，通过嗅觉可以判断：实验过程中产生臭氧。臭氧在水中的溶解度大约是氧气的十倍，作为比氧气能力更强的氧化剂，臭氧的产生具有重要的意义。但理论与实验证明：O₃直接氧化有机物的能力极弱，只有通过催化剂催化形成•OH，才能大幅度提高氧化能力。有报道称：对某些有机物的氧化，•OH氧化是O₃直接氧化反应速率的七个数量级，可见催化剂的重要性。

发明内容

本发明的目的是提高低温等离子体技术降解污水中有机物的能力，提出一种具备臭氧和紫外光催化功能的低温等离子体水处理装置及方法。本发明强化放电水表面的水流流动，促进气液界面更新，以提高气相中臭氧溶解效率；液相中添加臭氧催化剂以提高催化氧化的效果。同时辅以光催化措施，提高紫外光催化氧化效果。

本发明提出的具备臭氧和紫外光催化功能的低温等离子体水处理装置，由导流罩1、导流筒2、填料床4和反应器５组成，所述反应器底部进水，上部出水；其中：所述反应器和高压电极均为柱对称几何体结构（如桶型、烧杯和烧瓶型），以利于水流均匀分布及紫外光收集；所述导流筒2垂直放置于反应器５内，导流筒2四周布置有填料床４，导流罩1为漏斗型，其开口小的一端连接导流筒２，导流罩１上方布置有高压电极６，所述高压电极６连接高压调频电源７；所述导流筒２内设有提升浆３，以形成导流筒２内向上、导流筒２外向下的水流，加快水液界面更新，促进臭氧溶解；所述导流罩1面对高压电极６一侧负载纳米TiO₂光催化材料，高压电极6发出紫外光，使导流罩１充分收集高压电弧形成的紫外光，提高光催化氧化效果；所述填料床4采用臭氧催化剂，为表面改性的铁屑，或以γ-FeOOH为主要成份成型填料，其堆积密度为0.1～0.3 kg/L。

本发明提出的具备臭氧和紫外光催化功能的低温等离子体水处理装置采用的方法，具体步骤如下：

水从反应器底部进水口处进水，在提升浆的作用下由导流筒底部向上进入导流罩，从导流罩出来的水部分直接出水，其余部分向下流动，经过填料床后，又从导流筒内向上流动，以形成导流筒内向上、导流筒外向下的水流，控制提升浆搅拌强度为20～100 s^-1，所述填料床4采用臭氧催化剂，为表面改性的铁屑，或以γ-FeOOH为主要成份成型填料，堆积密度为0.1～0.3 kg/L。

本发明的有益效果在于：通过在反应器中合理地布置催化剂填料，充分利用伴随低温等离子生成的臭氧和紫外线，使之有效地降解污水中的有机物，污水处理效率明显提高。

附图说明

图1为本发明的结构图示。

图中标号：１为导流罩，２为导流筒，３为提升浆，４为填料床，５为反应器，６为高压电极，７为高压高频电源。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：带有改性铁屑臭氧催化剂的低温等离子体反应器

反应器装置如附图。反应器５内设置导流罩１、导流筒２和提升浆３。导流罩1为漏斗型，面对高压电极一侧负载纳米TiO₂光催化材料，以充分收集高压电弧形成的紫外光，提高光催化氧化效果；导流筒2内部设有具有提升浆3，形成桶内向上、桶外向下的水流，以加快水液界面更新，促进臭氧溶解；同时，反应器内水流紊动增强，加快固液界面传质，促进臭氧催化氧化反应。填料床4为改性铁屑臭氧催化剂，堆积密度为0.3 kg/L，内置带有提升功能的搅拌浆，其搅拌强度为100 s^-1，导流罩1负载纳米TiO₂光催化材料。经上述强化后，处理印染废水效率提高，COD去除率由30%提高至70%。

实施例2：带有主要成份为γ-FeOOH臭氧催化剂的低温等离子体反应器

反应器装置如实施例１。填料床4是主要成份为γ-FeOOH臭氧催化剂，堆积密度为0.2 kg/L，内置带有提升功能的搅拌浆，其搅拌强度为50 s^-1，导流罩1负载纳米TiO₂光催化材料。经上述强化后，处理印染废水效率提高，COD去除率由30%提高至60%。

实施例3：带有改性铁屑臭氧催化剂、无光催化剂负载的低温等离子体反应器

反应器装置如实施例１。填料床4为改性铁屑臭氧催化剂，堆积密度为0.1 kg/L，内置带有提升功能的搅拌浆，其搅拌强度为20 s^-1，导流罩1仅导流作用，无光催化负载。经上述强化后，处理印染废水效率提高，COD去除率由30%提高至55%。

Claims (2)

1.一种具备臭氧和紫外光催化功能的低温等离子体水处理装置，包括导流罩（1）、导流筒（2）、填料床（4）和反应器（５），所述反应器底部进水，上部出水；其特征在于：反应器和高压电极均为柱对称几何体结构，以利于水流均匀分布及紫外光收集；所述导流筒（2）垂直放置于反应器（５）内，导流筒（2）四周布置有填料床（４），导流罩（1）为漏斗型，其开口小的一端连接导流筒（２），导流罩（１）上方布置有高压电极（６），所述高压电极（６）连接高压调频电源（７）；所述导流筒（２）内设有提升浆（３），以形成导流筒（２）内向上、导流筒（２）外向下的水流，加快水液界面更新，促进臭氧溶解；所述导流罩（1）面对高压电极（６）一侧负载纳米TiO₂光催化材料，高压电极（6）发出紫外光，使导流罩（１）充分收集高压电弧形成的紫外光，提高光催化氧化效果；所述填料床（4）采用臭氧催化剂，为表面改性的铁屑，或以γ-FeOOH为主要成份成型填料，其堆积密度为0.1～0.3 kg/L。

2.一种如权利要求１所述的具备臭氧和紫外光催化功能的低温等离子体水处理装置采用的方法，其特征在于具体步骤如下：

水从反应器底部进水口处进水，在提升浆的作用下由导流筒底部向上进入导流罩，从导流罩出来的水部分直接出水，其余部分向下流动，经过填料床后，又从导流筒内向上流动，以形成导流筒内向上、导流筒外向下的水流，控制提升浆搅拌强度为20～100 s^-1，所述填料床（4）采用臭氧催化剂，为表面改性的铁屑，或以γ-FeOOH为主要成份成型填料，堆积密度为0.1～0.3 kg/L。