一种高效、快速处理污水中全氟化合物的装置及其方法

摘要

本发明公开了一种高效、处理污水中全氟化合物的装置及其方法。所述装置包括等离子体介质阻挡放电反应器、循环泵、蓄水池和放电电源，反应器进水口与循环泵出水管连接，反应器出水口和循环泵进水管均与蓄水池连接，放电电源与等离子体介质阻挡放电反应器的高压电极(304不锈钢棒)连接。处理方法为：将含全氟化合物的污水置于蓄水池中，利用循环泵将污水导入反应器中进行循环流动，调节放电电源的电压、电流，进行放电处理。本发明采用单介质阻挡放电技术，能有效降解污水中的全氟化合物的活性粒子，降解率可达到100％，且无需添加任何化学药品，不产生二次污染，对环境友好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效、快速处理污水中全氟化合物的装置与方法，属于水处理技术领域。

背景技术

全氟化合物由于其具有良好的化学和热稳定性、表面活性及疏水疏油等特性，广泛应用于防污剂，食品包装和阻燃剂等各个领域，导致对水、沉积物、人类血液和野生生物的持续污染。最近的研究表明，全氟化合物与致癌性、不孕症、先天缺陷和免疫功能降低相关，具有生殖毒性、发育毒性、肝脏毒性和神经毒性，以及潜在的遗传和致癌性。

全氟化合物结构中，碳原子上的氢全部被氟原子取代，碳原子与之结合形成稳定的C-F键，键能为483kJ/mo1，而氟具有很高的电负性(-4.0V)，很难被氧化失去电子。因此，全氟化合物的结构非常稳定，常规的方法几乎不能对其产生降解效果。目前，去除全氟化合物的方法主要有生物法、超声、膜分离技术、吸附及光催化等。其中，吸附、膜分离仅仅浓缩了全氟化合物，并未对其产生根本性的去除，且容易产生二次污染；超声波技术耗能大且效率低下；生物法降解周期较长，降解不彻底；而光催化氧化法则存在反应时间长、脱氟缓慢且光能利用率低等问题。

因此，寻求一种处理效果较好且成本较低的去除全氟化合物的方法显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何高效、快速处理污水中的全氟化合物。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效、快速处理污水中全氟化合物的装置，包括设有电源控制器(1)的放电电源(2)、蓄水池(3)、循环泵(4)和等离子体介质阻挡放电反应器(5)，所述等离子体介质阻挡放电反应器(5)与放电电源(2)连接，所述介质阻挡反应器(5)设有反应器进水口(6)和反应器出水口(7)，所述循环泵(4)设有进水管(8)和出水管(9)，所述反应器进水口(6)与出水管(9)相连，所述反应器出水口(7)、进水管(8)均与蓄水池(3)连接。

优选地，所述等离子体介质阻挡放电反应器(5)包括管式反应器(5-1)，所述管式反应器(5-1)内依次同轴套设有用作介质阻挡放电的内石英管(5-2)和用作高压电极的不锈钢棒(5-3)，所述管式反应器(5-1)内还设有缠绕在石英管(5-2)外壁的用作接地电极的不锈钢线圈(5-4)；所述管式反应器(5-1)的上端设有同轴的储水罐(5-5)，所述储水罐(5-5)的上端设有反应器进水口(6)，所述储水罐(5-5)的底部设有通往管式反应器(5-1)的注水孔(5-6)。

优选地，所述注水孔(5-6)设为对称分布，数量为4～10个。

优选地，所述管式反应器(5-1)和储水罐(5-5)均为石英玻璃制成。

优选地，所述管式反应器(5-1)的内径为30～40mm，所述石英管(5-2)的直径为11～13mm，所述不锈钢棒(5-3)的直径为10～12mm.

优选地，所述管式反应器(5-1)和内石英管(5-3)的管壁厚度均为4～6mm。

本发明还提供一种高效、快速处理污水中全氟化合物的方法，采用所述的高效、快速处理污水中全氟化合物的装置进行处理，包括如下步骤：将含全氟化合物的污水置于蓄水池中，通过循环泵将所述污水导入等离子体介质阻挡放电反应器中，进行放电处理。

优选地，所述污水中，全氟化合物的浓度为1～100mg/L。

优选地，所述循环泵的流量为100～150mL/min。

优选地，所述放电处理的条件为：放电电压50～80V，电流0.8～2A，处理时间30～60min。

本发明的技术原理如下：

在石英管内插入(304)不锈钢棒，其上端与放电高压电极相连，石英管外缠绕不锈钢丝接地构成闭合回路，利用高压放电装置进行介质放电。介质阻挡放电产生的高能电子与气体、水分子进行反应时便会产生多种自由基：N·、O·、H·、OH·和O

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明实验方法简单，操作简便，可以实现污水的连续流处理，装置成本及运行成本较低；

2.本发明利用单介质阻挡放电技术，高效处理污水中全氟化合物，降解率接近100％；

3.本发明在进行污水处理时，无需添加化学试剂，处理过程简单，无废弃物和二次污染。

附图说明

图1为本发明的一种高效、快速处理污水中全氟化合物的装置的结构示意图；

图2为等离子体介质阻挡放电反应器的主视图；

图3为等离子体介质阻挡放电反应器的俯视图。

附图标记：1.控制器；2.放电电源；3.蓄水池；4.循环泵；5.等离子体介质阻挡放电反应器；6.反应器进水口；7.反应器出水口；8.进水管；9.出水管；5-1管式反应器；5-2.内石英管；5-3.304不锈钢棒；5-4.304不锈钢线圈；5-5.储水罐；5-6.注水孔。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例1-3采用如图1所示的高效、快速处理水中全氟化合物的装置，包括设有控制器1的放电电源2、蓄水池3、循环泵4和等离子体介质阻挡放电反应器5，等离子体介质阻挡放电反应器5与放电电源2连接，等离子体介质阻挡放电反应器5设有反应器进水口6和反应器出水口7；循环泵4上设有进水管8与出水管9，反应器进水口6与循环泵出水管9相连，反应器出水口7和循环泵进水管8均与蓄水池3相连。如图2和图3所示，等离子体介质阻挡放电反应器5包括由内径为30mm的石英管制成的的管式反应器5-1，管式反应器5-1内依次同轴套设有用作介质阻挡放电的石英管5-2和用作高压电极的304不锈钢棒5-3，管式反应器5-1内还设有缠绕在石英管5-2外壁的用作接地电极的304不锈钢线圈5-4；石英管5-2的内径为11mm，304不锈钢棒5-3的直径为10mm，管式反应器5-1与石英管5-2的厚度均为4mm，管式反应器5-1与石英管5-2之间的环隙构成放电反应区，环隙间距为5.5mm，放电反应区的长度为275mm；管式反应器5-1的上部设有同轴的石英玻璃储水罐5-5，石英玻璃储水罐5-5的上部设有反应器进水口6，储水罐5-5的底部设有通往放电反应区的注水孔5-6，为对称分布，数量为6个，管式反应器5-1的底部设有反应器出水口7。

采用上述装置进行污水处理时，采用实验室人工配制的全氟化合物待处理溶液作为模拟污水，配制浓度为1～100mg/L的全氟化合物待处理溶液置于蓄水池3中，调节循环泵4的流量至120mL/min，使待处理溶液由反应器进水口6进入反应器中，能够平稳的循环流动，调节放电电源的电压、电流，待处理溶液经过放电反应区进行放电处理。

实施例1

一种高效、快速处理污水中全氟化合物的方法：

配制浓度为10mg/L的全氟化合物待处理废水500mL，置于蓄水池3中，调节循环泵4的流速至120mL/min，经循环泵4将废水导入等离子介质阻挡放电反应器5中，循环流动。通过电源控制器1调节电压为80V，电流为1.0A，处理50min后检测蓄水池3中全氟化合物的浓度，结合待处理废水中全氟化合物的浓度，计算出全氟化合物的降解率为99％。

实施例2

一种高效、快速处理污水中全氟化合物的方法：

配制浓度为10mg/L的全氟化合物待处理废水500mL，置于蓄水池3中，调节循环泵4的流速至120mL/min，经循环泵4将废水导入等离子介质阻挡放电反应器5中，循环流动。通过电源控制器1调节电压为80V，电流为1.5A，处理30min后检测蓄水池3中全氟化合物的浓度，结合待处理废水中全氟化合物的浓度，计算出全氟化合物的降解率为99％。

实施例3

一种高效、快速处理污水中全氟化合物的方法：

配制浓度为10mg/L的全氟化合物待处理废水500mL，置于蓄水池3中，调节循环泵4的流速至120mL/min，经循环泵4将废水导入等离子体介质阻挡放电反应器5中，循环流动。通过电源控制器1调节电压为50V，电流为1.0A，处理40min后检测蓄水池4中全氟化合物的浓度结合待处理废水中全氟化合物的浓度，计算出全氟化合物的降解率为98％。

在上述实施例中，整个装置运行良好。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。