CN109133275A - 一种降解水中二氯乙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二氯乙酸的处理方法及装置。所述装置包括用于放置待处理液的给水箱，用于使待处理液形成汽液两相流的微气泡生成器，用于给微气泡生成器提供气源的气瓶，用于进行放电反应的反应器及用于给反应器内的放电装置供电的高压电源。处理方法为：将含有二氯乙酸的待处理液置于给水箱中，待处理溶液进入微气泡生成器中后，调节微气泡生成器，使待处理液形成含有大量微纳米气泡的气液两相流；形成气液两相流的待处理液进入反应器，调节高压电源对其进行放电处理。本发明将低温等离子体技术与微气泡技术相结合，提升了等离子体活性粒子在液体中的传质效率，有效降解污水中的二氯乙酸，方法简单，操作简便，处理效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种降解水中二氯乙酸的处理方法及装置，具体涉及一种将高压等离子体放电技术与微气泡技术相结合有效的去除水中的二氯乙酸的方法及装置，属于水处理领域。
背景技术
消毒副产物是指饮水消毒过程中饮水消毒剂与水中有机物反应产生的一系列副产物。消毒副产物普遍存在于现在的饮用水中，目前常见的消毒副产物为三卤甲烷与卤乙酸两类物质。近些年来的研究表明，卤乙酸类物质具有更高的生物毒性，而二氯乙酸作为典型的卤乙酸类物质被发现其致癌风险为三卤甲烷的50倍，不仅如此，它还具有急性毒性、刺激性、致突变型、致畸性、致癌性等。除了作为消毒副产物排进入给水系统中以外，二氯乙酸更是广泛应用于工业合成中，其常做用作有机合成中间体，用于制二氯乙酸甲酯(氯霉素中间体)和医药尿囊素及阳离子染料等。
在生活饮用水标准(GB 5749-2006)中规定的二氯乙酸浓度仅为50μg/L，除此之外，在2017年世界卫生组织国际癌症研究机构公布的《致癌物清单初步整理参考》中，二氯乙酸属于2B类致癌物清单中。目前，常用于降解二氯乙酸的研究方法有臭氧法、光催化法、紫外/双氧水联通等。其中，光催化法通常存在反应时间长且去除效率低等问题，而紫外/双氧水法虽然可以暂时去除二氯乙酸，但是二氯乙酸经过一段时间后还会再度形成，并不能长久的解决问题。
因此，寻求一种效果良好且成本较低的去除二氯乙酸的方式显得十分重要。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种污水中二氯乙酸的处理装置及其方法，可以有效地将低温等离子体放电技术与微气泡技术相结合，去除污水中的二氯乙酸。
为了解决上述问题，本发明提供以下技术方案：
一种降解污水中二氯乙酸的处理装置，其特征在于，包括：
用于放置待处理液的给水箱；
用于使待处理液形成汽液两相流的微气泡生成器；
用于给微气泡生成器提供气源的气瓶；
用于进行放电反应的反应器；
用于给反应器内的放电装置供电的高压电源。
优选地，所述反应器上设有反应器出水口、反应器进水口，微气泡生成器上设有微气泡生成器进水口、微气泡生成器进气口、微气泡生成器出水口，反应器出水口通过管路一与给水箱连通，微气泡生成器进水口通过管路二与给水箱连通，微气泡生成器进气口通过管路三与气瓶连接，微气泡生成器出水口通过管路四与反应器进水口连通。
更优选地，所述放电装置包括设于反应器内的地极及高压电极，地极、高压电极分别通过导线一、导线二与高压电源连接。
进一步地，所述反应器为带有机玻璃顶盖的有机玻璃容器，高压电极、地极从有机玻璃顶盖的顶部露出，高压电极的露出孔同为反应器进水口。
更进一步地，所述有机玻璃容器的内径为120mm，壁厚为5mm，高度为120mm；反应器出水口的高度为距离有机玻璃容器底部35mm处。
优选地，所述高压电极采用空心全牙螺管，其下端设有中心角为100°且为扇形结构的不锈钢盘，不锈钢盘下方均布有6根不锈钢针；所述地极采用直径为0.2mm的铂丝电极。
更优选地，所述不锈钢针采用规格为25mL的注射器针头。
本发明还提供了一种降解污水中二氯乙酸的处理方法，其特征在于，采用上述降解污水中二氯乙酸的处理装置，包括如下步骤：
步骤1)：将含有二氯乙酸的待处理液置于给水箱中，待处理溶液进入微气泡生成器中后，调节微气泡生成器，使待处理液形成含有大量微纳米气泡的气液两相流；
步骤2)：形成气液两相流的待处理液进入反应器，调节高压电源的电压、电流对其进行放电处理。
优选地，所述步骤1)中待处理液的质量浓度为0.05-0.6mg/L。
优选地，所述步骤2)中待处理液进入反应器的气体流速为0-60mL/min，放电装置的放电功率为0-30W。
本发明的技术原理如下：
在扇形不锈钢盘中央插入钢管，并在圆盘上均匀分布六根不锈钢针，组合形成高压电极，另外用一根铂丝作为负极，利用高压电源在两端相连，在液面与电极间形成放电，放电过程中会形成大量活性粒子，如羟基自由基(·OH)、过氧化氢(H2O2)、臭氧(O3)、氧自由基(·O)、过氧亚硝酸(ONOO-)等，使有机物通过活性粒子的氧化从而得到降解。除此之外，低温等离子体技术还可以产生紫外光，集化学氧化、光化学、电化学于一体，加强作用效果。除此之外，由于液体中的等离子体放电传质效率低下，微气泡的引入有助于传质问题，微纳米气泡的气液传质系数比毫米气泡条件下提高了10倍，大幅度提高了该系统的气液传质效率。
与现有的技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明试验方法简单、操作简便、制作费用较低；
(2)本发明处理效率高，通过将低温等离子技术与微气泡技术结合强化了液相中的活性物质的传质过程，从而节约能耗，其处理效果良好，可以达到75％；
(3)环境友好，本发明在进行污水处理时，不需要添加任何化学试剂，无废弃物与二次污染；
(4)本发明可以实现连续流处理，效果稳定；
(5)微气泡产生器产生的微气泡直径一般小于50μm，除此之外，微气泡缩小溃灭的瞬间也会产生局部高温高压而产生大量自由基；
附图说明
图1为本发明提供的降解污水中二氯乙酸的处理装置的结构示意图；
图2为反应器的结构示意图；
图3为电源功率为0-30W时对污水中初始浓度为0.4mg/L二氯乙酸在0-120min的去除率图；
图4为气体流速为0-60mL/min时对污水中初始浓度为0.4mg/L二氯乙酸在0-120min的去除率图；
图5为二氯乙酸污水的质量浓度为0.05-0.6mg/L在0-120min的去除率图。
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所示的降解污水中二氯乙酸的处理装置，其包括高压电源12、反应器1及微气泡生成器9。所述反应器1上设有反应器出水口、反应器进水口，微气泡生成器9上设有微气泡生成器进水口、微气泡生成器进气口、微气泡生成器出水口，反应器出水口通过管路一4与给水箱5连通，微气泡生成器进水口通过管路二6与给水箱5连通，微气泡生成器进气口通过管路三8与气瓶7连接，微气泡生成器出水口通过管路四10与反应器进水口连通。
所述放电装置包括设于反应器1内的地极2及高压电极3，地极2、高压电极3分别通过导线一11、导线二13与高压电源12连接。
所述反应器1为带有机玻璃顶盖1-1的有机玻璃容器1-2，高压电极3、地极2从有机玻璃顶盖1-1的顶部露出，高压电极3的露出孔同为反应器进水口。有机玻璃容器1-2的内径为120mm，壁厚为5mm，高度为120mm；反应器出水口的高度为距离有机玻璃容器1-2底部35mm处。高压电极3采用空心全牙螺管，其下端设有中心角为100°且为扇形结构的不锈钢盘3-1，不锈钢盘3-1下方均布有6根不锈钢针3-2；不锈钢针3-2采用规格为25mL的注射器针头。地极3采用直径为0.2mm的铂丝电极。
实施例1
实验室进水为人工配制的二氯乙酸待处理溶液，配置0.4mg/L的待处理二氯乙酸废水置于给水箱5中，经过微气泡生成器9产生气液两相流，调节微气泡生成器进气量为30mL/min，溶液压强为0.4MP，在放电功率为0-30W的条件下分别放电120min。不同放电功率条件下，不同时间内二氯乙酸的去除率见图3。在放电功率为16.74W条件下，反应120min，二氯乙酸去除率到达76％。经过实践考察，发现整个系统运行良好。
实施例2
实验室进水为人工配制的二氯乙酸待处理溶液，配置0.4mg/L的待处理二氯乙酸废水置于给水箱5中，经过微气泡生成器9产生气液两相流，调节溶液压强为0.4MPa，放电功率为16.74W，在微气泡生成器进气量为0-60mL/min条件下分别放电120min。不同微气泡生成器进气量下，不同时间内二氯乙酸的去除率见图4。在微气泡生成器进气量为30mL/min的条件下，反应120min，二氯乙酸去除率到达76％。经过实践考察，发现整个系统运行良好。
实施例3
实验室进水为人工配制的二氯乙酸待处理溶液，配置0.05-0.6mg/L的待处理二氯乙酸废水置于给水箱5中，经过微气泡生成器9产生气液两相流，调节微气泡生成器进气量为30mL/min，溶液压强为0.4MPa，放电功率为16.74W的条件下进行放电，不同时间内二氯乙酸的去除率见图5。不同条件下，二氯乙酸的去除率均可达到60％，经过实践考察，发现整个系统运行良好。
Claims (10)
1.一种降解污水中二氯乙酸的处理装置，其特征在于，包括：
用于放置待处理液的给水箱(5)；
用于使待处理液形成汽液两相流的微气泡生成器(9)；
用于给微气泡生成器(9)提供气源的气瓶(7)；
用于进行放电反应的反应器(1)；
用于给反应器(1)内的放电装置供电的高压电源(12)。
2.如权利要求1所述的降解污水中二氯乙酸的处理装置，其特征在于，所述反应器(1)上设有反应器出水口、反应器进水口，微气泡生成器(9)上设有微气泡生成器进水口、微气泡生成器进气口、微气泡生成器出水口，反应器出水口通过管路一(4)与给水箱(5)连通，微气泡生成器进水口通过管路二(6)与给水箱(5)连通，微气泡生成器进气口通过管路三(8)与气瓶(7)连接，微气泡生成器出水口通过管路四(10)与反应器进水口连通。
3.如权利要求2所述的降解污水中二氯乙酸的处理装置，其特征在于，所述放电装置包括设于反应器(1)内的地极(2)及高压电极(3)，地极(2)、高压电极(3)分别通过导线一(11)、导线二(13)与高压电源(12)连接。
4.如权利要求3所述的降解污水中二氯乙酸的处理装置，其特征在于，所述反应器(1)为带有机玻璃顶盖(1-1)的有机玻璃容器(1-2)，高压电极(3)、地极(2)从有机玻璃顶盖(1-1)的顶部露出，高压电极(3)的露出孔同为反应器进水口。
5.如权利要求4所述的降解污水中二氯乙酸的处理装置，其特征在于，所述有机玻璃容器(1-2)的内径为120mm，壁厚为5mm，高度为120mm；反应器出水口的高度为距离有机玻璃容器(1-2)底部35mm处。
6.如权利要求1所述的降解污水中二氯乙酸的处理装置，其特征在于，所述高压电极(3)采用空心全牙螺管，其下端设有中心角为100°且为扇形结构的不锈钢盘(3-1)，不锈钢盘(3-1)下方均布有6根不锈钢针(3-2)；所述地极(3)采用直径为0.2mm的铂丝电极。
7.如权利要求6所述的降解污水中二氯乙酸的处理装置，其特征在于，所述不锈钢针(3-2)采用规格为25mL的注射器针头。
8.一种降解污水中二氯乙酸的处理方法，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述的降解污水中二氯乙酸的处理装置，包括如下步骤：
步骤1)：将含有二氯乙酸的待处理液置于给水箱(5)中，待处理溶液进入微气泡生成器(9)中后，调节微气泡生成器(9)，使待处理液形成含有大量微纳米气泡的气液两相流；
步骤2)：形成气液两相流的待处理液进入反应器(1)，调节高压电源(12)的电压、电流对其进行放电处理。
9.如权利要求8所述的降解污水中二氯乙酸的处理方法，其特征在于，所述步骤1)中待处理液的质量浓度为0.05-0.6mg/L。
10.如权利要求8所述的降解污水中二氯乙酸的处理方法，其特征在于，所述步骤2)中待处理液进入反应器(1)的气体流速为0-60mL/min，放电装置的放电功率为0-30W。
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