本實用新型屬于有機廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有機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，水污染問題不但制約了我國經(jīng)濟社會的可持續(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”，旨在進一步深化我國水污染控制治理。然而與發(fā)達國家相比，我國難降解有機工業(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具有僅次于氟的強氧化能力，從理論上講·OH可以徹底氧化（礦化）絕大部分有機污染物。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、水和其他無機物。目前高級氧化法通常采用物理-化學(xué)方法實現(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。總體來講，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)、貯存和運輸問題、運行條件復(fù)雜、成本高等缺點，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。

在潮濕空氣（或氣液共存）狀態(tài)下進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)、貯存和運輸問題，運行條件復(fù)雜、成本高等缺點。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)生的高活性基團與有機污染物接觸面積??；

（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)濟的有機廢水降解技術(shù)具有現(xiàn)實和重大的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種綠色、高效的有機廢水處理裝置及降解系統(tǒng)。

本實用新型提供的有機廢水降解系統(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污染物進行吸附濃縮，再利用低溫等離子體對濃縮后的有機污染物進行集中降解脫附。

本實用新型提供的有機廢水處理裝置，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，用于有機廢水吸附凈化和固態(tài)吸附劑脫附再生的實際反應(yīng)，其具體并聯(lián)個數(shù)可由實際應(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，保證從入口進入的廢水或氧氣能順利進入反應(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。

本實用新型提供的有機廢水處理系統(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廢水處理裝置，是用于有機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，對有機廢水持續(xù)進行凈化處理；

所述的水泵用于在污水中有機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，便于對水樣進行實時監(jiān)控；

所述的氣相檢測儀用于檢測降解尾氣的實際成分，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。

本實用新型所述的有機廢水處理系統(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廢水處理裝置，以便對有機廢水持續(xù)進行凈化處理；

（4）將替換下來的滿載的有機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污染物已被低溫等離子體完全降解，可作為空載有機廢水處理裝置重新投入吸附使用。

本實用新型提供的有機廢水處理系統(tǒng)，其特點在于：

（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)檢測儀實時監(jiān)測蓄水池中處理后水質(zhì)情況，達到排放標(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，可實現(xiàn)連續(xù)降解有機廢水的目標(biāo)。

相比于其他有機廢水降解方式，本系統(tǒng)具有一下優(yōu)勢：

（1）運營成本低，該方法以電能為唯一運營成本，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污染物的手段，增加放電過程產(chǎn)生的高活性基團的接觸面積，相比于直接在有機廢水中進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廢水，一邊放電脫附滿載反應(yīng)腔，達到連續(xù)工作的目的，適用于工業(yè)應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本實用新型中有機廢水處理系統(tǒng)示意圖。

圖2為本實用新型中有機廢水處理裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本實用新型中同軸式反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本實用新型中同軸式反應(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。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步說明。

實施例

（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；

（6）水樣在壓強的作用下，自上而下通過裝置壓板上的小孔進入反應(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，以此方法達到連續(xù)吸附凈化的目的；

（9）將處理裝置1內(nèi)的有機污水排空（可進行適當(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的實際降解率；

（15）通過計算出氣口氣樣組分的濃度變化，對比實際吸附量，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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