申請日2013.08.29

　　公開(公告)日2014.01.01

　　IPC分類號C02F1/32; C02F1/78; C02F1/46

　　摘要

　　本發(fā)明提供了一種介質(zhì)阻擋放電水處理裝置及方法，屬于水處理裝置及方法技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的裝置包括：高壓高頻脈沖電源、反應(yīng)器殼體、柱式高壓電極、筒式液下低壓電極、蛭石負(fù)載二氧化鈦催化劑、介質(zhì)阻擋層和微孔曝氣膜片。方法是加入待處理溶液，向柱式高壓電極和筒式液下低壓電極之間施加高壓脈沖電壓，其峰值電壓為1～100kV，頻率1～50kHz;調(diào)節(jié)進(jìn)入空氣量，調(diào)整處理廢水在反應(yīng)器內(nèi)部和活性粒子接觸時間。水處理裝置引入了曝氣裝置，介質(zhì)阻擋等離子體放電產(chǎn)生的中活性物質(zhì)能夠通過曝氣裝置全部進(jìn)入待處理溶液里，傳質(zhì)效率高，所需時間短;方法運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡單，在大氣壓下即可運(yùn)行，設(shè)備易于管理，具有較強(qiáng)的實用性和經(jīng)濟(jì)性。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種介質(zhì)阻擋放電水處理裝置，其特征在于，包括：高壓高頻脈沖電源 (1)、反應(yīng)器殼體(2)、柱式高壓電極(3)、筒式液下低壓電極(4)、蛭石負(fù)載二 氧化鈦催化劑(5)、介質(zhì)阻擋層(6)和微孔曝氣膜片(8)，所述介質(zhì)阻擋層(6)固 定在反應(yīng)器殼體(2)內(nèi)的中心處，介質(zhì)阻擋層(6)的下端與反應(yīng)器殼體(2)內(nèi)的底 部相連接，介質(zhì)阻擋層(6)的下部設(shè)有通氣孔(7)，微孔曝氣膜片(8)固定在反應(yīng) 器殼體(2)內(nèi)的下部介質(zhì)阻擋層(6)的外壁和反應(yīng)器殼體(2)的內(nèi)壁之間，筒式液 下低壓電極(4)設(shè)置在反應(yīng)器殼體(2)內(nèi)的微孔曝氣膜片(8)的上部，反應(yīng)器殼體 (2)和介質(zhì)阻擋層(6)之間的環(huán)形空間內(nèi)分布有蛭石負(fù)載二氧化鈦催化劑(5)，柱 式高壓電極(3)固定在介質(zhì)阻擋層(6)內(nèi)，高壓高頻脈沖電源(1)的正極與柱式高 壓電極(3)相連接，高壓高頻脈沖電源(1)的地電極與筒式液下低壓電極(4)相連 接。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)阻擋放電水處理裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器殼 體(2)的尺寸為φ30X250mm。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)阻擋放電水處理裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器殼 體(2)為有機(jī)玻璃制成。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)阻擋放電水處理裝置，其特征在于，所述介質(zhì)阻擋 層(6)為石英筒，尺寸為φ15X3000X3mm。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)阻擋放電水處理裝置，其特征在于，所述柱式高壓 電極(3)為φ4mm鎢棒。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)阻擋放電水處理裝置，其特征在于，所述筒式液下 低壓電極(4)為白鋼板，尺寸為φ25X200mm。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)阻擋放電水處理裝置，其特征在于，所述蛭石負(fù)載 二氧化鈦催化劑(5)的粒徑為φ5～φ8mm。

　　8.使用權(quán)利要求1所述的介質(zhì)阻擋放電水處理裝置的水處理方法，其特征在于，

　　A、加入待處理溶液：向反應(yīng)容器中加入500mg/l苯酚理溶液;

　　B、接通電源：接通高壓高頻脈沖電源，向柱式高壓電極和筒式液下低壓電極之間 施加高壓脈沖電壓，其峰值電壓為1-100kV，頻率1-50kHz;調(diào)節(jié)電壓，使放電間隙放 電并產(chǎn)生放電通道，形成活性粒子;

　　C、調(diào)節(jié)空氣量：調(diào)節(jié)進(jìn)入空氣量，進(jìn)而調(diào)整曝氣強(qiáng)度，調(diào)整活性粒子的傳質(zhì)速 率;

　　D、調(diào)整待處理廢水水力停留時間，通過調(diào)整液體入口流量計，調(diào)整處理廢水在反 應(yīng)器內(nèi)部和活性粒子接觸時間。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水處理方法，其特征在于，所述步驟B中的放電頻率為 15kHz，峰值電壓為40kV。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水處理方法，其特征在于，所述步驟C中的曝氣量為 80ml/s;所述步驟D中的進(jìn)水苯酚濃度為500mg/l。

　　說明書

　　一種介質(zhì)阻擋放電水處理裝置及方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種介質(zhì)阻擋放電水處理裝置及方法，屬于水處理裝置及方法技術(shù)領(lǐng) 域。

　　背景技術(shù)

　　工業(yè)廢水水質(zhì)濃度高，水質(zhì)成分復(fù)雜，具有傳統(tǒng)的生物化學(xué)處理技術(shù)難以降解的特 點(diǎn)。國內(nèi)外研究者在工業(yè)廢水處理技術(shù)方面進(jìn)行了有益探索，越來越多的廢水處理技 術(shù)已經(jīng)被研究和推廣應(yīng)用。在眾多的廢水處理方法中，等離子體技術(shù)作為一種集光、 電、化學(xué)氧化于一體的新型水處理技術(shù)，因其適用范圍廣、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng) 前水處理技術(shù)中的研究熱點(diǎn)。

　　等離子體廢水處理技術(shù)是兼具高能電子輻射、臭氧氧化、紫外光分解等作用于一體 的高級水處理氧化技術(shù)。等離子體放電過程中，非平衡等離子體產(chǎn)生電子、自由基、正 負(fù)離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子等高活性粒子，放電等離子體通道中富含的活性粒子是放 電誘發(fā)污染物質(zhì)降解反應(yīng)的主體;此外，放電過程產(chǎn)生的紫外線、沖擊波等，可同時與 污染物相作用，使污染物降解。等離子體根據(jù)其放電類型的不同，分為電暈放電、介質(zhì) 阻擋放電(DBD)、火花放電、弧光放電、輝光放電以及上述兩種放電形式以上的混 合放電;其中介質(zhì)阻擋放電具有均勻、漫散和穩(wěn)定的特點(diǎn)，放電過程中產(chǎn)生的電子能量 遠(yuǎn)高于電暈放電、火花放電的平均電子能量值，可以充分使有機(jī)物分子、水分子、氧氣 分子產(chǎn)生電離，從而激發(fā)出許多活性更高的粒子，如·OH、O3、·O、H2O2等，這些活 性粒子和廢水中有機(jī)物作用使其降解。近年來，介質(zhì)阻擋放電在低溫等離子體處理廢水 領(lǐng)域發(fā)展起來的新方法。根據(jù)放電參與介質(zhì)的不同，可以分成單純液相放電(液電效 應(yīng))、氣相放電和氣液兩相混合放電。

　　國內(nèi)外利用等離子體放電技術(shù)處理對不同污染物降解進(jìn)行了研究，例如苯環(huán)類有機(jī) 物苯酚、制藥廢水和有機(jī)染料(如甲基藍(lán)和甲基橙等)等，其中還包括表面活性劑。但是 單獨(dú)使用等離子體降解廢水存在著處理時間長，活性物質(zhì)不能被充分利用，能量利用率 低等缺點(diǎn)。

　　光催化降解水中有機(jī)污染物具有能耗低、操作簡便、反應(yīng)條件溫和、減少二次污染 等優(yōu)點(diǎn)，因而得到人們的重視。目前，以人工光源或太陽光光源的光催化反應(yīng)體系，已 在染料廢水、酚類物質(zhì)、藥廢水、制藥廢水、表面活性劑、含油廢水、鹵代烴等廢水處 理中得到應(yīng)用。

　　TiO2半導(dǎo)體光催化劑以無毒、催化活性高、氧化能力強(qiáng)和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，受到人 們普遍關(guān)注。然而TiO2半導(dǎo)體光催化劑在實際應(yīng)用中存在量子效率低、太陽能利用率較 低、負(fù)載后其光催化活性降低等關(guān)鍵問題，而制約其大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。近年來，許多 研究者針對TiO2半導(dǎo)體光催化劑存在的問題，提出將TiO2納米化提高催化劑光催化性 能;但是與之矛盾的是催化劑顆粒越小，催化劑越難分離。為解決這個問題，通常采用 負(fù)載的方法，利用載體(玻璃珠、活性炭、多孔硅膠和天然礦物等多孔材料)比表面積 大、吸附性強(qiáng)性等特點(diǎn)制備復(fù)合催化劑，與單一TiO2懸浮體系相比，這種復(fù)合催化劑具 有吸附性、易回收、且能重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前光催化材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

　　曝氣是生物處理廢水泥系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，也是環(huán)境工程水處理中一個重要環(huán) 節(jié)，它的作用是向池內(nèi)充氧，保證微生物生化作用所需之氧量，同時保持池內(nèi)微生物、 有機(jī)物、溶解氧，即泥、水、氣三者的充分混合，為微生物降解雜質(zhì)創(chuàng)造有利條件。微 孔曝氣器是目前最常用曝氣裝置，該曝氣裝置氣泡直徑小，氣液界面直徑小，氣液接觸 界面積大，氣泡擴(kuò)散均勻，不會產(chǎn)生孔眼堵塞氧轉(zhuǎn)移效果好的特點(diǎn)。

　　構(gòu)建介質(zhì)阻擋放電等離子體反應(yīng)裝置，在裝置中引入微孔曝氣裝置，提高活性粒子 傳質(zhì)速率;實現(xiàn)將等離子體與催化劑、吸附劑等其它處理手段的協(xié)同效應(yīng)，希望實現(xiàn)高 濃度有機(jī)廢水快速降解。

　　綜上，現(xiàn)有的水處理裝置協(xié)同效果不好、有機(jī)廢水的降解處理能效不高、反應(yīng)器設(shè) 計復(fù)雜，不能適應(yīng)有機(jī)廢水的處理。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，即現(xiàn)有的水處理裝置協(xié)同效果 不好、有機(jī)廢水的降解處理能效不高、反應(yīng)器設(shè)計復(fù)雜，不能適應(yīng)有機(jī)廢水的處理。進(jìn) 而提供一種介質(zhì)阻擋放電水處理裝置及方法。

　　本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

　　一種介質(zhì)阻擋放電水處理裝置，包括：高壓高頻脈沖電源、反應(yīng)器殼體、柱式高壓 電極、筒式液下低壓電極、蛭石負(fù)載二氧化鈦催化劑、介質(zhì)阻擋層和微孔曝氣膜片，所 述介質(zhì)阻擋層固定在反應(yīng)器殼體內(nèi)的中心處，介質(zhì)阻擋層的下端與反應(yīng)器殼體內(nèi)的底部 相連接，介質(zhì)阻擋層的下部設(shè)有通氣孔，微孔曝氣膜片固定在反應(yīng)器殼體內(nèi)的下部介質(zhì) 阻擋層的外壁和反應(yīng)器殼體的內(nèi)壁之間，筒式液下低壓電極設(shè)置在反應(yīng)器殼體內(nèi)的微孔 曝氣膜片的上部，反應(yīng)器殼體和介質(zhì)阻擋層之間的環(huán)形空間內(nèi)分布有蛭石負(fù)載二氧化鈦 催化劑，柱式高壓電極固定在介質(zhì)阻擋層內(nèi)，高壓高頻脈沖電源的正極與柱式高壓電極 相連接，高壓高頻脈沖電源的地電極與筒式液下低壓電極相連接。

　　一種使用介質(zhì)阻擋放電水處理裝置的水處理方法，包括如下步驟：

　　A、加入待處理溶液：向反應(yīng)容器中加入500mg/l苯酚理溶液;

　　B、接通電源：接通高壓高頻脈沖電源，向柱式高壓電極和筒式液下低壓電極之間 施加高壓脈沖電壓，其峰值電壓為1-100kV，頻率1-50kHz;調(diào)節(jié)電壓，使放電間隙放 電并產(chǎn)生放電通道，形成活性粒子;

　　C、調(diào)節(jié)空氣量：調(diào)節(jié)進(jìn)入空氣量，進(jìn)而調(diào)整曝氣強(qiáng)度，調(diào)整活性粒子的傳質(zhì)速 率;

　　D、調(diào)整待處理廢水水力停留時間，通過調(diào)整液體入口流量計，調(diào)整處理廢水在反 應(yīng)器內(nèi)部和活性粒子接觸時間。

　　本發(fā)明的技術(shù)效果：1、本發(fā)明的水處理裝置引入了曝氣裝置，介質(zhì)阻擋等離子體 放電產(chǎn)生的中活性物質(zhì)能夠通過曝氣裝置全部進(jìn)入待處理溶液里，傳質(zhì)效率高，所需時 間短，其他氣相等離子體技術(shù)產(chǎn)生的活性不能有效進(jìn)入待處理溶液，從而造成活性粒子 的流失。2、本發(fā)明引入曝氣裝置，通過微孔產(chǎn)生的氣泡對待處理溶液進(jìn)行攪動，增加 活性粒子與污染物接觸幾率，傳質(zhì)效率高，所需時間短。3、半導(dǎo)體材料(過渡金屬 TiO2、NiO、Ag2O等)等催化劑置于反應(yīng)器，利用等離子體的高能量和非熱力學(xué)平衡 特性，借助等離子體中體相均勻分布的紫外光，實現(xiàn)等離子放電和光催化協(xié)同作用降解 污染物。4、以蛭石作為載體負(fù)載型半導(dǎo)體材料(過渡金屬TiO2、NiO、Ag2O等)等光 催化劑，解決廢水動態(tài)處理光催化劑流失問題，同時蛭石以多孔、大比表面積、吸附能 力強(qiáng)的特點(diǎn)作為廢水處理中常用的吸附劑。5、該處理方法能動態(tài)連續(xù)處理廢水，靜態(tài) 處理廢水，等離子放電產(chǎn)生活性粒子隨時間的持續(xù)不斷進(jìn)入廢水中，水中污染物隨著時 間降解越來越少，而廢水中活性粒子的量越來越多，從而靜態(tài)處理往往處理效率很高， 但是相應(yīng)能耗較大;動態(tài)處理廢水能實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。6、本發(fā)明工藝先進(jìn)、運(yùn)行穩(wěn) 定、操作簡單，在大氣壓下即可運(yùn)行，設(shè)備易于管理，具有較強(qiáng)的實用性和經(jīng)濟(jì)性。