CN207138498U - 一种等离子体土壤修复装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种等离子体土壤修复装置，包括由高压供电系统、电气控制系统及介质阻挡放电反应器组成；所述反应器的高压电极连接高压供电电源，低压电极接地；所述反应器为圆盘平板反应釜，所述的高压电极与低压电极为两块相同的圆形不锈钢平板；两电极之间放置石英介质板，作为绝缘介质；将受抗生素污染的土壤置于圆盘平板反应釜中进行处理；反应釜的底部均匀分布有钼酸铋催化剂。该方法处理抗生素的最终产物对环境无污染，效果显著，具有广泛的应用前景，也可能替代当前的传统处理工艺，成为未来环保领域中的主导趋势。

Description

一种等离子体土壤修复装置

技术领域

本实用新型涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种等离子体土壤修复装置。

背景技术

据统计，美国每年动物养殖业中抗生素的用量约为11,000多吨，约占抗生素总用量的70％左右；欧共体每年养殖业中抗生素的消耗量已达5000多吨。我国每年也大约有成千上万吨的抗生素类药物作为饲料添加剂等被用于畜禽养殖业中。据报道2003年我国规模化养殖场畜禽粪便产生量达22.1亿吨，2010年全国畜禽粪便的排放量达45亿吨。四环素类抗生素是世界上使用量最大的一类抗生素，张树清等对我国7省、市、自治区的典型规模化养殖场畜禽粪便的主要成分分析结果表明，猪粪中土霉素平均含量为9.09mg/kg，最高达134.75mg/kg，四环素平均含量为5.22mg/kg，最高达78.57mg/kg，金霉素平均含量为3.57mg/kg，最高达121.78mg/kg。由于大多抗生素难于降解，导致抗生素在土壤中的大量累积，土壤中的抗生素可通过植物吸收进入食物链，影响人体健康。而且，抗生素类兽药极易诱导产生大量抗药菌，并可能诱导产生群落抗性(Pollution-Induced CommunityTolerance，PICT)，将对包括人类在内的生态系统健康产生深远影响。因此，土壤中抗生素的环境行为与相关修复技术已经成为当前环境科学研究的热点，引起了人们广泛的关注。

现有治理土壤修复技术主要有物理法、化学法和生物法，其中研究较多的有化学淋洗法、电动法、热脱附法以及生物法。化学淋洗法易操作，但对土壤类型要求严格，同时容易造成二次污染；电动法操作简便，对现有景观、建筑等影响小，但处理时间较长，从几天乃至几年，同时阴阳极电解液电解后会引起土壤pH的变化，影响土壤生态；热脱附法一般对挥发性较强的物质处理效果较好，但是对于难挥发的有机物基本没有效果；生物法处理成本低，适用于大面积的土壤修复，但处理速率慢、周期长，一般仅适用于处理低浓度污染的土壤，且对土壤环境要求严格，故目前还没有经济而有效的技术能高效修复高浓度有机氯污染土壤。

等离子体这个概念由美国科学家LANGMUIＲ首先引入物理学。气体在高温及电离的条件下，电子脱离分子或原子的束缚成为自由电子，失去电子的原子成为带正电的离子，这些正负带电粒子在宏观上呈现出电中性，所以称为等离子体。等离子体常被视为除固、液、气态以外，物质的第四态，并广泛存在于宇宙中。

一般受到抗生素污染的土壤多采用微生物修复和植物修复等方法，但是这些方法存在着耗时极长、处理量有限以及条件严苛等缺点。等离子体技术有着高效、二次污染少以及受外界影响小的特点，同时对于一些难降解的有机物处理效果明显，在污染土壤修复上具有良好前景。

目前国内外虽然对抗生素污染的土壤修复技术虽有许多研究，但是，还没有一种是结合光催化剂和等离子体技术的装置。

实用新型内容

针对上述的缺陷，本实用新型的目的是为了提供一种受抗生素污染土壤的处理装置，其降解效果好、简单易操作、且无二次污染。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：等离子体土壤修复装置由高压供电系统、电气控制系统及介质阻挡放电反应器组成；所述反应器的高压电极连接高压供电电源，低压电极接地；所述反应器为圆盘平板反应釜，所述的高压电极与低压电极为两块相同的圆形不锈钢平板；两电极之间放置石英介质板，作为绝缘介质；所述反应釜一端的进气口，控制气体流量并将气体鼓入，另一端设有出气口；将受抗生素污染的土壤置于圆盘平板反应釜中进行处理；反应釜的底部均匀分布有钼酸铋催化剂。

进一步地，所述的圆盘平板反应釜为直径为100-150 mm，高为4-6 mm；所述的石英介质板为直径200-300 mm，高8-10 mm。

进一步地，所述的钼酸铋催化剂为粉末状，其粒径为50-100nm。

进一步地，所述的介质阻挡放电所采用电源为高频交流电源。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

（1）本实用新型说明了低温等离子体技术在处理抗生素土壤上的可行性，且介质阻挡放电只有脉冲电晕放电能耗的1/10左右。

（2）具体将等离子体技术与光催化技术联用，可以同时实现等离子体氧化、催化降解、紫外的协同作用，提高抗生素的降解率；不需要投加大量化学药剂，使得处理成本降低、操作简单；没有副产物的产生，不会造成二次污染。

（3）放电过程产生的紫外光和可见光作为光源，诱导光催化剂钼酸铋活性，产生氧化性基团协同放电过程中产生的等离子体，催化氧化土壤中难降解的抗生素。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图。

图中标识：1-交流高压电源；2-下固定板；3-上固定板；4-高压电极；5-低压电极；6-圆盘平板反应釜；7-钼酸铋催化剂；8-石英介质板。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详述。

具体实施方式

下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

本实用新型的具体实施方式：该装置由高压供电系统、电气控制系统及介质阻挡放电反应器组成；所述反应器的高压电极4连接高压供电电源，低压电极5接地；所述反应器为圆盘平板反应釜6，所述的高压电极4与低压电极5为两块相同的圆形不锈钢平板；两电极之间放置石英介质板8，作为绝缘介质；所述反应釜6一端的进气口，控制气体流量并将臭氧气体鼓入，另一端设有出气口；将受抗生素污染的土壤置于圆盘平板反应釜6中进行处理；反应釜的底部均匀分布有钼酸铋催化剂7。

优选地，所述的圆盘平板反应釜为直径为100-150 mm，高为4-6 mm；所述的石英介质板为直径200-300 mm，高8-10 mm。

优选地，所述的钼酸铋催化剂为粉末状，其粒径为50-100nm。

优选地，所述的介质阻挡放电所采用电源为高频交流电源。

在该装置的具体实施过程中，选取了具有代表性的四环素和土霉素作为目标污染物，考察了等离子体放电处理多环芳烃污染土壤的可行性，通过探究介质阻挡放电(dielectric barrier discharge，DBD) 及脉冲电晕放电( pulse corona discharge，PCD)对土壤修复效果及能耗进行对比，选择更适合四环素和土霉素污染土壤处理的放电方式。

将四环素初始含量为10mg/kg的四环素污染土壤1.0kg，并分别装入反应装置内，通入臭氧并接通电源，电源输出功率为36W，通气量为0.06m³/h，并在反应釜顶部预先放入了0.25g催化剂，在放电25min的情况下，经检测，四环素含量为10mg/kg的污染土壤中经等离子处理后，土壤中四环素的降解率可达到85.3％。

将土霉素初始含量为5mg/kg的四环素污染土壤1.0kg，并分别装入反应装置内，通入臭氧并接通电源，电源输出功率为36W，通气量为0.06m³/h，并在反应釜顶部预先放入了0.25g催化剂，在放电25min的情况下，经检测，四环素含量为10mg/kg的污染土壤中经等离子处理后，土壤中四环素的降解率可达到78.8％。

另外，经过试验比对，介质阻挡放电只有脉冲电晕放电能耗的1/10左右。

由此可见，等离子体结合钼酸铋催化剂对抗生素类污染土壤具有较好的去除效果，而钼酸铋的加入可以有效的提高去除效果，这样大大降低了预期成本，同时处理的可操作性强，可以根据土壤的污染程度不同适当调节参数，从而达到很好的处理效果。该方法处理抗生素的最终产物对环境无污染，效果显著，具有广泛的应用前景，也可能替代当前的传统处理工艺，成为未来环保领域中的主导趋势。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种等离子体土壤修复装置，其特征在于：该装置由高压供电系统、电气控制系统及介质阻挡放电反应器组成；所述反应器的高压电极连接高压供电电源，低压电极接地；所述反应器为圆盘平板反应釜，所述的高压电极与低压电极为两块相同的圆形不锈钢平板；两电极之间放置石英介质板，作为绝缘介质；所述反应釜一端的进气口，控制气体流量并将臭氧气体鼓入，另一端设有出气口；将受抗生素污染的土壤置于圆盘平板反应釜中进行处理；反应釜的底部均匀分布有钼酸铋催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种等离子体土壤修复装置，其特征在于：所述的圆盘平板反应釜为直径为300-400 mm，高为4-6 mm；所述的石英介质板为直径200-300 mm，高8-10 mm。

3.根据权利要求1所述的一种等离子体土壤修复装置，其特征在于：所述的钼酸铋催化剂为粉末状，其粒径为50-100nm。

4.根据权利要求1所述的一种等离子体土壤修复装置，其特征在于：所述的介质阻挡放电所采用电源为高频交流电源。