CN107986379B - 一种降解污水中全氟辛酸的处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降解污水中全氟辛酸的处理方法及装置。所述装置包括反应器及微气泡发生器，反应器进水口与微气泡出水口连接，反应器出水口、微气泡进水口与水箱连通，反应器通过导线与高压脉冲电源连接，高压脉冲电源与电源控制器连接。处理方法为：将全氟辛酸待处理溶液置于水箱中，使微气泡出水口出水形成含大量微纳米气泡的气水混合物；形成气水混合物的待处理溶液由反应器进水口进入反应器中，调节电极尖端顶点与污水上表面距离，调节高压脉冲电源的电压、频率，进行放电处理。本发明将低温等离子体技术与微气泡技术相结合，有效地降解污水中全氟辛酸，降解率可达80％，方法简单，操作简便，制作及运行费用较低，处理效果较好。
Description
技术领域
本发明涉及一种降解污水中全氟辛酸的处理方法和装置，具体的说是一种通过将高压脉冲等离子体放电技术与微气泡技术相结合，有效地去除水中全氟辛酸的方法及其装置，属于水处理技术领域。
背景技术
全氟化合物自研发成功以来，由于其具有良好的化学和热稳定性、表面活性及疏水疏油等特性，被广泛应用于灭火、润滑、清洁行业、表面活性剂生产行业、航空航天及电镀等领域。该类物质的大量使用，导致其以各种途径进入到环境中以及生物体内。全氟辛酸作为典型的全氟化合物之一，具有生殖毒性、发育毒性、肝脏毒性、神经毒性，及潜在的遗传和致癌性。
全氟辛酸结构中，碳原子上的氢全部被氟原子取代，碳原子与之结合形成稳定的C-F键，键能为483kJ/mol，而氟具有很高的电负性(-4.0)很难被氧化失去电子。因此，全氟辛酸的结构非常稳定，常规的生物、化学方法很难将其去除或矿化。目前，去除全氟辛酸的方法主要有物理法、生物法、光催化氧化法等。其中，物理法如吸附、膜分离等方法仅仅对全氟辛酸进行了转移，并不能彻底去除全氟辛酸，且容易产生二次污染；生物法降解周期较长，降解不彻底；而光催化氧化法则存在反应时间长、脱氟缓慢且降解效率不高等问题。
因此，寻求一种处理效果较好且成本较低的去除全氟辛酸的方法显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种降解污水中全氟辛酸的处理装置及其方法，可以有效地将低温等离子体脉冲放电技术和微气泡技术相结合，去除污水中的全氟辛酸。
为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：
一种降解污水中全氟辛酸的处理装置，其特征在于，包括反应器及微气泡发生器，反应器上设有反应器进水口、反应器出水口，微气泡发生器上设有微气泡出气口、微气泡进水口、微气泡出水口，反应器进水口与微气泡出水口连接，反应器出水口、微气泡进水口与水箱连通，反应器通过导线与高压脉冲电源连接，高压脉冲电源与电源控制器连接。
优选地，所述反应器包括顶部设有有机玻璃盖的有机玻璃容器，有机玻璃容器底部设有地电极，内部设有高压电极，高压电机从有机玻璃盖上的孔露出，地电极、高压电极分别通过导线一、导线二与高压脉冲电源连接。
更优选地，所述高压电极采用空心全牙螺管，其下端设有不锈钢盘，不锈钢盘上均匀分布六6根不锈钢针；高压电极的上端构成反应器进水口。
更优选地，所述地电极为厚度10mm、直径60mm的不锈钢盘；有机玻璃容器的内径为80mm，壁厚为5mm，高度为120mm；有机玻璃容器下部的反应器出水口距离反应器底部20mm，通过自然溢流的方式，使液位恒定在出水口附近。
更优选地，所述不锈钢针为10mL注射器针头。
本发明还提供了一种降解污水中全氟辛酸的处理方法，其特征在于，采用上述降解污水中全氟辛酸的处理装置，包括如下步骤：
步骤1)：将浓度为10mg-50mg/L的全氟辛酸待处理溶液置于水箱中，调节微气泡发生器上微气泡进气口的进气量为40mL/min，出水压力为0.4mPa，使微气泡出水口出水形成含大量微纳米气泡的气水混合物；
步骤2)：将形成气水混合物的待处理溶液由反应器进水口进入反应器中，调节电极尖端顶点与污水上表面距离，调节高压脉冲电源的电压、频率，进行放电处理。
优选地，所述步骤2)中电极尖端与污水上表面的距离为1-2mm。
优选地，所述步骤2)中放电处理的条件为：高压脉冲电源为30kV，频率为50Hz，放电处理150min。
本发明的技术原理如下：
在不锈钢盘中央插入钢管，并在圆盘上均匀分布6根不锈钢针，组合形成高压电极，另用一块不锈钢盘作为地电极，利用高压脉冲电源产生脉冲电压进行放电，放电过程中产生大量的活性物质，如羟基自由基(·OH)、氧自由基(·O)、氢自由基(·H)、臭氧(O3)、过氧化氢(H2O2)等，使在等离子通道内的有机物分子在自由基的作用下发生高级氧化而被降解。同时放电过程中还会产生紫外光、冲击波等，集合了化学氧化、光化学和电化学为一体，加强了作用效果。除此以外，利用微气泡发生器产生含大量微纳米气泡的气水混合物，增加了传质效率，使有机物分子在各物理化学过程和反应的共同作用下被充分降解。
本发明中的反应器可以将低温等离子体技术与微气泡技术相结合去除水中的全氟辛酸，且实验过程相对简单且处理效率较高。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明实验方法简单，操作简便，制作及运行费用较低，处理效果较好；
(2)本发明将低温等离子体技术与微气泡技术相结合，有效地降解污水中全氟辛酸，降解率可达80％；
(3)本发明在进行污水处理时，不需添加化学试剂，处理过程简单，无废弃物和二次污染；
(4)本发明可以实现污水的连续流处理，处理效果较好。
附图说明
图1为本发明提供的一种降解污水中全氟辛酸的处理装置的结构示意图；
图2是反应器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1-3采用图1、2所示的降解污水中全氟辛酸的处理装置，其包括带电源控制器1的高压脉冲电源2、反应器5及微气泡发生器11，反应器5上设有反应器进水口6、反应器出水口8，微气泡发生器11上设有微气泡进气口12、微气泡进水口10、微气泡出水口7，微气泡出水口7与反应器进水口6连接，反应器出水口8、微气泡进水口10和水箱9连通，反应器5与高压脉冲电源2连接。所述反应器5的具体结构为：包括一个有机玻璃容器5-4和一个配套的中心带孔的有机玻璃盖5-3，地电极5-2位于有机玻璃容器5-4底部；高压电极5-1通过有机玻璃盖5-3中心的孔伸入有机玻璃容器5-4中，高压电极5-1和地电极5-2分别通过导线二4、导线一3与高压脉冲电源2连接。高压电极5-1采用空心全牙螺管，空心全牙螺管的下端设有不锈钢盘5-1-1，不锈钢盘5-1-1上均匀分布六根不锈钢针5-1-2。地电极5-2为厚度为10mm，直径为60mm的不锈钢盘。高压电极5-1中的空心全牙螺管同时作为反应器进水口6，反应器出水口8距离反应器5的底部20mm。
将待处理废水置于水箱9中，经微气泡进水口10抽取，在微气泡发生器11中混合从微气泡进气口12抽取的空气，产生气水混合物，从微气泡出水口7进入反应器5中，调节高压脉冲电源2的电压和频率，待处理溶液经反应器5处理后，从反应器出水口8回流至水箱9进行循环。
实施例1
试验进水为实验室人工配制的全氟辛酸待处理溶液，将浓度为10mg/L的待处理全氟辛酸废水置于水箱9中，经微气泡发生器11产生气水混合物，调节微气泡发生器11进气量为40mL/min，溶液压强为0.4MPa；调节电源控制器1上的电压为30kV，频率为50Hz，处理150min，全氟辛酸降解率为85％。经过实践考察，发现整个系统运行良好。
实施例2
试验进水为实验室人工配制的全氟辛酸待处理溶液，将浓度为30mg/L的待处理全氟辛酸废水置于水箱9中，经微气泡发生器11产生气水混合物，调节微气泡发生器11进气量为40mL/min，溶液压强为0.4MPa；调节电源控制器1上的电压为30kV，频率为50Hz，处理150min，全氟辛酸降解率为84％。经过实践考察，发现整个系统运行良好。
实施例3
试验进水为实验室人工配制的全氟辛酸待处理溶液，将浓度为50mg/L的待处理全氟辛酸废水置于水箱9中，经微气泡发生器11产生气水混合物，调节微气泡发生器11进气量为40mL/min，溶液压强为0.4MPa；调节电源控制器1上的电压为30kV，频率为50Hz，处理150min，全氟辛酸降解率为73％。经过实践考察，发现整个系统运行良好。
Claims (7)
1.一种降解污水中全氟辛酸的处理方法，其特征在于，该处理方法应用的降解污水中全氟辛酸的处理装置包括反应器(5)及微气泡发生器(11)，反应器(5)上设有反应器进水口(6)、反应器出水口(8)，微气泡发生器(11)上设有微气泡出气口(12)、微气泡进水口(10)、微气泡出水口(7)，反应器进水口(6)与微气泡出水口(7)连接，反应器出水口(8)、微气泡进水口(10)与水箱(9)连通，反应器(5)通过导线与高压脉冲电源(2)连接，高压脉冲电源(2)与电源控制器(1)连接；
该处理方法包括如下步骤：
步骤1)：将浓度为10mg-50mg/L的全氟辛酸待处理溶液置于水箱(9)中，调节微气泡发生器(11)上微气泡进气口(12)的进气量为40mL/min，出水压力为0.4mPa，使微气泡出水口(7)出水形成含大量微纳米气泡的气水混合物；
步骤2)：将形成气水混合物的待处理溶液由反应器进水口(6)进入反应器(5)中，调节电极尖端顶点与污水上表面距离，调节高压脉冲电源(2)的电压、频率，进行放电处理。
2.如权利要求1所述的一种降解污水中全氟辛酸的处理方法，其特征在于，所述反应器(5)包括顶部设有有机玻璃盖(5-3)的有机玻璃容器(5-4)，有机玻璃容器(5-4)底部设有地电极(5-2)，内部设有高压电极(5-1)，高压电极 (5-1)从有机玻璃盖(5-3)上的孔露出，地电极(5-2)、高压电极(5-1)分别通过导线一(3)、导线二(4)与高压脉冲电源(2)连接。
3.如权利要求2所述的一种降解污水中全氟辛酸的处理方法，其特征在于，所述高压电极(5-1)采用空心全牙螺管，其下端设有不锈钢盘(5-1-1)，不锈钢盘(5-1-1)上均匀分布六6根不锈钢针(5-1-2)；高压电极(5-1)的上端构成反应器进水口(6)。
4.如权利要求2或3所述的一种降解污水中全氟辛酸的处理方法，其特征在于，所述地电极(5-2)为厚度10mm、直径60mm的不锈钢盘；有机玻璃容器(5-4)的内径为80mm，壁厚为5mm，高度为120mm；有机玻璃容器(5-4)下部的反应器出水口(8)距离反应器(5)底部20mm。
5.如权利要求3所述的一种降解污水中全氟辛酸的处理方法，其特征在于，所述不锈钢针(5-1-2)为10mL注射器针头。
6.如权利要求1所述的一种降解污水中全氟辛酸的处理方法，其特征在于，所述步骤2)中电极尖端与污水上表面的距离为1-2mm。
7.如权利要求6所述的一种降解污水中全氟辛酸的处理方法，其特征在于，所述步骤2)中放电处理的条件为：高压脉冲电源为30kV，频率为50Hz，放电处理150min。
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- 2017-11-23 CN CN201711180257.XA patent/CN107986379B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 利用低温等离子体技术处理水中难降解有机污染物的研究;李善;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20170315;摘要、第7-8页第1.2.4.2节，第11-14页第二章，第22-23、29-30页第3.1.3-3.3.3节 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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