專利名稱：采用低溫等離子體及吹脫聯(lián)合工藝治理景觀水的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種景觀水體微污染治理領(lǐng)域，具體涉及一種采用低溫等離子體及吹 脫聯(lián)合工藝治理景觀水的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對居住環(huán)境的要求也越來越高，碧 波蕩漾的自然美景成了人們的追求。為滿足人類親水的心理需求，在城市綠地、公園建設(shè) 中，人工湖泊、河道及景觀水池不斷涌現(xiàn)。然而，城市景觀水體多為封閉緩流水體，具有水域 面積小、水體自凈能力低等特點(diǎn)，使得景觀水體極易受污染，甚至發(fā)黑發(fā)臭，嚴(yán)重影響了周 圍的自然環(huán)境和居民的生活環(huán)境。因此，加強(qiáng)污染景觀水體的修復(fù)，重新恢復(fù)其在城市中的 生態(tài)功能與美學(xué)價值，具有迫切性。然而，景觀水體污染多為微污染，發(fā)生期短、流動性極差、且美學(xué)要求高等特點(diǎn)，使 其不能直接使用城市污水處理技術(shù)來治理和控制。因此，研究開發(fā)適合景觀水污染控制技 術(shù)對提高城市環(huán)境質(zhì)量和減少城市生態(tài)用水具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。等離子體是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)，它由電離的導(dǎo)電氣體組成，其中包括六種典 型的粒子，即電子、正離子、負(fù)離子、激發(fā)態(tài)的原子或分子、基態(tài)的原子或分子以及光子。最 常用的人工產(chǎn)生等離子體的方法是高壓放電，高壓放電過程中形成大量高能電子，在有水 分子存在時，高能電子在極短時間內(nèi)(I(T7s)與水反應(yīng)形成大量自由基和臭氧，在高壓放電 等離子體中自由基種類很多，主要有羥基自由基· 0H、水合電子￡^_、· 0、HO2 等，它們都具 有強(qiáng)的氧化性。
H2O -^·ΟΗ +S^+·Η + H2O2 + H3O+H2 · O — )2 · OH
Ο2+·Ο—Ο3臭氧具有很強(qiáng)的水溶性，其在水中的溶解度約為氧氣的13倍，臭氧溶于水后發(fā)生 一系列反應(yīng)生成氧化能力極強(qiáng)的· 0Η。
O3 ^o3+·ο
O+ H* +S
O3 + H2O2 — ·ΟΗ + O2+ HO2 ·
O3 + HO2 · — ·ΟΗ +O2+ O/高壓放電過程中由于高能電子的轟擊作用，可以在水溶液中生成H2O2，并在高壓放電產(chǎn)生的UV的作用下進(jìn)一步分解為氧化能力極強(qiáng)的· 0H。 O3 + H2O+Av — H2O2 + O2利用高壓放電產(chǎn)生等離子體，已經(jīng)應(yīng)用于靜電除塵、空氣凈化等領(lǐng)域。但是采用等 離子體處理污水時易造成氨氮含量的升高，在處理污染物的同時又帶來新的污染物，從而 制約了等離子體在污水治理方面的應(yīng)用。吹脫法用于脫除水中溶解氣體和某些揮發(fā)性物質(zhì)，但該法是將污染物從水中分離 至大氣中，造成原本存于水中的溶解氣體和可揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)一步污染大氣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述問題，針對景觀水體微污染日益加劇的現(xiàn)實(shí)，提供 一種采用低溫等離子體及吹脫聯(lián)合工藝治理景觀水的方法，該綜合處理方法將兩種工藝有 機(jī)結(jié)合并協(xié)同處理景觀水，有效地解決或緩解了景觀水體污染的緊張局勢。本發(fā)明的目的可以通過以下措施達(dá)到
一種采用低溫等離子體及吹脫聯(lián)合工藝治理景觀水的方法，將景觀水過濾后通入低 溫等離子體反應(yīng)器中，采用高壓氣液混合放電產(chǎn)生的低溫等離子體進(jìn)行處理，處理后的出 水經(jīng)調(diào)節(jié)PH值，再從頂部進(jìn)入吹脫塔內(nèi)，與從底部進(jìn)入吹脫塔的空氣逆向流動進(jìn)行吹脫處 理。低溫等離子體反應(yīng)器采用高壓放電的方式產(chǎn)生等離子體。在反應(yīng)器底部注入空 氣，使下層溶液內(nèi)的氣體均勻分布，在下層溶液和上層溶液之間對應(yīng)設(shè)置的針電極和板電 極之間施加高壓脈沖，在高強(qiáng)電場作用下，產(chǎn)生等離子體反應(yīng)。氣液混合放電方法不僅可以 產(chǎn)生03、H2O2、高能電子和紫外光輻射，而且還會產(chǎn)生大量的活性物質(zhì)(0Η ·、H ·、0 ·等)。 這些高能量的電子(I-IOeV)和強(qiáng)氧化性物質(zhì)可有效降解景觀水體中的有機(jī)污染物。低溫 等離子體反應(yīng)器中高壓放電由高頻高壓電源產(chǎn)生，高頻高壓電源的功率為20 100W，產(chǎn)生 的電流頻率為5 35kHz，優(yōu)選為15 25kHz，最優(yōu)選20kHz左右；高壓放電采用針板式反 應(yīng)器，針板式反應(yīng)器的規(guī)格具體規(guī)格根據(jù)通過最大進(jìn)水量設(shè)計(jì)；針板式反應(yīng)器的針電極采 用中空的不銹鋼針電極，板電極為正方形不銹鋼板，正、負(fù)電極間距3 5mm，放電氣體由風(fēng) 機(jī)供給。低溫等離子體處理后的出水調(diào)節(jié)pH值至9 11，優(yōu)選pH值為10。一般可采用石 灰水或其他堿性溶液調(diào)節(jié)低溫等離子體處理后的出水的PH值。吹脫塔采用逆流操作，塔內(nèi)裝有拉西環(huán)填料，以增加氣_液傳質(zhì)面積從而有利于 氨氣從廢水中解吸。廢水被提升到吹脫塔的塔頂，并分布到填料的整個表面，通過填料往下 流，與氣體逆向流動，空氣中氨的分壓隨氨的去除程度增加而增加，隨氣液比增加而減少。一種采用低溫等離子體及吹脫聯(lián)合工藝治理景觀水的裝置，該裝置包括過濾裝 置、低溫等離子體反應(yīng)器、調(diào)節(jié)罐和吹脫塔，所述過濾裝置與所述低溫等離子體反應(yīng)器的入 水口相通，所述低溫等離子體反應(yīng)器的出水口與所述調(diào)節(jié)罐的一個入水口相通，所述調(diào)節(jié) 罐的出水口與所述吹脫塔的頂部的一個入水口相通；所述低溫等離子體反應(yīng)器包括反應(yīng) 罐、與所述反應(yīng)罐底部相通的進(jìn)氣裝置、設(shè)于所述反應(yīng)罐內(nèi)的針板式反應(yīng)器、在所述反應(yīng)罐外部并與所述針板式反應(yīng)器相連的高頻高壓電源。其中過濾裝置優(yōu)選采用格柵和篩網(wǎng)。低溫等離子體反應(yīng)器的進(jìn)氣裝置包括風(fēng)機(jī)和設(shè)在所述風(fēng)機(jī)出口處的氣體流量計(jì)， 所述氣體流量計(jì)通過管路與所述反應(yīng)罐的底部相通。吹脫塔的頂部設(shè)有與所述調(diào)節(jié)罐相通的噴淋裝置，在所述噴淋裝置下方的吹脫塔 內(nèi)設(shè)有填料層。在吹脫塔的底部還設(shè)有出水口。在吹脫塔的下部設(shè)有用以通入空氣的氣體 入口，在氣體入口處還可增設(shè)風(fēng)機(jī)，在吹脫塔內(nèi)填料層的下部還可設(shè)有使氣體均勻分布的 氣體分布板，在吹脫塔的塔頂設(shè)有氣體出口。在城市建設(shè)和發(fā)展過程中，將出現(xiàn)愈來愈多的水景觀，這些水景觀無疑是城市總 體功能的必然要求，無論在生態(tài)或視覺上都有其重要的作用。但許多景觀水體沒有一定的 保護(hù)措施，呈現(xiàn)逐漸惡化的趨勢。所以，研究景觀水的水質(zhì)控制問題，對保證城市生態(tài)用水、 促進(jìn)景觀的功能有效發(fā)揮、改善城市市容市貌、有效緩解城市水資源匱乏具有重要的現(xiàn)實(shí)
眉、ο本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在
(1)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的高能電子、03、H2O2和活性物質(zhì)(0H·、H ·、0 ·等)無選擇性地 與景觀水中的有機(jī)污染物反應(yīng)；
(2)除藻能力比較徹底；
(3)吹脫塔可有效去除等離子體反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氨氮。


圖1是本發(fā)明的一種工藝流程圖。圖2是本發(fā)明的一種裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是一種低溫等離子體反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-高頻高壓電源，2-風(fēng)機(jī)，3-氣體流量計(jì)，4-針電極，5-板電極，6_有機(jī)玻 璃圓柱筒反應(yīng)罐，7-氣泡，8-拉西環(huán)填料層，9-過濾裝置，10-低溫等離子體反應(yīng)器，11-調(diào) 節(jié)罐，12-吹脫塔，13-噴淋裝置，14-進(jìn)氣口，15-出水口，16-出氣口。圖4實(shí)際景觀水中CODtfa的變化曲線圖。圖5實(shí)際景觀水中UV254的變化曲線圖。圖6實(shí)際景觀水中NH3-N的變化曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的裝置如圖2所示，該裝置沿水流方向依次為過濾裝置9、低溫等離子體反 應(yīng)器10、調(diào)節(jié)罐11和吹脫塔12。過濾裝置9采用格柵和篩網(wǎng)綜合處理。吹脫塔12的頂部 設(shè)有與調(diào)節(jié)罐11相通的噴淋裝置13，在噴淋裝置13下方的吹脫塔12內(nèi)設(shè)有填料層8。在 吹脫塔12的底部設(shè)有出水口 15。在吹脫塔12的下部設(shè)有用以通入空氣的氣體入口 14，在 氣體入口 14處還可增設(shè)風(fēng)機(jī)，在吹脫塔12內(nèi)填料層8的下部還可設(shè)有使氣體均勻分布的 氣體分布板，在吹脫塔12的塔頂設(shè)有氣體出口 16。低溫等離子體反應(yīng)器10的結(jié)構(gòu)如圖3所示，低溫等離子體反應(yīng)器10包括反應(yīng)罐 6、與反應(yīng)罐6底部相通的進(jìn)氣裝置、設(shè)于反應(yīng)罐內(nèi)6的針板式反應(yīng)器、在反應(yīng)罐6外部并與針板式反應(yīng)器相連的高頻高壓電源1。針板式反應(yīng)器包括板電極5和針電極4，所述板電極 5位于所述針電極4之上，二者之間根據(jù)不同設(shè)備以及反應(yīng)條件留有相應(yīng)的距離，所述針電 極4設(shè)于反應(yīng)罐6的下部。進(jìn)氣裝置包括風(fēng)機(jī)2和設(shè)在所述風(fēng)機(jī)出口處的氣體流量計(jì)3，氣 體流量計(jì)3通過管路與反應(yīng)罐6的底部相通。待處理的景觀水首先經(jīng)格柵及篩網(wǎng)去除可能造成堵塞的較粗大懸浮物，然后進(jìn)入 低溫等離子體反應(yīng)器。其內(nèi)部水位要淹沒板電極5，且有機(jī)玻璃圓柱筒反應(yīng)罐6外部用絕緣 套包裹。放電氣體(即空氣)依次經(jīng)風(fēng)機(jī)2、和氣體流量計(jì)3，以放電氣泡7的形式進(jìn)入有機(jī) 玻璃圓柱筒反應(yīng)罐6。充氣數(shù)秒后，接通高頻高壓電源1，此時板電極5與針電極4之間形 成高壓電場，電離放電氣體形成大量高能電子，高能電子在極短時間內(nèi)(10_7s)與水反應(yīng)生 成大量· 0H、水合電子￡^_、· 0、H02 等自由基和臭氧。上述活性粒子與水中的有機(jī)污染物 發(fā)生反應(yīng)，從而起到凈化污水的作用。低溫等離子體反應(yīng)后的出水被提升到調(diào)節(jié)罐，用石灰水將其pH調(diào)節(jié)至10左右后， 通入吹脫塔的塔頂并分布到拉西環(huán)填料8的整個表面，通過拉西環(huán)填料8往下流，與此同 時，吹脫空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)從吹脫塔底部進(jìn)入，與廢水逆向流動。采用上述裝置及方法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)選取了南京師范大學(xué)德風(fēng)園池的景觀水體， 實(shí)際景觀水體水質(zhì)效果如下表1.1所示
表1.1德風(fēng)園池實(shí)際景觀水水質(zhì)
NH3-NCODmiiBOD5pHUV2541.74mg/L12.58mg/L8.69mg/L7. 58~8. 360. 365
實(shí)驗(yàn)條件如下空氣流量G=2L/min ；反應(yīng)時間40 min ；反應(yīng)溫度T= (25士2) °C。測定 隨反應(yīng)時間C0Dto，UV254，NH3-N的濃度變化。DCODtfa 的變化
由圖4可知，在實(shí)驗(yàn)條件下，反應(yīng)40 min后，CODtfa的去除率為68. 6%，去除效果較好。2) UV254 的變化
從圖5可以看出，在等離子體氧化作用下，UV254去除率較高，為58.6%。從圖可以看出 在反應(yīng)開始5min內(nèi)，大量不飽和有機(jī)物得以去除，隨反應(yīng)時間的增加，UV254去除率也隨之 增加。3) NH3-N 的變化
在實(shí)驗(yàn)條件下，僅采用低溫等離子體技術(shù)對實(shí)際景觀水進(jìn)行處理，并不能將氨氧化去 除，反而使氨氮濃度提高，氨氮濃度隨反應(yīng)時間的變化如圖6所示。圖中氨氮最終去除率 為負(fù)值，氨氮濃度增為原來的1.44倍。經(jīng)后續(xù)吹脫工藝處理后，測得氨氮的去除率達(dá)到 65-80%。
權(quán)利要求
一種采用低溫等離子體及吹脫聯(lián)合工藝治理景觀水的方法，其特征在于將景觀水過濾后通入低溫等離子體反應(yīng)器中，采用高壓氣液混合放電產(chǎn)生的低溫等離子體進(jìn)行處理，處理后的出水經(jīng)調(diào)節(jié)pH值，再從頂部進(jìn)入吹脫塔內(nèi)，與從底部進(jìn)入吹脫塔的空氣逆向流動進(jìn)行吹脫處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述低溫等離子體反應(yīng)器中的高壓放電由 高頻高壓電源產(chǎn)生，高頻高壓電源的功率為20 100W，產(chǎn)生的電流頻率為5 35kHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述低溫等離子體反應(yīng)器采用針板式反應(yīng) 器進(jìn)行高壓放電，其中針板式反應(yīng)器的針電極采用中空不銹鋼針電極，針板式反應(yīng)器的板 電極采用正方形不銹鋼板，針板式反應(yīng)器的正負(fù)電極間距為3 5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于低溫等離子體處理后的出水調(diào)節(jié)PH值至 9 11。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于采用石灰水調(diào)節(jié)低溫等離子體處理后 的出水的PH值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述吹脫塔內(nèi)裝有拉西環(huán)填料。
7.一種采用低溫等離子體及吹脫聯(lián)合工藝治理景觀水的裝置，其特征在于該裝置包括 過濾裝置、低溫等離子體反應(yīng)器、調(diào)節(jié)罐和吹脫塔，所述過濾裝置與所述低溫等離子體反應(yīng) 器的入水口相通，所述低溫等離子體反應(yīng)器的出水口與所述調(diào)節(jié)罐的一個入水口相通，所 述調(diào)節(jié)罐的出水口與所述吹脫塔的頂部的一個入水口相通；所述低溫等離子體反應(yīng)器包括 反應(yīng)罐、與所述反應(yīng)罐底部相通的進(jìn)氣裝置、設(shè)于所述反應(yīng)罐內(nèi)的針板式反應(yīng)器、在所述反 應(yīng)罐外部并與所述針板式反應(yīng)器相連的高頻高壓電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述的過濾裝置為格柵和篩網(wǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述進(jìn)氣裝置包括風(fēng)機(jī)和設(shè)在所述風(fēng)機(jī)出 口處的氣體流量計(jì)，所述氣體流量計(jì)通過管路與所述反應(yīng)罐的底部相通。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于在所述吹脫塔的頂部設(shè)有與所述調(diào)節(jié)罐 相通的噴淋裝置，在所述噴淋裝置下方的吹脫塔內(nèi)設(shè)有填料層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用低溫等離子體及吹脫聯(lián)合工藝治理景觀水的方法，將景觀水過濾后通入低溫等離子體反應(yīng)器中，采用高壓氣液混合放電產(chǎn)生的低溫等離子體進(jìn)行處理，處理后的出水經(jīng)調(diào)節(jié)pH值，再從頂部進(jìn)入吹脫塔內(nèi)，與從底部進(jìn)入吹脫塔的空氣逆向流動進(jìn)行吹脫處理。本發(fā)明還公開了一種采用低溫等離子體及吹脫聯(lián)合工藝治理景觀水的裝置。
文檔編號C02F9/12GK101928090SQ20101024613
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者付玉玲, 孫亞兵, 徐建華, 李振玉, 王惠英, 王瑾瑜, 繆虹, 鄒婷, 陳穎 申請人:南京大學(xué)