申請日2015.10.19

　　公開(公告)日2017.04.26

　　IPC分類號C02F1/46; H05H1/48; C02F101/30

　　摘要

　　本發(fā)明以石墨為陽極，以金屬鈦或鈮為陰極，共同浸入含有有機(jī)污染物的高鹽廢水中，并在陰陽極之間施加100V-700V的電壓。由電流熱效應(yīng)產(chǎn)生的陰極表面氣膜在臨界電壓下被擊穿并產(chǎn)生微區(qū)電弧放電，在鈦陰極附近產(chǎn)生活性粒子和強(qiáng)氧化性粒子。這些粒子與廢水中有機(jī)污染物作用，將有機(jī)物氧化為水和二氧化碳等無污染小分子。同時(shí)，等離子體放電區(qū)的高溫也將一部分有機(jī)物直接氧化成石墨顆粒。該方法使有機(jī)物降解效率得到了大幅度提升，同時(shí)電極成本低，電極損耗小，有利于大規(guī)模應(yīng)用于廢水處理。本發(fā)明還針對陰極微弧等離子體降解廢水中有機(jī)污染物方法，提供了相應(yīng)的陰極微弧等離子體降解有機(jī)廢水的裝置。裝置包括高壓電源、液相微弧等離子體放電反應(yīng)器、銅制電極導(dǎo)線、螺旋式可調(diào)支柱、上擋板、陰極板、陽極板、反應(yīng)器外殼、進(jìn)水口和排水口。

　　權(quán)利要求書

　　1.陰極微弧放電等離子體降解廢水中有機(jī)物的方法，其特征在于，包含以下幾個(gè)步驟：待處理廢水經(jīng)過機(jī)械過濾后，流入反應(yīng)容器中。廢水與電極直接接觸，通入電流后，陰極極板附近的氣膜擊穿形成高溫微弧等離子體放電區(qū)，產(chǎn)生的大量高能活性粒子進(jìn)入廢水中作用于有機(jī)物;同時(shí)等離子體放電區(qū)高溫也直接促進(jìn)有機(jī)物分解。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于陽極極板為石墨，陰極極板為金屬鈦或鈮。陰極和陽極間施加電壓為100V-700V，陰極表面產(chǎn)生微弧等離子體放電。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于廢水中的電解質(zhì)為常見強(qiáng)電解質(zhì)，其陰離子包括Cl-，SO42-，NO3-等。有機(jī)污染物為苯酚、氯苯等各種有機(jī)物，特別是難降解有毒的有機(jī)物。

　　4.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的陰極微弧放電等離子體降解廢水中有機(jī)物方法的水處理裝置，其特征在于，所述裝置包括高壓電源、液相微弧等離子體放電反應(yīng)器、銅制電極導(dǎo)線、螺旋式可調(diào)支柱、上擋板、陰極板、陽極板、反應(yīng)器外殼、進(jìn)水口和排水口。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，包括一個(gè)液相微弧等離子體放電反應(yīng)器，反應(yīng)器有進(jìn)水口和出水口，其特征在于，反應(yīng)器內(nèi)污水中設(shè)有電極，電極通過引線與外接電源相連，陽極為平板式/網(wǎng)式結(jié)構(gòu)的一種，陰極為平板式。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述螺旋式可調(diào)支柱為絕緣外殼，內(nèi)部包裹導(dǎo)線。螺旋式可調(diào)支柱可以控制陰極極板與陽極間的距離。

　　說明書

　　陰極微弧放電等離子體降解廢水中有機(jī)物的方法及裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于環(huán)境污染處理領(lǐng)域，涉及一種陰極微弧放電液相等離子體快速降解有機(jī)廢水的方法及處理裝置。

　　背景技術(shù)

　　在工業(yè)生活產(chǎn)生的廢水中，有機(jī)物是水體中主要污染源之一。除了物理吸附、化學(xué)分解、生物降解外，還可以利用高壓極板間的等離子體放電現(xiàn)象降解廢水中有機(jī)物。該方法將電極板放入廢液池中，在極板間施加數(shù)萬伏電壓，極板間擊穿瞬間產(chǎn)生的高密度等離子體，它與水反應(yīng)產(chǎn)生多種基團(tuán)和粒子，促進(jìn)有機(jī)物的降解。

　　采用液相等離子體放電降解廢水中的有機(jī)物是近年來的研究熱點(diǎn)。該方法的屬于液中放電，沒有曝氣裝置，電壓由數(shù)萬伏降至數(shù)百伏。該方法具有效率高、污染小、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。目前，液相等離子體降解法主要集中在陽極放電。公開專利申請CN1583589A就是傳統(tǒng)的陽極等離子體放電降解方式。在等離子體放電過程中，陽極附近會(huì)有大量·OH，·O，H2O2，O3等強(qiáng)氧化活性粒子以及高能電子、紫外線，對目標(biāo)物直接產(chǎn)生作用，將有機(jī)物氧化為容易降解的物質(zhì)。但是處理后的溶液中依然含有大量有機(jī)物，不能直接排放，同時(shí)該方法的陽極損耗明顯，陽極金屬離子溶解到水體中還會(huì)造成二次污染。另外，陽極通常采用鉑電極，電極成本很高，這阻礙了陽極等離子體放電降解方法的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

　　液相等離子體放電分為電暈放電、輝光放電和弧光放電，其放電強(qiáng)度依次增強(qiáng)。電暈放電和輝光放電的等離子體屬于低溫等離子體，能量釋放效率較低�；」夥烹妼儆跓岬入x子體，其等離子體溫度在5000K以上，在等離子體區(qū)能激發(fā)出更多強(qiáng)氧化性粒子，作用于目標(biāo)污染物，提高了降解效率。同時(shí)等離子體區(qū)的高溫可以直接作用于有機(jī)污染物，瞬間將部分有機(jī)物碳化。液體中陽極表面發(fā)生氧化反應(yīng)，形成絕緣氧化膜后容易實(shí)現(xiàn)陽極等離子體放電，但電極損耗大。而陰極微弧放電不容易實(shí)現(xiàn)，需要先形成氣膜，再使氣膜擊穿放電。專利201510149567.X為電暈放電處理有機(jī)廢水的方法，其放電較弱，并采用鉑電極，處理效果還需要提高。利用陰極弧光放電現(xiàn)象進(jìn)行液相等離子體降解有機(jī)污染物的方法還少有探索。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對以上不足，本發(fā)明以石墨為陽極，以價(jià)格較低的金屬鈦或鈮為陰極，共同浸入含有有機(jī)污染物的高鹽廢水中。在陰、陽極之間施加幾百伏的電壓，由電流熱效應(yīng)產(chǎn)生的陰極表面氣膜在臨界電壓下被擊穿，發(fā)生弧光放電，大量微弧在電極表面移動(dòng)，在陰極附近產(chǎn)生活性粒子和強(qiáng)氧化性粒子。這些粒子與廢水中的有機(jī)物作用，將有機(jī)物氧化為水和二氧化碳等無污染小分子。同時(shí)，微弧等離子體放電區(qū)的高溫也直接將一部分有機(jī)物氧化成石墨顆粒。該方法使有機(jī)物降解效率得到大幅度提升，同時(shí)采用的鈦或鈮電極成本遠(yuǎn)低于常用的鉑電極，陰極放電的電極損耗也遠(yuǎn)小于陽極放電，避免電極本身對廢水的二次污染。

　　本發(fā)明的目的是提供一種新型的廢水中有機(jī)物快速降解方法及裝置，把陰極微弧放電等離子體技術(shù)引入到有機(jī)物廢水降解過程。降解效率高于現(xiàn)有的等離子體放電降解方法，并減少電極的損耗，降低電極成本，使該方法能夠大規(guī)模應(yīng)用于有機(jī)廢水處理。

　　本發(fā)明是在微弧放電等離子體技術(shù)基礎(chǔ)上提出的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下：

　　一種陰極微弧放電等離子體降解廢水中有機(jī)物的方法，包括以下步驟：

　　含有難降解有機(jī)物的廢水經(jīng)過機(jī)械過濾后，流入反應(yīng)容器中。廢水與電極直接接觸，通入電流后，陰極極板附近的氣膜擊穿放電形成高溫微弧等離子體放電區(qū)。產(chǎn)生的大量高能活性粒子進(jìn)入廢水中作用于有機(jī)物;同時(shí)等離子體放電區(qū)高溫也直接分解有機(jī)物。

　　陽極極板為石墨，陰極極板為金屬鈦或鈮。陰極和陽極間施加電壓為100V-700V，陰極表面產(chǎn)生微弧等離子體放電，處理時(shí)間為10min-30min。。

　　廢水中的電解質(zhì)為常見強(qiáng)電解質(zhì)，其陰離子包括Cl-，SO42-，NO3-等。有機(jī)污染物為苯酚、氯苯等各種有機(jī)物，特別是難降解的有機(jī)物。

　　針對上述處理方法，還提供了一種陰極微弧放電等離子體降解有機(jī)廢水的裝置，所述裝置包括高壓電源、液相微弧等離子體放電反應(yīng)器、銅制電極導(dǎo)線、螺旋式可調(diào)支柱、上擋板、陰極板、陽極板、反應(yīng)器外殼、進(jìn)水口和排水口。

　　進(jìn)一步優(yōu)選技術(shù)方案為：所述的裝置特征在于，包括一個(gè)液相微弧等離子體放電反應(yīng)器，反應(yīng)器有進(jìn)水口和出水口，其特征在于，反應(yīng)器內(nèi)污水中設(shè)有電極，電極通過引線與外接電源相連，陽極為平板式/網(wǎng)式結(jié)構(gòu)的一種，陰極為平板式。另外特征在于，所述螺旋式可調(diào)支柱為絕緣外殼，內(nèi)部包裹導(dǎo)線。螺旋式可調(diào)支柱可以控制陰極極板與陽極間的距離。

　　本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)相對于傳統(tǒng)的電暈或輝光放電方法，本發(fā)明采用的弧光放電等離子體能量高，使降解速度大幅提高;(2)降解過程中不需要添加催化劑、氧化劑，不需要調(diào)節(jié)待處理液的pH值;(3)放電電極為陰極，大幅減小了電極的損耗，電極上幾乎沒有析出物，不會(huì)造成二次污染。(4)采用金屬鈦或鈮陰極和石墨陽極，取代常用的鉑電極，大幅度降低了成本，能夠大規(guī)模應(yīng)用。(5)本發(fā)明適合各種有機(jī)廢水降解處理，特別是高濃度、難降解的有毒有害有機(jī)污染物。