CN114349027A

CN114349027A - 一种低温等离子体去除工业废盐中有机物的方法和装置

Info

Publication number: CN114349027A
Application number: CN202011097769.1A
Authority: CN
Inventors: 王小平; 龚云姜
Original assignee: Chongqing Technology and Business University
Current assignee: Chongqing Technology and Business University
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2022-04-15

Abstract

一种低温等离子体去除工业废盐中有机物的方法和装置。本发明公开了一种低温等离子体去除工业废盐中有机物的方法和装置，涉及工业废盐的处理和资源化利用领域。该方法首先对工业废盐进行一定的预处理，为后续的等离子体处理提供更好的条件；接着将预处理后的工业废盐装入低温等离子体装置中，利用在高压电场中气体放电产生的活性物质，降解和去除工业废盐中的有机物。所述装置主要由高压电极（2）、介质（3）、腔体（4）、介质（5）、低压电极（6）、底板（7）、进气管（8）和腔体（9）组成。本发明具有工艺流程简单、成本低、环境友好和操作方便等优点。

Description

一种低温等离子体去除工业废盐中有机物的方法和装置

技术领域

本发明涉及工业废盐处理和资源化领域，具体为一种低温等离子体去除工业废盐中有机物的方法和装置。

背景技术

工业废盐主要产生于农药生产、药物合成、印染行业等工业生产过程以及固液分离、废液浓缩结晶等工艺过程，其中农药生产排放约占30%、精细化工占10%、医药占10%、其他占45%。工业废盐具有成分复杂、来源众多、环境危害大、处理难度高等特点，如何对工业废盐进行彻底的无害化的处理和资源化的利用已经成为一个亟待解决的问题。目前对于工业废盐的处理技术现在主要有：热处理技术、高级氧化技术、盐洗技术、制碱法、填埋和排海技术。热处理技术应用较多，但是热处理技术不能完全去除工业废盐中的有机物，对工业废盐的进一步资源化利用还需要对其进一步的处理；高级氧化技术是将工业废盐溶于水中形成高盐的有机废水，通过高级氧化技术将废水中的有机物去除，然后浓缩蒸干得到较为纯净的盐，但通常工艺流程复杂、能耗较大。对于工业盐的精制，目前应用较多的技术是重结晶，通过重结晶的方式将氯化钠和其他杂质分离，从而提高盐的纯度。

低温等离子体被称为气、液、固三态外的第四种物质形态，根据分类可分为高温等离子体和低温等离子体。低温等离子体是在高压电场中，气体发生电子雪崩放电产生高能电子、自由基等活性离子，高能电子和气体分子发生非弹性碰撞，使气体分子激发、电离、解离，总体上呈电中性，生成强氧化性活性物质，同时伴有热辐射、紫外光、冲击波等协同作用，将有机物分子降解和去除。低温等离子体具有运行费用低，可在常温常压下进行，处理效率高，系统结构简单等优点。低温等离子体近些年开始被应用到环境治理方面，目前有低温等离子体用于处理废气和废气、土壤修复方面的报道和文献。低温等离子体根据放电方式分类可以分为：脉冲电晕、辉光放电、射频放电、滑动弧放电以及介质阻挡放电。

目前几乎没有关于利用低温等离子体处理工业废盐中有机物的文献和报道。对有机物含量较高的工业废盐，经过焚烧和热解处理后的废盐中仍然可能含有部分的可燃烧成分，未去除的有机物会影响工业废盐的资源化利用。传统工业废盐的精制是将其溶解于水中，然后通过浓缩、重结晶将盐进一步的提纯，得到更好纯度的盐。对有机物含量较高的工业废盐的无害化处理和对工业废盐的精制，传统的工艺技术和设备很难一步处理达到要求，通常需要两个或以上的技术和设备联合处理；此外，传统工艺还有处理周期长、能源消耗高等缺点，所以有待研发更加高效、稳定、简洁的处理技术用于去除工业盐中的有机物等杂质。

发明内容

针对工业废盐中有机物现有处理技术的不足，本发明提供了一种利用低温等离子体去除工业废盐中的有机物的方法和装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。一种低温等离子体去除工业废盐种有机物的方法，包括以下步骤：

（1）对工业废盐进行一定的预处理。

由于不同工业废盐中有机物的种类、含水率和有机物含量等不同，从而不同工业废盐的理化性质存在着一定的差异，为了使低温等离子体装置能更好的去除工业废盐中的有机物和能处理更多种类的工业废盐，根据不同工业废盐的理化性质和低温等离子体装置的放电特性，可以对工业废盐进行一定的预处理。预处理主要是为后续的低温等离子体处理提供更好的条件，使得后面的低温等离子体装置能更高效、稳定和有效的去除工业废盐中的有机物。

预处理方式有：热处理，对工业废盐进行热处理，一是可以调节工业废盐的含水率和改变工业废盐的理化性质，其次对有机物含量较高的工业废盐热处理进行热处理可以改变有机物含量和性质，更有利于后续等温等离子体的处理；氧化处理，对有机物含量高的工业废盐可以对其进行一定的氧化处理，比如：芬顿氧化、臭氧氧化等，可以降低有机物含量或者使有机物得到部分降解，从而使低温等离子体能更高效的去除工业废盐中的有机物；通过调节和改变工业废盐的含水率、粒径的大小、PH和有机物浓度等参数，一方面可以促进活性物质的生成，零一方面可以提高活性物质与有机物接触的几率，使得低温等离子体装置能更高效、稳定的去除工业废盐中的有机物。

不同的处理装置和不同工业废盐的理化性质存在差异，从而预处方法、方式存在一定的差异，根据工业废盐和低温等离子体装置的具体情况，使用一种或多种方式进行预处理。

（2）将预处理后的工业废盐放入介质阻挡装置进行处理。

介质阻挡放电去除工业废盐中有机物的主要原理为：高压电场中，气体放电产生高能电子、·OH、·O、·ON、O₃等活性物质，活性物质与工业废盐中的有机物接触发生氧化反应，同时伴有电子轰击、紫外辐射、热辐射等协同作用，从而将工业废盐中的有机物降解和去除。

工业废盐具有适当的含水率更有利于去除工业废盐中的有机物，最佳含水率一般在5%~20%之间，含水率过高反而不利于去除工业废盐中有机物的去除。在放电处理过程中，温度逐渐升高和放电作用会使得工业废盐中得水挥发和消耗，从而工业废盐的含水率会发生变化。随着工业废盐得含水率的变化，装置的最佳放电频率也会随之改变，随着放电时间的延长，最佳放电频率逐渐升高最后至稳定，根据实际情况可以通过调节电源频率或其他运行参数来达到较好的放电条件。通入气体，一方面可以有助于活性物质的生成和对装置具有一定的冷却作用，另一方面可以提高活性物质与有机物质的接触机率，从而提高工业废盐中有机物的去除效率。工业废盐中不同的有机物可能在不同的PH条件下去除效果存在差异，需要根据工业废盐的具体情况具体处理。工业废盐的颗粒粒径主要是通过影响活性物质与有机物的接触来影响有机物的去除，在一定程度范围内，随着颗粒粒径的减小可以增加工业废盐的比较面积从而活性物质有机物的接触进而提高有机物的去除率。

在放电区域固定或加入催化剂（如TiO₂等），一方面可以提高活性物质的产量，促进有机物的去除和提高有机物的去除效率；另一方面可以缩短处理时间、降低放电过程中的能耗、节约成本。

一种介质阻挡去除工业废盐种有机物的装置，该装置由高压电极（2）、介质（3）、腔体（4）、介质（5）、低压电极（6）、底板（7）、进气管（8）和腔体（9）组成。

所述介质（3）和介质（5）可以为石英玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯等绝缘介质，组成双介质阻挡放电装置。低压电极（6）为小于400目的金属网。通过去除介质（3），或者去除介质（5），改低压电极（6）为金属筒，从而使该装置为单介质阻挡放电装置。

所述底板（7）可以为石英砂芯、二氧化硅砂芯、爆气盘等绝缘通气盘，也可以为含孔道的绝缘介质，如石英玻璃片、陶瓷等。介质（7）一方面是承受工业废盐的重力；另一方面是使通入的气体从腔体（9）进入腔体（4）中。

通入气体可以为空气、氮气、氧气或者混合气体，其中空气的成本是最低的。通气的目的：一是可以促进放电区域气体的更新、促进活性物质的生成，可以对装置其一定的冷却作用；其次可以对腔体(4)中的工业废盐起一定的搅拌作用，促进活性物质于工业废盐中有机物的接触，防治工业废盐的板结。

本发明的效益：

（1）工艺流程简单。该工艺主要由高压电源、低温等离子体装置和通气设备组成。装置的维护、修理方便，能在常温常压下运行。

（2）成本低。使用的能源为电能，通入气体为空气和水，其他物能源和材料消耗。

（3）环境友好。该方法和装置既可以对还有机物的工业废盐进行无害化处理，也可以实现对其的资源化利用。

（4）可调性强。可以灵活调节放电功率、处理量、通气速率等运行参数，可随工业废盐条件的改变而改变，根据实际情况改变工况达到最佳运行条件。

（5）适应性强。本发明可以对农药、医疗等产生的绝大多数的工业废盐进行处理。

附图说明：

图1 为本发明的结构示意图

1、导线，2、高压电极，3、介质，4、腔体，5、介质，6、低压电极，7、底板，8、进气管，9、腔体，10、导线

具体实施方式：

本发明提供一种低温等离子体去除工业废盐中有机物的方法，包括以下步骤：

（1）将工业废盐进行预处理。由于工业废盐中有机物的种类和含量的不同和工业废盐的理化性质的不同，根据实际情况可以对工业废盐进行一定的预处理。

预处理包括：热处理，对有机物含量高或者含水率较高的工业废盐，可以将工业废盐在60℃~900℃的范围内进行热处理，用于调节工业废盐的含水率和改变工业废盐的理化性质；氧化处理，对有机物含量高的工业废盐可以先进行芬顿氧化、臭氧氧化等处理，改变有机物含量或者使有机物得到一定降解；调节和改变工业废盐的含水率，工业废盐具有一定的含水率有利于有机物的去除，但含水率过高会降低有机物的去除效率；粒径的大小、pH和有机物浓度等都会在一定程度影响工业废盐中有机物的去除。

预处理主要是为后续的低温等离子体处理提供更好的条件，使得后面的低温等离子体装置能更高效、稳定和有效的去除工业废盐中的有机物。

（2）将工业废盐放进介质阻挡放电装置中进行处理。将预处理后的工业废盐放入装置的腔体（4）中，高压电极（2）通过导线（1）与高压电源的正极相连接，低压电极（6）通过导线（10）以电源负极相连接，进气管（8）与供气装置连接向装置内通气。

在高压电场中，气体放电产生的活性物质与工业废盐中的有机物接触、发生氧化反应，从而将工业废盐中的有机物降解和去除。通入放入气体一方面可以促进活性物质的生成和对装置有一定的降温作用，另一方面可以对腔体（4）中的工业废盐具有一定的搅动作用，从而增加有机物与活性物质接触的概率和提高活性物质的利用率。

对于不同的工业废盐和低温等离子体装置，可以调节或改变通入气体的种类、湿度和速度，放电区域的压力等参数来促进活性物质的生产和提高活性物质与有机物的接触；也可以改变放电的电压、频率来使装置达到一个更好的放电效果从而提高有机物的去除效率。在装置方面：可以通过改变装置结构、材质、电极形状和材料等来使装置达到一个更好的放电效果、促进活性物质的生成，从而更好的去除工业废盐中的有机物。

通过在放电区域加入催化剂（例如：TiO₂等）可以促进活性物质的生成，一方面有助于提高工业废盐中有机物的去除率，另一方面降低处理过程中的能量消耗。

实施例：

(1) 对工业废盐进行热处理。将含有机物的工业废盐放入马弗炉中进行热处理，配置成含盐量为10%的水溶液，测定预处理后工业废盐中TOC 、TC、IC。不同目标温度下热处理后工业废盐的各值见表1.

表1. 热处理后的检测值

温度（℃）	350	400	500	600	700
						TC（mg/L）	15.460	9.594	5.950	4.321	3.281
IC（mg/L）	5.797	5.701	3.949	2.665	2.037
						TOC（mg/L）	9.667	3.893	2.001	1.656	1.245

(2) 将热处理后的工业废盐通过介质阻挡放电处理，在相同条件下放电10分钟。放电处理后工业废盐的各值见表2.

表2. 放电处理前后的检测值

(3)一种工业废盐用去离子水调节其含水率为10%，另一组用PH为9水溶液调节其含水率为10%，然后分别放入设备中放电处理10分钟，处理后TOC、TC、IC含量见表3.

表3. 在一定含水率、碱度放电处理后的检测值

条件	350+无放电	350+放电	350+水+放电	350+水（PH=9)+放电
					TC	15.460	9.840	9.550	9.170
IC	5.797	4.596	4.596	3.987
					TOC	9.667	5.244	4.954	5.183

Claims

1.一种低温等离子去除工业废盐中的有机物方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）首先对工业废盐进行一定的预处理。预处理可以为热处理，氧化处理，调节或改变工业废盐的含水率、PH、颗粒粒径和有机物含量等，为后续的低温等离子体处理提供更好的条件。

（2）将预处理后的工业废盐放入低温等离子体装置进行处理。在高压电场中，气体放电产生活性物质，同时伴随着热辐射、紫外辐射和冲击波等协同作用，从而将工业废盐中的有机物降解和去除。

2.根据权利要求1所述的一种低温等离子去除工业废盐中的有机物方法，其特征在于：热处理可以调节工业废盐的含水率和改变工业废盐的理化性质；氧化处理主要是对有机物浓度含量较高的工业废盐进行预处理，降低有机物含量或者使有机物得到部分的降解。

3.根据权利要求1所述的一种低温等离子去除工业废盐中的有机物方法，其特征在于：工业废盐的最佳含水率通常5%~20%之间，含水率过高反而不利于工业废盐中有机物的去除。

4.根据权利要求1所述的一种低温等离子去除工业废盐中的有机物方法，其特征在于：该方法既可以用于处理有机物含量较高的工业废盐，也可用于工业废盐的进一步精制。

5.根据权利要求1所述的一种低温等离子去除工业废盐中的有机物方法，其特征在于：针对不同的工业废盐，一方面预处理的方式可能存在差异，另一方面可以通过调节或改变放电的电压、频率、间隙，通入气体的种类、流速和湿度含量等参数，来提高低温等离子体对工业废盐中有机物的去除率。

6.根据权利要求1所述的一种低温等离子去除工业废盐中的有机物方法，其特征在于：可以在放电区域加入催化剂，来促进活性物质的生成，从而提高对工业废盐中有机物的去除效率和降低处理过程中的能量消耗。

7.一种低温等离子去除工业废盐中的有机物装置，其特征在于，该装置主要由高压电极（2）、介质（3）、腔体（4）、介质（5）、低压电极（6）、底板（7）、进气管（8）和腔体（9）组成的介质阻挡放电反应器，导线（1）与高压电源正极相连接，导线（10）与高压电源的负极或者地级相连接。

8.根据权利要求7所述的一种低温等离子去除工业废盐中的有机物方法的装置，其特征在于：该装置为双介质阻挡放电，介质（3）和介质（5）可以为石英玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯等绝缘介质；通过去掉介质（3），或者去掉介质（5）、使低压电极（6）为导电金属筒，使该装置成为单介质阻挡放电装置。

9.根据权利要求7所述的实施权利要求1所述的一种低温等离子去除工业废盐中的有机物方法的装置，其特征在于：低压电极（6）可以为无孔金属圆筒，也可以是含孔圆筒或金属网，金属网的目数根据实际情况可以自行选定；低压电级（6）和高压电极（2）可以对调，使（6）成为高压电极、（2）为低压电极。

10.根据权利要求7所述的一种低温等离子去除工业废盐中的有机物方法的装置，其特征在于：底板（7）可以为类似石英砂芯、二氧化硅砂芯、爆气盘等绝缘材料，也可以是含孔道（直径在0.1mm~1mm）的绝缘片（例如：石英玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯）。