CN1663916A - 高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法。它属于高压脉冲放电去除水中有机物的方法，技术方案如下：高压脉冲电源3向盛装有待处理水的反应容器1内的高压电极2和接地电极4之间施加高压脉冲，同时向高压电极2和接地电极4之间的待处理溶液中加入氧气、臭氧、粉末状活性炭、过渡金属氧化物、过氧化氢或过渡金属离子，来催化氧化有机物的过程。因为采用了化学催化的方法，在多种催化剂的作用下，高压脉冲放电去除难降解有机物的过程得到了强化，大幅度地提高了降解有机污染物的效率。

Description

高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法

技术领域：

本发明涉及一种水处理方法，具体涉及一种利用高压脉冲放电去除难降解有机物的方法。

背景技术：

随着工农业生产的发展，水污染不断加剧。水体中的有机污染物对人类的健康存在着潜在威胁。特别是持久性有毒有害有机物较长时间稳定地存在于水中，而传统的水处理方法难以去除这些高稳定性有机污染物。高级氧化技术通过产生高氧化性的羟自由基来氧化有机物，具有无选择性的特点，被认为是解决有机污染的有效手段。高压脉冲放电在水中的两个电极间产生高压脉冲，通过电极间放电现象在水中产生羟自由基、过氧化氢等高氧化性物质，氧化难降解有机物，因此它是一种新型的高级氧化技术。高压脉冲放电现象的许多伴生效应，如紫外光辐射、声波等等，同样可以对降解有机物起到作用。但是目前普通的水中高压脉冲放电方法存在的缺陷是：由于纯粹的高压脉冲放电所产生的氧化性物质数量有限，因此氧化的效率较低。

发明内容：

为了克服传统的高压脉冲放电降解有机物的方法效率较低的缺陷，提供一种降解有机物效率高的高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法。本发明的技术方案如下：它通过高压脉冲电源3向盛装有待处理水的反应容器1内的高压电极2和接地电极4之间施加高压脉冲，在施加高压脉冲的同时向高压电极2和接地电极4之间的待处理溶液中加入氧气、臭氧、粉末状活性炭、过渡金属氧化物、过氧化氢或过渡金属离子，所述过渡金属氧化物包括铁氧化物或锰氧化物及一些陶瓷类氧化物，具体包括有氧化硅、氧化铝、氧化镁和氧化锆等，所述过渡金属离子包括二价铁离子、三价铁离子、锰离子或钴离子。本发明针对水中高压脉冲放电过程的特点给出了一种催化强化的方法。水中高压脉冲放电是一个复杂的过程，会产生许多高氧化性的物质如羟自由基、过氧化氢等等，同时在两个电极间产生复杂的光声和化学效应，在含氧气体中进行高压放电可以产生臭氧，因此在高压脉冲放电水处理的过程中向溶液中的两个电极之间曝入含有氧气的气体，可以通过产生臭氧来强化氧化有机物的过程。同时，产生的臭氧可以和放电过程中产生的过氧化氢互相催化产生羟自由基来氧化有机物。臭氧和紫外光相互作用也可以产生羟自由基。同时，向溶液中通入臭氧可以通过臭氧/过氧化氢过程产生羟自由基来氧化有机物。该过程中的伴生效应同样可以得到催化强化利用。在有氧气的作用下，粉末状或者纳米级二氧化钛也可以有效地在紫外光辐射的作用下氧化难降解有机物，向溶液中投入二氧化钛并通入含氧气泡可以实现紫外辐射/二氧化钛的催化过程。针对高压脉冲放电过程产生过氧化氢的事实，向溶液中加入可以催化过氧化氢氧化过程的物质或者能量。Fenton(中文译名芬顿)反应和类Fenton反应是最常见的过氧化氢催化反应，因此向溶液中投加二价铁、三价铁都可以通过催化提高氧化的效率。类似的光Fenton反应同样可引入该氧化有机物过程催化过氧化氢对有机物的高级氧化过程。高压脉冲放电的主要伴生效应是紫外光辐射和声波。紫外光辐射是一种氧化中可以有效利用的能量形式。最常见的是紫外光/过氧化氢技术，紫外光可以催化过氧化氢产生羟自由基。因此向高压脉冲放电过程中投加过氧化氢可以在紫外的催化作用下使氧化效率得以提高。投加过氧化氢和臭氧则可以通过臭氧/过氧化氢/紫外光过程产生高级氧化过程氧化去除难降解有机物。铁氧化物或锰氧化物及一些陶瓷类氧化物，包括有氧化硅、氧化铝、氧化镁和氧化锆对本过程产生的氧化性物质如过氧化氢同样可以产生催化作用产生高级氧化过程。本发明因为采用了化学催化的方法，在多种催化剂的作用下，高压脉冲放电去除难降解有机物的过程得到了强化，大幅度地提高了高压脉冲放电去除难降解有机污染物的处理效率，为该技术的生产应用打下坚实的基础。本发明的方法具有效率高、工作可靠和具有较大推广价值的优点。

附图说明：

图1是本发明方法所应用的装置结构示意图，图2是图1的A-A剖视图，图3是实施方式九的结构示意图。

具体实施方式：

具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式的技术方案是：它通过高压脉冲电源3向盛装有待处理水的反应容器1内的高压电极2和接地电极4之间施加高压脉冲，在施加高压脉冲的同时向高压电极2和接地电极4之间的待处理溶液中加入氧气、臭氧、粉末状活性炭、过渡金属氧化物、过氧化氢或过渡金属离子，所述过渡金属氧化物包括铁氧化物或锰氧化物及一些陶瓷类氧化物，具体包括有氧化硅、氧化铝、氧化镁和氧化锆等，所述过渡金属离子包括二价铁离子、三价铁离子、锰离子或钴离子。高压脉冲电源3的两个输出端分别连接高压电极2和接地电极4，高压脉冲电源3在高压电极2和接地电极4之间的输出电压为20～50千伏特，提供的脉冲上升前沿为10～100纳秒，脉冲宽度为1～20微秒。

具体实施方式二：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：高压电极2和接地电极4相对设置的端部一个是尖状一个是长条状，或高压电极2和接地电极4都是棒状且端部相对设置，或高压电极2和接地电极4相对设置的端部一个是长条状一个是平面状，或高压电极2和接地电极4相对设置的端部都是平面状，高压电极2和接地电极4的材料为不锈钢，高压电极2和接地电极4水平放置并浸没在水中，高压电极2和接地电极4间距为0.5～10厘米。其它步骤与实施方式一相同。

具体实施方式三：下面结合图1和图2具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是氧气和臭氧从反应容器1的底部曝入，反应容器1的底部开有均匀设置的若干过气孔1-1，从过气孔1-1进入反应容器1的氧气和臭氧所形成的气泡大小为10微米～1.0毫米，气体流量为0.01～1升/秒。其它步骤与实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与实施方式一的不同点是待投加的过渡金属离子先用硫酸盐或者氯化物配制成溶液，然后将溶液加入待处理水中，离子向待处理水中的投加量为0.01～5毫摩尔/升。其它步骤与实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与实施方式一的不同点是过氧化氢直接投加到待处理的溶液中，投加量为每升待处理水加0.5～100毫克。其它步骤与

实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与实施方式一的不同点是向高压电极2和接地电极4之间的待处理溶液中加入氧气来氧化难降解有机物时在高压电极2和接地电极4之间待处理溶液中还加入粉末状或者纳米级二氧化钛颗粒。二氧化钛粒径为5纳米～100微米，二氧化钛配制成悬浊液投加，投加量为每升待处理水加5～50毫克，在投加二氧化钛的同时曝入氧气。其它步骤与实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式与实施方式一的不同点是本实施方式粉末活性炭颗粒尺寸为20～200目，投加量为每升待处理水加0.5～50毫克，配制成悬浊液投加或者称量后直接投加。其它步骤与实施方式一相同。

具体实施方式八：本实施方式与实施方式一的不同点是，该工艺可以连续运行，即在反应容器1与高压电极2和接地电极4放置方向平行的两侧安装进水口5和出水口6，待处理溶液从进水口5流入，流经电极放电区域后从出水口6流出。其它步骤与实施方式一相同。

具体实施方式九：下面结合图3具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式二的不同点是，高压电极2和接地电极4上下设置，接地电极4浸没在水中，距离水面0.2～5.0厘米，高压电极2置于水面上方空气中，距离水面0.3～10.0厘米。

Claims (10)

1、高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法，它通过高压脉冲电源(3)向盛装有待处理水的反应容器(1)内的高压电极(2)和接地电极(4)之间施加高压脉冲，其特征在于在施加高压脉冲的同时向高压电极(2)和接地电极(4)之间的待处理溶液中加入氧气、臭氧、粉末状活性炭、过渡金属氧化物、过氧化氢或过渡金属离子，所述过渡金属氧化物包括铁氧化物或锰氧化物及一些陶瓷类氧化物，所述过渡金属离子包括二价铁离子、三价铁离子、锰离子或钴离子。

2、根据权利要求1所述的高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法，其特征在于高压脉冲电源(3)的两个输出端分别连接高压电极(2)和接地电极(4)，高压脉冲电源(3)在高压电极(2)和接地电极(4)之间的输出电压为20～50千伏特，提供的脉冲上升前沿为10～100纳秒，脉冲宽度为1～20微秒。

3、根据权利要求1所述的高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法，其特征在于高压电极(2)和接地电极(4)相对设置的端部一个是尖状一个是长条状，或高压电极(2)和接地电极(4)都是棒状且端部相对设置，或高压电极(2)和接地电极(4)相对设置的端部一个是长条状一个是平面状，或高压电极(2)和接地电极(4)相对设置的端部都是平面状，高压电极(2)和接地电极(4)的材料为不锈钢、铁材料、导电的碳材料，高压电极(2)和接地电极(4)之间水平设置或者上下设置，高压电极(2)和接地电极(4)水平设置时高压电极(2)和接地电极(4)都浸没在水中，高压电极(2)和接地电极(4)上下设置时接地电极(4)浸没在水中，距离水面0.2～5.0厘米，高压电极(2)置于水面上方空气中，距离水面0.3～10.0厘米。

4、根据权利要求1所述的高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法，其特征在于氧气和臭氧从反应容器(1)的底部曝入，反应容器(1)的底部开有均匀设置的若干过气孔(1-1)，从过气孔(1-10)进入反应容器(1)的氧气和臭氧所形成的气泡大小为10微米～1.0毫米，气体流量为0.01～1.0升/秒。

5、根据权利要求1所述的高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法，其特征在于向高压电极(2)和接地电极(4)之间的待处理溶液中加入氧气来氧化难降解有机物时在高压电极(2)和接地电极(4)之间待处理溶液中还加入粉末状或者纳米级二氧化钛颗粒。

6、根据权利要求5所述的高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法，其特征在于二氧化钛粒径为5纳米～100微米，二氧化钛配制成悬浊液投加，二氧化钛的投加量为每升待处理水加5～50毫克，在投加二氧化钛的同时曝入氧气。

7、根据权利要求1所述的高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法，其特征在于待投加的过渡金属离子先用硫酸盐或者氯化物配制成溶液，然后将溶液加入待处理水中，离子向待处理水中的投加量为0.01～5毫摩尔/升。

8、根据权利要求1所述的高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法，其特征在于过氧化氢是直接投加到待处理的溶液中，过氧化氢的投加量为每升待处理水加0.5～100毫克。

9、根据权利要求1所述的高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法，其特征在于粉末活性炭颗粒尺寸为20-200目，粉末活性炭颗粒的投加量为每升待处理水加0.5～50毫克，配制成悬浊液投加或者称量后直接投加。

10、根据权利要求1所述的高压脉冲放电催化氧化去除水中难降解有机物的方法，其特征在于在反应容器(1)与高压电极(2)和接地电极(4)放置方向平行的两侧安装进水口(5)和出水口(6)，待处理溶液从进水口(5)流入，流经电极放电区域后从出水口(6)流出。

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