申請日2015.10.19

　　公開(公告)日2017.04.26

　　IPC分類號C02F1/46; H05H1/48; C02F101/30

　　摘要

　　本發明以石墨為陽極，以金屬鈦或鈮為陰極，共同浸入含有有機污染物的高鹽廢水中，并在陰陽極之間施加100V-700V的電壓。由電流熱效應產生的陰極表面氣膜在臨界電壓下被擊穿并產生微區電弧放電，在鈦陰極附近產生活性粒子和強氧化性粒子。這些粒子與廢水中有機污染物作用，將有機物氧化為水和二氧化碳等無污染小分子。同時，等離子體放電區的高溫也將一部分有機物直接氧化成石墨顆粒。該方法使有機物降解效率得到了大幅度提升，同時電極成本低，電極損耗小，有利于大規模應用于廢水處理。本發明還針對陰極微弧等離子體降解廢水中有機污染物方法，提供了相應的陰極微弧等離子體降解有機廢水的裝置。裝置包括高壓電源、液相微弧等離子體放電反應器、銅制電極導線、螺旋式可調支柱、上擋板、陰極板、陽極板、反應器外殼、進水口和排水口。

　　權利要求書

　　1.陰極微弧放電等離子體降解廢水中有機物的方法，其特征在于，包含以下幾個步驟：待處理廢水經過機械過濾后，流入反應容器中。廢水與電極直接接觸，通入電流后，陰極極板附近的氣膜擊穿形成高溫微弧等離子體放電區，產生的大量高能活性粒子進入廢水中作用于有機物;同時等離子體放電區高溫也直接促進有機物分解。

　　2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于陽極極板為石墨，陰極極板為金屬鈦或鈮。陰極和陽極間施加電壓為100V-700V，陰極表面產生微弧等離子體放電。

　　3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于廢水中的電解質為常見強電解質，其陰離子包括Cl-，SO42-，NO3-等。有機污染物為苯酚、氯苯等各種有機物，特別是難降解有毒的有機物。

　　4.一種應用權利要求1所述的陰極微弧放電等離子體降解廢水中有機物方法的水處理裝置，其特征在于，所述裝置包括高壓電源、液相微弧等離子體放電反應器、銅制電極導線、螺旋式可調支柱、上擋板、陰極板、陽極板、反應器外殼、進水口和排水口。

　　5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，包括一個液相微弧等離子體放電反應器，反應器有進水口和出水口，其特征在于，反應器內污水中設有電極，電極通過引線與外接電源相連，陽極為平板式/網式結構的一種，陰極為平板式。

　　6.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述螺旋式可調支柱為絕緣外殼，內部包裹導線。螺旋式可調支柱可以控制陰極極板與陽極間的距離。

　　說明書

　　陰極微弧放電等離子體降解廢水中有機物的方法及裝置

　　技術領域

　　本發明屬于環境污染處理領域，涉及一種陰極微弧放電液相等離子體快速降解有機廢水的方法及處理裝置。

　　背景技術

　　在工業生活產生的廢水中，有機物是水體中主要污染源之一。除了物理吸附、化學分解、生物降解外，還可以利用高壓極板間的等離子體放電現象降解廢水中有機物。該方法將電極板放入廢液池中，在極板間施加數萬伏電壓，極板間擊穿瞬間產生的高密度等離子體，它與水反應產生多種基團和粒子，促進有機物的降解。

　　采用液相等離子體放電降解廢水中的有機物是近年來的研究熱點。該方法的屬于液中放電，沒有曝氣裝置，電壓由數萬伏降至數百伏。該方法具有效率高、污染小、操作方便等優點。目前，液相等離子體降解法主要集中在陽極放電。公開專利申請CN1583589A就是傳統的陽極等離子體放電降解方式。在等離子體放電過程中，陽極附近會有大量·OH，·O，H2O2，O3等強氧化活性粒子以及高能電子、紫外線，對目標物直接產生作用，將有機物氧化為容易降解的物質。但是處理后的溶液中依然含有大量有機物，不能直接排放，同時該方法的陽極損耗明顯，陽極金屬離子溶解到水體中還會造成二次污染。另外，陽極通常采用鉑電極，電極成本很高，這阻礙了陽極等離子體放電降解方法的大規模推廣應用。

　　液相等離子體放電分為電暈放電、輝光放電和弧光放電，其放電強度依次增強。電暈放電和輝光放電的等離子體屬于低溫等離子體，能量釋放效率較低。弧光放電屬于熱等離子體，其等離子體溫度在5000K以上，在等離子體區能激發出更多強氧化性粒子，作用于目標污染物，提高了降解效率。同時等離子體區的高溫可以直接作用于有機污染物，瞬間將部分有機物碳化。液體中陽極表面發生氧化反應，形成絕緣氧化膜后容易實現陽極等離子體放電，但電極損耗大。而陰極微弧放電不容易實現，需要先形成氣膜，再使氣膜擊穿放電。專利201510149567.X為電暈放電處理有機廢水的方法，其放電較弱，并采用鉑電極，處理效果還需要提高。利用陰極弧光放電現象進行液相等離子體降解有機污染物的方法還少有探索。

　　發明內容

　　針對以上不足，本發明以石墨為陽極，以價格較低的金屬鈦或鈮為陰極，共同浸入含有有機污染物的高鹽廢水中。在陰、陽極之間施加幾百伏的電壓，由電流熱效應產生的陰極表面氣膜在臨界電壓下被擊穿，發生弧光放電，大量微弧在電極表面移動，在陰極附近產生活性粒子和強氧化性粒子。這些粒子與廢水中的有機物作用，將有機物氧化為水和二氧化碳等無污染小分子。同時，微弧等離子體放電區的高溫也直接將一部分有機物氧化成石墨顆粒。該方法使有機物降解效率得到大幅度提升，同時采用的鈦或鈮電極成本遠低于常用的鉑電極，陰極放電的電極損耗也遠小于陽極放電，避免電極本身對廢水的二次污染。

　　本發明的目的是提供一種新型的廢水中有機物快速降解方法及裝置，把陰極微弧放電等離子體技術引入到有機物廢水降解過程。降解效率高于現有的等離子體放電降解方法，并減少電極的損耗，降低電極成本，使該方法能夠大規模應用于有機廢水處理。

　　本發明是在微弧放電等離子體技術基礎上提出的，本發明提出的技術方案如下：

　　一種陰極微弧放電等離子體降解廢水中有機物的方法，包括以下步驟：

　　含有難降解有機物的廢水經過機械過濾后，流入反應容器中。廢水與電極直接接觸，通入電流后，陰極極板附近的氣膜擊穿放電形成高溫微弧等離子體放電區。產生的大量高能活性粒子進入廢水中作用于有機物;同時等離子體放電區高溫也直接分解有機物。

　　陽極極板為石墨，陰極極板為金屬鈦或鈮。陰極和陽極間施加電壓為100V-700V，陰極表面產生微弧等離子體放電，處理時間為10min-30min。。

　　廢水中的電解質為常見強電解質，其陰離子包括Cl-，SO42-，NO3-等。有機污染物為苯酚、氯苯等各種有機物，特別是難降解的有機物。

　　針對上述處理方法，還提供了一種陰極微弧放電等離子體降解有機廢水的裝置，所述裝置包括高壓電源、液相微弧等離子體放電反應器、銅制電極導線、螺旋式可調支柱、上擋板、陰極板、陽極板、反應器外殼、進水口和排水口。

　　進一步優選技術方案為：所述的裝置特征在于，包括一個液相微弧等離子體放電反應器，反應器有進水口和出水口，其特征在于，反應器內污水中設有電極，電極通過引線與外接電源相連，陽極為平板式/網式結構的一種，陰極為平板式。另外特征在于，所述螺旋式可調支柱為絕緣外殼，內部包裹導線。螺旋式可調支柱可以控制陰極極板與陽極間的距離。

　　本發明的優點在于：(1)相對于傳統的電暈或輝光放電方法，本發明采用的弧光放電等離子體能量高，使降解速度大幅提高;(2)降解過程中不需要添加催化劑、氧化劑，不需要調節待處理液的pH值;(3)放電電極為陰極，大幅減小了電極的損耗，電極上幾乎沒有析出物，不會造成二次污染。(4)采用金屬鈦或鈮陰極和石墨陽極，取代常用的鉑電極，大幅度降低了成本，能夠大規模應用。(5)本發明適合各種有機廢水降解處理，特別是高濃度、難降解的有毒有害有機污染物。