一种采用低温等离子体协同TIO2处理含孔雀石绿废水的方法及装置.pdf

本发明公开了一种采用低温等离子体协同TiO2处理含孔雀石绿废水的方法及装置，该方法包括以下步骤：(1)将含孔雀石绿的废水通入设置在高压电极和接地电极之间的内表面附有TiO2薄膜层的介质阻挡反应釜内；采用双介质阻挡放电对含孔雀石绿的废水进行低温等离子体协同TiO2处理；(2)将反应后的废水通入反应容器中采用步骤(1)处理过程中所产生的臭氧进一步对废水进行曝气处理；(3)将步骤(2)中曝气处理后的废水通入介质阻挡反应釜内重复采用步骤(1)和步骤(2)进行循环处理。本发明利用低温等离子体协同TiO2放电产生的·OH等活性粒子、臭氧以及UV对废水中的孔雀石绿进行降解处理，处理效果好，操作简单。

1.  一种低温等离子体协同TiO₂处理含孔雀石绿废水的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将含孔雀石绿的废水通入设置在高压电极和接地电极之间的内表面附有TiO₂薄膜层的介质阻挡反应釜内；采用双介质阻挡放电对含孔雀石绿的废水进行低温等离子体协同TiO₂处理；
(2)将反应后的废水通入反应容器中采用步骤(1)处理过程中所产生的臭氧进一步对废水进行曝气处理；
(3)将步骤(2)中曝气处理后的废水通入介质阻挡反应釜内重复采用步骤(1)和步骤(2)进行循环处理。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述高压电极与接地电极的间距为1.5～3.0cm，优选为2.0～2.5cm。

3.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述含孔雀石绿废水中孔雀石绿的浓度为1～30mg/L，优选为5～10mg/L。

4.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述含孔雀石绿废水的pH为2～6，优选为2～4。

5.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于连接所述高压电极和接地电极的等离子体电源的输出功率为60-100W。

6.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于双介质阻挡放电对含孔雀石绿废水进行处理的时间为1-15min，优选为7-15min。

7.  一种低温等离子体协同TiO₂处理含孔雀石绿废水的装置，其特征在于它包括底部设有微孔曝气管(4)的反应容器(5)、分别与等离子体电源(1)正负极相连接的高压电极(12)和接地电极(11)、水平设置在所述高压电极(12)和接地电极(11)之间的内表面附有TiO₂薄膜层的介质阻挡反应釜(10)、水平设置在高压电极(12)与介质阻挡反应釜(10)之间的石英玻璃板(13)，所述介质阻挡反应釜(10)的进水口(9)和出水口(14)分别通过蠕动泵Ⅰ(6)和蠕动泵Ⅱ(3)连通所述的反应容器(5)形成循环，所述的 高压电极(12)、接地电极(11)、介质阻挡反应釜(10)和石英玻璃板(13)均设置在密封箱(8)内，所述的密封箱(8)的出气口通过抽气泵(2)连通所述的微孔曝气管(4)，所述的密封箱(8)上还设有进气口(7)。

8.  根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述蠕动泵Ⅰ(6)的进水流速为10～20ml/min，优选为15～18ml/min；所述蠕动泵Ⅱ(3)的出水流速为40～60ml/min，优选为45～50ml/min。

9.  根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述抽气泵(2)的流速为0.03～0.25m³/h，优选为0.05～0.l5m³/h。

10.  根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述高压电极(12)与接地电极(11)的间距为1.5～3.0cm，优选为2.0～2.5cm。

一种采用低温等离子体协同TiO₂处理含孔雀石绿废水的方法及装置
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体地说是一种采用低温等离子体协同TiO₂处理含孔雀石绿废水的方法及装置。
背景技术
一直以来，染料废水都非常难于处理，得不到有效处理的染料废水排放到水体中会造成严重的环境污染，染料废水中的大量有害物质会对人体或者其他生物造成伤害。孔雀石绿(Malachite green,MG)是一种人工合成的三苯甲烷类化合物，可用作染料和杀菌剂等，广泛存在于染料废水和水产养殖水体中。孔雀石绿进入人类或动物机体之后，能够通过生物转化为脂溶性的无色孔雀石绿，具有潜在的致癌、致畸、致突变的作用，已被包括中国在内的大多数国家明令禁止用于养殖业，但由于没有低廉有效的替代品，孔雀石绿在水产养殖中依然屡禁不止。目前对于孔雀石绿处理方法如物理法、化学法等往往不能达到满意的效果，因此对水体中的孔雀石绿进行有效的降解成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用低温等离子体协同TiO₂处理含孔雀石绿废水的方法。该技术方案利用低温等离子体协同TiO₂，提出一种能够去除水中孔雀石绿的方法，以达到缓解甚至解决孔雀石绿造成的水体污染问题。
本发明的另一目的在于提供一种采用低温等离子体协同TiO₂处理含孔雀石绿废水的装置。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种低温等离子体协同TiO₂处理含孔雀石绿废水的方法，包括以下步骤：
(1)将含孔雀石绿的废水通入设置在高压电极和接地电极之间的内表面 附有TiO₂薄膜层的介质阻挡反应釜内；采用双介质阻挡放电对含孔雀石绿的废水进行低温等离子体协同TiO₂处理；
(2)将反应后的废水通入反应容器中采用步骤(1)处理过程中所产生的臭氧进一步对废水进行曝气处理；
(3)将步骤(2)中曝气处理后的废水通入介质阻挡反应釜内重复采用步骤(1)和步骤(2)进行循环处理。
所述高压电极与接地电极的间距为1.5～3.0cm，优选为2.0～2.5cm。
所述含孔雀石绿废水中孔雀石绿的浓度为1～30mg/L，优选为5～10mg/L。
所述含孔雀石绿废水的pH为2～6，优选为2～4。
连接所述高压电极和接地电极的等离子体电源的输出功率为60-100W。
双介质阻挡放电对含孔雀石绿废水进行处理的时间为1-15min，优选为7-15min。
一种低温等离子体协同TiO₂处理含孔雀石绿废水的装置，它包括底部设有微孔曝气管的反应容器、分别与等离子体电源正负极相连接的高压电极和接地电极、水平设置在所述高压电极和接地电极之间的内表面附有TiO₂薄膜层的介质阻挡反应釜、水平设置在高压电极与介质阻挡反应釜之间的石英玻璃板，所述介质阻挡反应釜的进水口和出水口分别通过蠕动泵Ⅰ和蠕动泵Ⅱ连通所述的反应容器形成循环，所述的高压电极、接地电极、介质阻挡反应釜和石英玻璃板均设置在密封箱内，所述的密封箱的出气口通过抽气泵连通所述的微孔曝气管，所述的密封箱上还设有进气口。
所述蠕动泵Ⅰ的进水流速为10～20ml/min，优选为15～18ml/min；所述蠕动泵Ⅱ的出水流速为40～60ml/min，优选为45～50ml/min。
所述抽气泵的流速为0.03～0.25m³/h，优选为0.05～0.l5m³/h。利用抽气泵将低温等离子体放电过程中所产生的臭氧泵入反应容器中进一步反应。
所述高压电极与接地电极的间距为1.5～3.0cm，优选为2.0～2.5cm。
介质阻挡反应釜内附有的TiO₂薄膜层，是通过化学沉淀法制得。
利用上述装置采用低温等离子体协同TiO₂方法处理含孔雀石绿废水的过程为：使用蠕动泵Ⅰ将含有孔雀石绿的废水由进水口泵入介质阻挡放电反应釜并打开电源进行低温等离子体协同TiO₂处理，当废水流过反应釜后，利用蠕动泵Ⅱ将废水从出水口抽出并形成闭合循环回路系统；同时将产生的等离子体气氛通入反应容器中进行二次降解，最大限度利用产生的·OH等活性粒子和臭氧。
低温等离子技术主要是通过高压放电产生的高能电子、臭氧以及紫外线来达到对目标污染物的降解处理，主要涉及到高能电子作用、臭氧氧化作用、紫外光解作用等多种新处理技术；此外，TiO₂在光照下能产生大量的电子空穴和羟基自由基，具有极强的氧化作用，而等离子体放电过程中产生大量紫外线和活性物质，具有较大的激励功率，在有氧环境下还能产生大量的活化TiO₂的臭氧，因此具有增强等离子体处理效果的作用。在·OH等活性物质、O₃以及UV作用下，可以通过脱甲基作用、脱氨基作用以及开环作用达到对目标物质的降解，尤其对难降解有机物的降解具有很好的应用前景。本发明采用的介质阻挡放电等离子技术是一种典型的低温等离子体技术，相比于传统处理技术来说具有操作简单、去除污染物效率高、设备投资小、可连续催化、适用范围广、高速、高效、无二次污染等优点。
本发明的有益效果体现在：
(1)介质阻挡放电低温等离子体能在较短时间内有效去除水中的孔雀石绿，比现有的生物法及化学法等降解效率更高；
(2)介质阻挡放电可降低放电电压，提高能量利用效率，并且可避免电极的损耗；
(3)介质阻挡反应釜采用平板式的装置，适当控制水流速度，控制水面高度，达到提高处理效率；
(4)将低温等离子体放电过程中产生的臭氧导入孔雀石绿溶液中，可以提高臭氧利用效率和处理效果；
(5)反应釜内附有TiO₂薄膜层，在等离子体放电过程中产生协同作用，增强 等离子体去除水体中孔雀石绿的效率；
(6)水路循环，操作简单，适合于进一步工业应用。
附图说明
图1为一种低温等离子体协同TiO₂处理含孔雀石绿废水的试验装置图。
其中，1—等离子体电源、2—抽气泵、3—蠕动泵Ⅱ、4—微孔曝气管、5—反应容器、6—蠕动泵Ⅰ、7—进气口、8—密封箱、9—进水口、10—介质阻挡反应釜、11—接地电极、12—高压电极、13—石英玻璃板、14—出水口。 
图2为板式介质阻挡反应釜。
具体实施方式：
如图1所示，一种低温等离子体协同TiO₂处理含孔雀石绿废水的装置，它包括底部设有微孔曝气管4的反应容器5、分别与等离子体电源1正负极相连接的高压电极12和接地电极11、水平设置在所述高压电极12和接地电极11之间的内表面附有TiO₂薄膜层的介质阻挡反应釜10、水平设置在高压电极12与介质阻挡反应釜10之间的石英玻璃板13，所述介质阻挡反应釜10的进水口9和出水口14分别通过蠕动泵Ⅰ 6和蠕动泵Ⅱ 3连通所述的反应容器5形成循环，所述的高压电极12、接地电极11、介质阻挡反应釜10和石英玻璃板13均设置在密封箱8内，所述的密封箱8的出气口通过抽气泵2连通所述的微孔曝气管4，所述的密封箱8上还设有进气口7。所述高压电极与接地电极的间距为2.0cm。
操作过程中，反应容器5中装有含有孔雀石绿废水的原水，原水由蠕动泵Ⅰ 6通过进水口9进入介质阻挡反应釜10，在高压电极12作用下对孔雀石绿进行有效的降解，反应后的水在蠕动泵Ⅱ 3的作用下通过出水口14被重新泵入反应容器5中循环处理；产生的臭氧滞于密封箱8中被抽气泵2送入微孔曝气管4中，导入水中进行二次降解。
所述蠕动泵Ⅰ 6的进水流速为15～18ml/min；所述蠕动泵Ⅱ 3的出水流速为45～50ml/min。所述抽气泵2的流速为0.05～0.l5m³/h。
采用上述装置处理处理含孔雀石绿废水的方法，将反应容器5中的含孔雀石绿的废水用蠕动泵Ⅰ 6泵入到介质阻挡反应釜10中，在介质阻挡反应釜10和石英玻璃板13间产生介质阻挡放电，利用介质阻挡放电过程中产生的·OH等活性粒子、臭氧以及UV与反应釜上的含孔雀石绿的废水发生作用，对污染物进行降解；处理完的水再回流到反应容器5中，并将反应产生的未利用的臭氧以及其他的活性物质注入到反应容器5中，使其与废水充分混合反应，进一步对孔雀石绿进行降解。同时，介质阻挡反应釜10内部覆盖的TiO₂薄膜能起到显著促进增强等离子体处理含孔雀石绿废水的效果。
为了解本发明装置对于含孔雀石绿废水的处理效果，试验过程中配置了浓度为20mg/L、10mg/L、5mg/L和1mg/L孔雀石绿模拟废水，分别探讨了浓度、pH和放电功率对处理效果的影响。
(1)首先探讨了浓度对含孔雀石绿废水处理效果的影响。设定试验条件：电源输出功率为80W，极板间距2.0cm，进水16ml/min，出水50ml/min，抽气泵的流速为0.lm³/h。在此条件下分别对浓度为20mg/L、10mg/L、5mg/L和1mg/L孔雀石绿模拟废水(pH为3)进行降解处理，处理15min后，去除率分别达到85.67％、87.39％、91.21％和94.74％。
(2)首先探讨了pH对含孔雀石绿废水处理效果的影响。设定试验条件：电源输出功率为80W，孔雀石绿废水浓度10mg/L，极板间距2.0cm，进水16ml/min，出水50ml/min，抽气泵的流速为0.lm³/h。在此条件下分别对pH为2、3、4、5和6孔雀石绿模拟废水进行降解处理，处理15min后，去除率分别达到92.32％、94.74％、91.38％、88.94％和87.49％。
(3)采用不同放电功率探讨了功率对处理效率的影响。设定试验条件：孔雀石绿废水浓度10mg/L(pH为6)，极板间距2.0cm，进水16ml/min，出水50ml/min，抽气泵的流速为0.lm³/h。在此条件下分别考察了放电功率为60W， 80W和100W时对含孔雀石绿废水处理效果，处理15min后，去除率分别达到83.23％、87.49％和92.53％。