本發(fā)明屬于有機(jī)廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)廢水處理裝置與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前我國正面臨嚴(yán)重的水污染危機(jī)，水污染問題不但制約了我國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，更危及我們和子孫后代的生活健康。工業(yè)廢水中最難治理的是高濃度難降解工業(yè)有機(jī)污水，排放污水中含有大量有毒有害物質(zhì)通過食物和飲用水進(jìn)入生物體，造成永久性中毒和慢性積累變異，致使生態(tài)環(huán)境破壞，嚴(yán)重危害人們身體健康。為適應(yīng)我國水污染治理需要，2015年初國務(wù)院頒布了“水十條”，旨在進(jìn)一步深化我國水污染控制治理。然而與發(fā)達(dá)國家相比，我國難降解有機(jī)工業(yè)污水治理水平差距較大，有效污水處理技術(shù)尤其缺乏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前我國當(dāng)前水體污染治理迫切需要。

目前難降解有機(jī)污水常規(guī)處理技術(shù)主要包括膜分離法、吸附法、化學(xué)沉淀法以及化學(xué)氧化法等，這些方法的處理成本高，難以滿足難降解有機(jī)污水治理的迫切需求。以羥基自由基（以下統(tǒng)一為·OH）為標(biāo)志的高級氧化處理技術(shù)（Advanced Oxidation Processes, AOPs）是難降解工業(yè)污水有效方法之一。由于·OH具有僅次于氟的強(qiáng)氧化能力，從理論上講·OH可以徹底氧化（礦化）絕大部分有機(jī)污染物。通過不同途徑產(chǎn)生的·OH會通過加成、奪氫、電子轉(zhuǎn)移等方式攻擊污染物的各種價鍵，誘發(fā)一系列的自由基鏈反應(yīng)，使其降解為二氧化碳、水和其他無機(jī)物。目前高級氧化法通常采用物理-化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)，即利用氧化劑如O₃、H₂O₂或者它們的組合，在紫外光作用下照射引發(fā)·OH產(chǎn)生，還包括利用H₂O₂與Fe離子產(chǎn)生的芬頓反應(yīng)（Fenton）、光催化氧化生成·OH等?？傮w來講，目前使用氧化劑的高級氧化技術(shù)盡管在環(huán)保領(lǐng)域已得到部分應(yīng)用，但由于普遍存在氧化劑生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸問題、運(yùn)行條件復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)，大大限制了工業(yè)應(yīng)用。開展工藝簡單、能耗低、效率高的新型污水治理技術(shù)研究一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

在潮濕空氣（或氣液共存）狀態(tài)下進(jìn)行等離子體放電可以產(chǎn)生大量包括·OH在內(nèi)的多種活性物質(zhì)，具有高級氧化的綜合優(yōu)勢的同時，也避免了氧化劑生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸問題，運(yùn)行條件復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)。但必須看到，單一的等離子體放電處理污水技術(shù)存在一些固有的缺陷，主要表現(xiàn)在如下幾個方面：

（1）等離子體放電通道少（如針-板放電），所產(chǎn)生的活性成分有限，放電過程產(chǎn)生的高活性基團(tuán)與有機(jī)污染物接觸面積??；

（2）氣相放電（如水面放電）產(chǎn)生的活性自由基（如·OH、·H、·O），由于存活壽命短（在10-100μs量級），同時受到從氣相到液相傳質(zhì)的限制，活性自由基與目標(biāo)污染物接觸不充分，沒有得到有效利用；

（3）等離子體放電處理系統(tǒng)能耗大（如電弧放電），能量利用效率低，電源提供的大部分能量轉(zhuǎn)化為水體熱量，而沒有用于污染物降解；

因此，通過將現(xiàn)有的各種廢水處理技術(shù)進(jìn)行整合創(chuàng)新，并結(jié)合等離子體放電技術(shù)和吸附劑脫附技術(shù)，研發(fā)出高效、經(jīng)濟(jì)的有機(jī)廢水降解技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)和重大的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種綠色、高效的有機(jī)廢水處理裝置及降解系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的有機(jī)廢水降解系統(tǒng)，在避免引入額外化學(xué)藥品的情況下，以固體吸附劑的吸附和脫附過程為媒介，以電能為唯一運(yùn)營成本，以高壓納秒脈沖技術(shù)和介質(zhì)阻擋放電形成的低溫等離子體為技術(shù)核心，先利用由非導(dǎo)電材料制成的固體吸附劑對廢水中的有機(jī)污染物進(jìn)行吸附濃縮，再利用低溫等離子體對濃縮后的有機(jī)污染物進(jìn)行集中降解脫附。

本發(fā)明提供的有機(jī)廢水處理裝置，由多管并聯(lián)的同軸式反應(yīng)腔、密封蓋、裝置壓板、金屬地電極電磁屏蔽外殼、陽極連接環(huán)和絕緣支架組成；其結(jié)構(gòu)參見圖2所示，其中：

所述的同軸式反應(yīng)腔，其中填充由非導(dǎo)電材料制成的固體吸附劑，用于有機(jī)廢水吸附凈化和固態(tài)吸附劑脫附再生的實(shí)際反應(yīng)，其具體并聯(lián)個數(shù)可由實(shí)際應(yīng)用需求和高壓納秒脈沖電源的負(fù)載能力決定；

所述的同軸式反應(yīng)腔，以紫銅管為高壓電極，以石英玻璃管為介質(zhì)阻擋層，以銅網(wǎng)為地電極；從內(nèi)到外依次為紫銅管、石英玻璃管和銅網(wǎng)，其結(jié)構(gòu)參見圖3、圖4所示所示，其中：

所述的紫銅管和石英玻璃管之間留有適當(dāng)?shù)姆烹婇g隙，用以盛放固體吸附劑，在放電脫附過程中，高壓電極和地電極之間建立起強(qiáng)電場，并在固體吸附劑內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生低溫等離子體，實(shí)現(xiàn)固體吸附劑的脫附再生；

所述的密封蓋由不銹鋼制成，內(nèi)部貼密封條，在方便拆卸和更換吸附劑的同時，保證從入口進(jìn)入的廢水或氧氣能順利進(jìn)入反應(yīng)腔；

所述的裝置壓板由絕緣材料制成，用于固定反應(yīng)腔上端的位置，并盛放從入口注入的廢水，形成一定壓強(qiáng)方便從壓板上的入水口灌入反應(yīng)腔；

所述的金屬地電極電磁屏蔽外殼由不銹鋼制成，包圍整個反應(yīng)區(qū)域，能有效屏蔽裝置內(nèi)部放電產(chǎn)生的電磁輻射，同時避免高壓觸電危險；

所述的陽極連接環(huán)，用于連接各反應(yīng)腔的高壓電極，均衡電位；

所述的絕緣支架用于固定陽極連接環(huán)和反應(yīng)腔下端的位置，并確保高壓電極和地電極外殼之間的電氣絕緣安全。

本發(fā)明提供的有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，由高壓納秒脈沖電源、氣泵、水泵、氧氣瓶、處理裝置、蓄水池、氣相檢測儀、水質(zhì)檢測儀組成；其結(jié)構(gòu)參見圖1所示，其中：

所述的處理裝置為上述的有機(jī)廢水處理裝置，是用于有機(jī)廢水吸附凈化和固體吸附劑脫附再生的一體化設(shè)備，是由兩個或多個并聯(lián)組成，通過輪換操作的方式，對有機(jī)廢水持續(xù)進(jìn)行凈化處理；

所述的水泵用于在污水中有機(jī)污染物濃縮吸附過程中，向處理裝置內(nèi)通入污水；

所述高壓納秒脈沖電源用于對處理裝置提供放電條件，產(chǎn)生高效的低溫等離子體；

所述的氣泵用于在固體吸附劑中污染物脫附分解過程中，向處理裝置內(nèi)通入氧氣；

所述的氧氣瓶用于向放電脫附過程中的處理裝置提供充足的氧氣，提升分解率；

所述的蓄水池用于盛放凈化后的水樣，便于對水樣進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；

所述的氣相檢測儀用于檢測降解尾氣的實(shí)際成分，以此判別固體吸附劑是否完全脫附再生，是否可以重新待用；

所述的水質(zhì)檢測儀用于檢驗(yàn)凈化后水樣的是否符合排放標(biāo)準(zhǔn)，以此判別固體吸附劑是否飽和，是否需要更換處理裝置。

本發(fā)明所述的有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，其具體操作步驟為：

（1）將固體吸附劑置于有機(jī)廢水處理裝置的反應(yīng)腔內(nèi)，蓋上密封蓋封閉反應(yīng)腔；

（2）將待處理的廢水從有機(jī)廢水處理裝置的入水口通入反應(yīng)腔，經(jīng)過固體吸附劑的充分吸附后，從出水口取樣，監(jiān)測凈化后的有機(jī)污水是否符合排放標(biāo)準(zhǔn)；

（3）待出水口水樣的監(jiān)測數(shù)據(jù)接近排放標(biāo)準(zhǔn)后，及時切換另一個空載的有機(jī)廢水處理裝置，以便對有機(jī)廢水持續(xù)進(jìn)行凈化處理；

（4）將替換下來的滿載的有機(jī)廢水處理裝置的高壓電極接到高壓納秒脈沖電源上，地電極接地；

（5）向該有機(jī)廢水處理裝置的反應(yīng)腔內(nèi)持續(xù)鼓入氧氣，提供一個富氧環(huán)境；

（6）打開高壓納秒脈沖電源，在氧氣環(huán)境下集中降解潮濕固體吸附劑中的有機(jī)污染物；

（7）監(jiān)測出氣口的CO₂濃度，當(dāng)出氣口檢測不到CO₂時，說明反應(yīng)腔內(nèi)的固體吸附劑中吸附的有機(jī)污染物已被低溫等離子體完全降解，可作為空載有機(jī)廢水處理裝置重新投入吸附使用。

本發(fā)明提供的有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于：

（1）使用由非導(dǎo)電材料制成的固體吸附劑，將廢水中的有機(jī)污染物濃縮吸附到固體吸附劑中，所述固體吸附劑是易于吸附有機(jī)污染物、電導(dǎo)率低和內(nèi)部疏松多孔結(jié)構(gòu)；

（2）使用水質(zhì)檢測儀實(shí)時監(jiān)測蓄水池中處理后水質(zhì)情況，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)上限后切換空載處理裝置繼續(xù)吸附；

（3）停止向滿載處理裝置供水后，使用高壓納秒脈沖電源和介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的低溫等離子體，在氧氣環(huán)境下將潮濕固體吸附劑中的有機(jī)污染物集中降解；

（4）固體吸附劑中的吸附質(zhì)在低溫等離子的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并被分解為CO₂、H₂O、N₂等可直接排放的最終產(chǎn)物；

（5）使用氣相檢測儀實(shí)時監(jiān)測出氣口的氣體成分，當(dāng)CO₂含量下降為零時證明固體吸附劑中的有機(jī)污染物已完全降解，可停止供電，將該處理裝置視作空載處理裝置待用；

（6）通過配置多個相同處理裝置輪流使用的方式，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)降解有機(jī)廢水的目標(biāo)。

相比于其他有機(jī)廢水降解方式，本系統(tǒng)具有一下優(yōu)勢：

（1）運(yùn)營成本低，該方法以電能為唯一運(yùn)營成本，節(jié)省了購買化學(xué)藥品的大量成本；

（2）綠色環(huán)保，該方法靠電能驅(qū)動，不需要引入各種化學(xué)氧化劑，能有效避免了因處理工藝不成熟，反應(yīng)不完全而造成的二次污染；

（3）節(jié)能高效，高壓納秒脈沖技術(shù)和介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的低溫等離子體能夠高效地將電能利用在放電降解有機(jī)污染物的反應(yīng)中，避免電能轉(zhuǎn)化為熱能散逸。該方法通過利用固體吸附劑濃縮有機(jī)污染物的手段，增加放電過程產(chǎn)生的高活性基團(tuán)的接觸面積，相比于直接在有機(jī)廢水中進(jìn)行放電等離子體降解，該方法具有更高的放電效率；

（4）適用范圍廣，該方法利用固體吸附劑內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)易于進(jìn)行氣體放電的特性。通過水中吸附，脫水后在氧氣環(huán)境下放電的方法，有效避免了氣液混合放電不穩(wěn)定，以及高電導(dǎo)率廢水難以放電降解的問題，幾乎是用于所有有機(jī)廢水的降解處理；

（5）連續(xù)工作，通過制作多個相同的處理裝置輪流使用的方式，可以一邊使用空載吸附裝置凈化有機(jī)廢水，一邊放電脫附滿載反應(yīng)腔，達(dá)到連續(xù)工作的目的，適用于工業(yè)應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中有機(jī)廢水處理系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明中有機(jī)廢水處理裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明中同軸式反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明中同軸式反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖中標(biāo)號：1為高壓納秒脈沖電源，2為氣泵，3為水泵，4為氧氣瓶，5為反應(yīng)腔，6為蓄水池，7為氣相檢測儀，8為水質(zhì)檢測儀，9為密封蓋，10為裝置壓板，11為金屬地電極電磁屏蔽外殼，12為陽極連接環(huán)，13為同軸式反應(yīng)腔，14為金屬支架，15為固體吸附劑，16為絕緣支架，17為銅網(wǎng)地電極，18為出水孔，19為中空紫銅高壓電極，20為石英管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例

（1）向每個反應(yīng)腔內(nèi)加入100g活性氧化鋁，共配置四個反應(yīng)腔，組成一個處理裝置；

（2）重復(fù)（1）的操作，配置兩個相同的處理裝置；

（3）將四個反應(yīng)腔的高壓電極分別固定在陽極連接環(huán)上，絲網(wǎng)地電極連接金屬支架，并蓋上裝置壓板，固定反應(yīng)腔上端位置，最后蓋上密封蓋，構(gòu)成一個密封環(huán)境；

（4）如有機(jī)廢水處理系統(tǒng)示意圖所示，將從兩個處理裝置的陽極連接環(huán)引出的陽極連接線連接高壓納秒脈沖電源，金屬地電極電磁屏蔽外殼接地，構(gòu)成并聯(lián)結(jié)構(gòu)；

（5）打開處理裝置1的水樣閥門，將目標(biāo)污染物（羅丹明B）濃度為100mg/L，以10L/min的速度從處理裝置上端入口注入，并在裝置壓板上積聚形成一定壓強(qiáng)；

（6）水樣在壓強(qiáng)的作用下，自上而下通過裝置壓板上的小孔進(jìn)入反應(yīng)腔，并均勻通過固體吸附劑，被充分吸附凈化；

（7）監(jiān)測整個反應(yīng)裝置1出水口的目標(biāo)污染物濃度，當(dāng)污染物穿透吸附固體吸附劑時，出水口目標(biāo)污染物濃度會迅速上升，即達(dá)到固體吸附劑的吸附飽和平衡（也可通過將檢測出的目標(biāo)污染物的濃度與排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比判別是否應(yīng)該更換反應(yīng)腔）；

（8）關(guān)閉處理裝置1的水樣閥門，并打開處理裝置2的水樣閥門，以此方法達(dá)到連續(xù)吸附凈化的目的；

（9）將處理裝置1內(nèi)的有機(jī)污水排空（可進(jìn)行適當(dāng)烘干處理，調(diào)節(jié)反應(yīng)腔內(nèi)的濕度）；

（10）以3L/min的流速向處理裝置1內(nèi)通入氧氣，營造一個富氧環(huán)境；

（11）打開高壓納秒脈沖電源，并使用GC-MS對從出氣口排出的氣體組分進(jìn)行檢測分析；

（12）觀察尾氣檢測中CO₂的濃度變化，當(dāng)CO₂的濃度從一個恒定的峰值迅速下降為0時，證明活性氧化鋁中吸附的目標(biāo)污染物已被低溫等離子體充分降解脫附；

（13）關(guān)閉高壓納秒脈沖電源，將處理裝置1作為空載處理裝置待用，當(dāng)反應(yīng)裝置2達(dá)到吸附飽和后重復(fù)上述操作，兩個處理裝置交替使用；

（14）通過計算出水口水樣中目標(biāo)污染物濃度變化，求出羅丹明B的實(shí)際降解率；

（15）通過計算出氣口氣樣組分的濃度變化，對比實(shí)際吸附量，求出固體吸附劑再生率。

表1 不同吸附劑上羅丹明B的降解率和再生率

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