等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置及其方法
2023-05-14 00:29:01 2
等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置及其方法
【專利摘要】等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置及其方法，涉及一種水處理。所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置設有反應器、氣體放電管、氣體循環泵、鹼液缸、電極和高頻電源。反應器通水後，通入氧氣和氬氣；開啟氣體循環泵，調節氣體流速；開啟高頻電源，在氣體放電管內利用氣相放電對進氣進行處理，放電時出氣自動被通入鹼液缸，滷化氫和二氧化碳被吸收，剩餘氣體回到反應容器，繼續吹脫水中三滷甲烷進入放電管降解；當放電管內氧氣含量按體積百分比計算低於0.05%時，通過氧氣鋼瓶補充氧氣到0.1%～10%，當鹼液缸內鹼液濃度低於0.05mol/L時，補充鹼液至0.1～5mol/L。
【專利說明】等離子體去除飲用水中三南甲烷裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水處理，尤其是涉及一種等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]近年來，我國飲用水水源汙染日益加劇，目前，淨水廠主要採用「混凝-過濾-氯消毒」的傳統工藝，該工藝能有效去除水中的懸浮物、色度和病原菌，但對其中的溶解性有機物去除效果有限。在氯化消毒過程中這些有機物會與消毒劑反應而產生多種有毒有害副產物，如三滷甲烷(THMs)、滷代乙酸(HAAs)等。其中，THMs是飲用水消毒副產物中含量最高、分布最廣的一類物質，包括三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷、三溴甲烷等。THMs在水中難以自然分解，已被流行病學證實具有致癌性，飲用或使用THMs超標的水，將給人類健康帶來嚴重危害。
[0003]THMs類消毒副產物已成為多數國家和組織的飲用水水質標準中的控制指標。最早，我國只將三氯甲烷(TCM)列入飲用水標準(GB5749-85)中。隨著對水質要求的進一步提高，我國最新的《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)中水質指標由原標準的35項增至106項，增加了 71項，包括對滷代烷烴的限量進行更為嚴格的規定。目前，飲用水中THMs的去除方法主要有活性炭吸附，空氣吹脫和臭氧氧化。活性碳吸附是通過平衡控制的原理去除THMs而不是分解，活性炭很容易達到飽和，需要頻繁的再生，過程複雜，處理費用高([I]Babi, K.G., Koumenides, K.M., Nikolaou, A.D., Makri, C.A., Tzoumerkas, F.K., &Lekkas, T.D.Pilot study of the removal of THMs, HAAs and DOC from drinking water by GACadsorption.Desalination, 2007，210 (I)，215-224)。THMs 屬於滷代烴類化合物，這類化合物的特點是與羥基自由基反應速率低，因此高級氧化技術如臭氧氧化處理時間長，去除效率低。空氣吹脫是一種簡單有效的方法，但該方法只是將THMs從液相轉移到氣相，需要很大的氣水比([2]吳方同；蘇秋霞；吳淑娟.空氣吹脫法去除飲用水中的三滷甲烷，給水排水，2009,35 (12) 26-30)，並帶來空氣汙染([3] WANG, Gen-Shuh; DENG, Ya-Chen; LIN, Tsair-Fuh.Cancer risk assessment from trihalomethanes in drinking water.Science ofthe Total Environment, 2007，387.1:86-95)。因此開發新型THMs處理技術具有重要的現實意義和應用前景。
[0004]低溫放電等離子體是近年來興起的工藝簡單、處理效果好、無二次汙染的新型水處理技術。放電過程中，水分子在等離子體能量的作用下產生大量多種超強活性粒子，這些粒子可以快速與水中的THMs發生反應。由於放電等離子體不但可以生成羥基自由基還能生成大量的氫原子與水化電子。水化電子與THMs反應的速率常數比羥基自由基與THMs反應的速率常數高三個數量級，該技術處理THMs不但速率高，而且徹底。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置。[0006]本發明的另一目的在於提供一種等離子體去除飲用水中三滷甲烷的方法。
[0007]所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置設有反應器、氣體放電管、氣體循環泵、鹼液缸、電極和高頻電源；
[0008]所述反應器設有氧氣進氣口、氬氣進氣口、循環氣體進氣口和循環氣體出氣口 ；反應器中經過曝氣吹脫後的氣體進入氣體放電管，氣體放電管與高頻電源連接，經氣體放電管降解後的氣體通入鹼液缸；鹼液缸出氣口連接氣體循環泵，將經過鹼液吸收後的氣體重新通入反應容器。
[0009]所述氣體放電管可採用玻璃管或石英管等，內電極可採用銅棒、銅管、不鏽鋼棒或不鏽鋼管等，外電極可採用鋁片或鐵片等。
[0010]所述高頻電源的放電頻率可為50~10000Hz。
[0011]所述鹼液可選自氫氧化鈉或氫氧化鉀等，鹼液的濃度可為0.1~5mol/L。
[0012]所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷的方法，採用所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置，包括以下步驟:
[0013]I)反應器通水後,通入氧氣和IS氣；
[0014]2)開啟氣體循環泵，調節氣體流速在5~100ml/s ；
[0015]3)開啟高頻電源，放 電開始，在氣體放電管內利用氣相放電對進氣進行處理，放電時出氣自動被通入鹼液缸，其中滷化氫和二氧化碳被吸收，剩餘氣體通過氣體循環泵回到反應容器，繼續吹脫水中三滷甲烷進入放電管降解，當放電時間大於IOmin時，水中三滷甲烷去除率90%以上；
[0016]4)當放電管內氧氣含量按體積百分比計算低於0.05%時，通過氧氣鋼瓶補充氧氣到0.1%~10%,當鹼液缸內鹼液濃度低於0.05mol/L時，補充鹼液至0.1~5mol/L。
[0017]在步驟I)中，所述氧氣與氬氣的體積比可為(0.1~10): 100，氣與水的體積比可為(0.1~5):1。
[0018]在步驟3)中，所述在氣體放電管內利用氣相放電對進氣進行處理時，出氣中含有氧氣、氬氣、水蒸氣、滷化氫、二氧化碳和未分解的THMs。
[0019]在步驟4)中，所述氧氣和鹼液的補充量也可以按以下化學反應方程式計算:
[0020]2HCX3+2H20+02+100r — 6X>2C032_
[0021](X=Cl，Br,或 I)
[0022]本發明利用氣體循環吹脫水中三滷甲烷，然後氣體放電直接產生等離子體，迅速高效地去除水中三滷甲烷，能耗低、無二次汙染、不改變水的pH值，實現降解產物與水分離，克服單獨氣相或液相放電易產生二次汙染及出水PH下降等缺點。本發明的工藝條件範圍為常溫常壓條件，因此適用於小區供水以及家用飲用水，洗浴用水處理。
[0023]本發明巧妙地將飲用水中的THMs引入等離子體中，在等離子體的作用下發生徹底分解，反應後的混合氣體經過鹼液吸收後重新進入飲用水中吹脫，產生等離子體放電的氣體可閉路循環利用，並實現分解產物與飲用水分離，因此不改變飲用水PH值，無空氣汙染。放電在大氣壓下進行，不需要真空裝置和特殊電源，運行安全，工業放大容易，THMs去除效率高，具有廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】[0024]圖1為本發明所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置實施例的結構示意圖。【具體實施方式】
[0025]以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0026]圖1給出本發明所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置實施例的結構示意圖，設有反應器1、氧氣瓶2、気氣瓶3、氣體放電管4、高頻電源5、鹼液缸6和氣體循環泵7。氧氣瓶2和氬氣瓶3中的氣體通入反應器1，反應器I出氣口連接氣體放電管4，氣體放電管4與高頻電源5連接，氣體放電管4出氣口通入鹼液缸6，鹼液6出氣口經氣體循環泵7接反應器I，將經過鹼液吸收後的氣體重新通入反應器I。
[0027]氣體放電管4可採用玻璃管或石英管等，內電極為銅棒(管)或不鏽鋼棒(管)，外電極為鋁片或鐵片。
[0028]所述高頻電源的放電頻率為50~10000Hz。[0029]以下給出所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷的方法實施例，採用圖1所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置。
[0030]實施例1
[0031]向總容積為15L的反應器I中加入飲用水IOL ;打開氧氣瓶2和氬氣瓶3，向反應器I中充入氣體10L,反應器I內壓力為I個大氣壓，氧氣與IS氣的體積比為1.0% ;打開氣體循環泵7，使水中三滷甲烷被帶入氣體放電管4 ;開啟高頻電源5，氣體被擊穿，在氣體放電管4內形成等離子體，對進水進行處理。實驗條件如下:氣體放電管4的材質為石英，管徑20mm，長度20cm，放電間隙1.5mm，內電極為銅管，外電極為鋁箔，電源頻率為1000Hz，功率50W，氣體流速25ml/s，鹼液缸氫氧化鈉濃度2.0mol/L，體積200mL;三氯甲烷濃度120 μ g/L ;二氯一溴甲烷濃度90 μ g/L ;一氯二溴甲烷濃度60 μ g/L ;三溴甲烷濃度30 μ g/L ;初始PH6.9 ;水中三滷甲烷用國標法測定，pH用酸度計測量。所得數據如表1所示。
[0032]表1
[0033]
【權利要求】
1.等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置，其特徵在於設有反應器、氣體放電管、氣體循環泵、鹼液缸、電極和高頻電源； 所述反應器設有氧氣進氣口、氬氣進氣口、循環氣體進氣口和循環氣體出氣口 ；反應器中經過曝氣吹脫後的氣體進入氣體放電管，氣體放電管與高頻電源連接，經氣體放電管降解後的氣體通入鹼液缸；鹼液缸出氣口連接氣體循環泵，將經過鹼液吸收後的氣體重新通入反應容器。
2.如權利要求1所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置，其特徵在於所述氣體放電管採用玻璃管或石英管，內電極採用銅棒、銅管、不鏽鋼棒或不鏽鋼管，外電極採用鋁片或鐵片。
3.如權利要求1所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置，其特徵在於所述高頻電源的放電頻率為50~10000Hz。
4.如權利要求1所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置，其特徵在於所述鹼液選自氫氧化鈉或氫氧化鉀，鹼液的濃度為0.1~5mol/L。
5.等離子體去除飲用水中三滷甲烷的方法，其特徵在於採用如權利要求1~4中任一所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷裝置，所述方法包括以下步驟: 1)反應器通水後，通入氧氣和IS氣； 2)開啟氣體循環泵，調節氣體流速在5~100ml/S； 3)開啟高頻電源，放電開始，在氣體放電管內利用氣相放電對進氣進行處理，放電時出氣自動被通入鹼液缸，其中滷化氫和二氧化碳被吸收，剩餘氣體通過氣體循環泵回到反應容器，繼續吹脫水中三滷甲烷進入放電管降解，當放電時間大於IOmin時，水中三滷甲烷去除率90%以上； 4)當放電管內氧氣含量按體積百分比計算低於0.05%時，通過氧氣鋼瓶補充氧氣到0.1%~10%,當鹼液缸內鹼液濃度低於0.05mol/L時，補充鹼液至0.1~5mol/L。
6.如權利要求5所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷的方法，其特徵在於在步驟I)中，所述氧氣與氬氣的體積比為(0.1~10): 100。
7.如權利要求5所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷的方法，其特徵在於在步驟I)中，氣與水的體積比為(0.1~5): I。
8.如權利要求5所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷的方法，其特徵在於在步驟3)中，所述在氣體放電管內利用氣相放電對進氣進行處理時，出氣中含有氧氣、IS氣、水蒸氣、滷化氫、二氧化碳和未分解的THMs。
9.如權利要求5所述等離子體去除飲用水中三滷甲烷的方法，其特徵在於在步驟4)中，所述氧氣和鹼液的補充量按以下化學反應方程式計算:
2HCX3+2H20+02+100 r — 6X>2C032_ 其中，X=Cl, Br，或 I。
【文檔編號】B01D53/75GK103496756SQ201310477152
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月14日 優先權日:2013年10月14日
【發明者】王蕾, 劉攀亮 申請人:廈門理工學院