CN110844975A - 一种基于等离子体的水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于等离子体的水处理方法，包括污水存放反应器、高压电源和高压电极，正负电极分设在第一和第二石英管，石英管内外表面涂有不同的光催化剂，协同增效提高等离子活性粒子的传质效率和自由基产率，抑制副反应的发生，在污水存放反应器底部增设袋式过滤器，可以有效截住水中的杂质，减少杂质对等离子体系的影响，提高出水水质。

Description

一种基于等离子体的水处理方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别是一种基于等离子体的水处理方法。

背景技术

随着我国社会经济的发展和社会工业的进步以及人口的日益增长，生活污水和工业废水的排放量增加且有相当一部分非达标外排，导致水资源匮乏的我国面临更严峻的问题，已经由水资源短缺和严重水污染带来的一系列社会经济问题。

因此，如何有效的处理这些生活污水和工业污水成为成为当今社会研究的热点。难降解的有机废水中因含有大量不能被微生物分解或者分解耗时长不彻底，难以被传统的物理、化学和生物处理工艺技术处理。

低温等离子体技术是一种新型的水处理高级氧化技术，它兼具自由基氧化、高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光解和热解等多种效应于一体，能有效去除废水中的各种污染物，尤其是难降解有机污染物，具有常温常压下可操作、处理范围广、处理效率高和无二次污染等优点，它是在特定反应器中，通过正负电极将能量注入从而引发复杂的物理、化学过程，产生大具有很强氧化降解能力的活性物质如过氧化氢、臭氧、羟基等，微波辐射以及热解等物理化学现象，且同时在放电过程中产生紫外微波辐射以及热效应加速降解的反应进程。因此，低温等离子体技术水体处理是当今学者研究的重点课题。

公开号为CN 102838192 B的中国专利公开了一种基于等离子体的水处理的方法，包括用于存储和处理污水的反应器、高压电源和高压电极，利用高压电源产生交流高压后，通过高压电极直接对污水负载进行放电，放电产生高温高压的等离子体；该等离子体含有大量的离子以及OH自由基粒子，使在等离子体通道内的有机物分子被高温完全热解或在自由基的作用下发生高级氧化而化学降解。

公开号为CN 105314705 B的中国专利公开了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，在等离子体装置的导流罩面对面对高压电极一侧负载纳米TiO2光催化材料，并同时使用装有臭氧催化剂的填料床协同处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、设备简单的基于等离子体水处理的方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于等离子体的水处理方法，包括污水存放反应器、高压电源和高压电极，所述高压电级包括正极电极和接地电级，所述正极电极和接地电极分别固定在污水存放处理器的上下部，所述两个电极与高压电源电线连接，包括以下步骤：

S1、在污水存放反应器中放入待处理的污水，所述污水存放处理器上端一侧设置污水出口；

S2、正极电极套设在第一石英管内，所述第一石英管包括第一圆柱和套设在第一圆柱内的第二圆柱，第一圆柱和第二圆柱通过多个不连续的加强筋连接，加强筋平行圆柱轴线方向上设有通孔，所述第一石英管外壁和内腔下半圆部分负载第一光催化剂，所述第一石英管内腔上半圆部分负载第二光催化剂，所述石英管上下端还设置有一对角对称的带吹嘴的上下曝气管，所述曝气管底部面向加强筋；

S3、负极电极套设在第二石英管内，所述第二石英管两端与弯头管螺接，所述第二石英管负载第一催化剂；

S4、通入气体，开启电源，进行等离子体处理。

进一步地，所述上曝气管设置在近污水出口端。

进一步地，所述污水存放反应器底部设有袋式过滤器。

进一步地，第一光催化剂为TiO2。

进一步地，第二光催化剂为TiO2-Ag、TiO2-Cu、TiO2-Co中的一种或几种。

进一步地，所述污水存放反应器靠近污水出口的一侧设置挡板。

进一步地，所述挡板左侧负载有第一催化剂。

进一步地，正极电极设置两个以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明以曝气和等离子以及两种催化剂技术结合，单正极电极等离子的处理效率高，可充分降解水中有机物质，成本低，响应时间快，节能减排。

2、将催化剂引入了等离子体反应体系中，通过等离子体和催化剂耦合协同作用，能控制有害副产物的形成，提高等离子体的能量效率，提升了污染物去除效率，第一催化剂和第二催化剂的种类不同，可以协同增效提高对不同污染物的去除效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为等离子体水处理装置的结构示意图；

图2为第一石英管的侧面示意图；

图3为曝气管的正面示意图。

图中附图标记：污水存反应器1、高压电源2、正极电极3、接地电级4、第一石英管5、曝气管6、第二石英管7、弯头管8、袋式过滤器9、挡板10、污水出口11；第一圆柱51、第二圆柱52、加强筋53、通孔54。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于等离子体的水处理方法，如图1所示，包括污水存放反应器1、高压电源2和高压电极，所述高压电级包括正极电极3和接地电级4，所述正极电极3和接地电极4分别固定在污水存放处理器的上下部，所述两个电极与高压电源2电线连接，包括以下步骤：

S1、在污水存放反应器中放入待处理的污水，所述污水存放处理器上端一侧设置污水出口11；

S2、正极电极3套设在第一石英管5内，所述第一石英管5包括第一圆柱51和套设在第一圆柱51内的第二圆柱52，第一圆柱51和第二圆柱52通过多个不连续的加强筋53连接，加强筋53平行圆柱轴线方向上设有通孔54，所述第一石英管5外壁和内腔下半圆部分负载第一光催化剂，所述第一石英管5内腔上半圆部分负载第二光催化剂，所述石英管上下端还设置有一对角对称的带吹嘴的上下曝气管6，所述曝气管6底部面向加强筋53；

S3、负极电极套设在第二石英管7内，所述第二石英管7两端与弯头管8螺接，所述第二石英管7负载第一催化剂；

S4、通入气体，开启电源，进行等离子体处理。

电压采用等离子常用20～60KV的交流高压后，曝气管通入曝气量一般采用20-80ml/s，曝气气体可以采用氧气、空气、氩气、臭氧等的放电气体，这些工作气体由于性质不同，放电产生的活性粒子种类也不相同可以根据处理污水的中有机物的种类来选择这些放电气体，等离子体可以在常温气液体混合相态下轻易地破坏污染的分子化学键，并将气体污染物转化为包括CO2、CO、H2O及副产物。但单一等离子体具有能量效率差及副产物有害的缺点。将催化剂引入了等离子体反应体系中，通过等离子体和催化剂耦合协同作用，能控制有害副产物的形成，提高等离子体的能量效率，提升了污染物去除效率，第一催化剂和第二催化剂的种类不同，可以协同增效提高对不同污染物的去除效果。

上曝气管6设置在近污水出口11端，这样气体的流出方向背离污水出口，气体在等离子体装置的留存时间更长，减少了气体损耗；上下曝气管以对角线排列，使得曝气气体在体系中形成一个对流，起到搅拌作用，增加有机废水与正极电极接触更充分，提高去除效率。由于加强筋的存在，曝气气体只能从通孔54中通过，增加了气体气压，进一步的提高等离子体产生的活性粒子的传质效率和自由基产率。

污水存放反应器底部设有袋式过滤器9，污水中较重的杂质由于重力的存在，向下沉降，落到第二石英管上，顺着第二石英管的弯管被袋式过滤器捕获，减少其影响等离子反应的进程，并提高出水水质。

第一光催化剂为TiO2，第二光催化剂为TiO2-Ag、TiO2-Cu、TiO2-Co中的一种或几种，第二光催化剂的提高等离子体活性粒子的产量和能力高于第二催化剂，并且可以由脱色效果，但是其价格昂贵，选用两种催化剂形成催化剂体系，不同光催化剂可以发挥各自不同的作用效果好于实用单一光催化剂，另外降低了生产成本。这些光催化剂可以通过现有技术中的以冷柜喷涂法、静电喷涂法、热喷涂法或等离子体喷涂法附着在石英管的表面。

所述污水存放反应器靠近污水出口11的一侧设置挡板10，设置挡板的目的在于增加了废水在存放反应器的停留时间。挡板10左侧负载有第一催化剂。

正极电极3设置两个以上，在污水体不同部位设置多个正极电极，可以提高反应速率，加快反应进程。

实施例1-6和对比例为单个正极电极，挡板上负载TiO2，实施例7为两个正极电极。

在大气压条件下，向反应器中注入苯酚废水，苯酚浓度500mg/l作为待处理溶液，放电间隙为10mm，放电频率为15kHz，峰值电压为40kV。在不同的放电时间时，不同曝气气体以及不同第一第二催化剂，曝气量为80ml/s，废水中苯酚的出水浓度和TOC的去除率如下表所示。

下表为不同放电时间、曝气量以及不同催化剂中下废水中苯酚的苯酚的出水浓度和TOC的去除率:

通过上表可以看出，本发明以曝气和等离子以及两种催化剂技术结合，单正极电极等离子的处理效率高，可充分降解水中有机物质，成本低，响应时间快，节能减排。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于等离子体的水处理方法，包括污水存放反应器、高压电源和高压电极，所述高压电级包括正极电极和接地电级 ，所述正极电极和接地电极分别固定在污水存放处理器的上下部，所述两个电极与高压电源电线连接，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在污水存放反应器中放入待处理的污水，所述污水存放处理器上端一侧设置污水出口；

S2、正极电极套设在第一石英管内，所述第一石英管包括第一圆柱和套设在第一圆柱内的第二圆柱，第一圆柱和第二圆柱通过多个不连续的加强筋连接，加强筋平行圆柱轴线方向上设有通孔，所述第一石英管外壁和内腔下半圆部分负载第一光催化剂，所述第一石英管内腔上半圆部分负载第二光催化剂，所述石英管上下端还设置有一对角对称的带吹嘴的上下曝气管，所述曝气管底部面向加强筋；

S3、负极电极套设在第二石英管内，所述第二石英管两端与弯头管螺接，所述第二石英管负载第一催化剂；

S4、通入气体，开启电源，进行等离子体处理。

2.根据权利要求1所述的基于等离子体的水处理方法，其特征在于，所述上曝气管设置在近污水出口端。

3.根据权利要求1所述的基于等离子体的水处理方法，其特征在于，所述污水存放反应器底部设有袋式过滤器。

4.根据权利要求1所述的基于等离子体的水处理方法，其特征在于，第一光催化剂为TiO2。

5.根据权利要求1所述的基于等离子体的水处理方法，其特征在于，第二光催化剂为TiO2-Ag、TiO2-Cu、TiO2- Co中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的基于等离子体的水处理方法，其特征在于,所述污水存放反应器靠近污水出口的一侧设置挡板。

7.根据权利要求1所述的基于等离子体的水处理方法，其特征在于，所述挡板左侧负载有第一催化剂。

8.根据权利要求1所述的基于等离子体的水处理方法，其特征在于，正极电极设置两个以上。

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