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      一種降解水中四溴雙酚a的方法及系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):4883072閱讀:336來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:一種降解水中四溴雙酚a的方法及系統(tǒng)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及污染物處理技術(shù),特別是涉及一種針對(duì)水中四溴雙酚A的降解處理方法及系統(tǒng)。
      背景技術(shù)
      四溴雙酚A (TBBPA)俗稱八溴醚,是目前比較常見的一種溴類阻燃劑。TBBPA可以通過(guò)制造業(yè)或各種材料的處理等釋放到環(huán)境當(dāng)中去,是一種潛在的持久性、生物積累性和毒性化合物。TBBPA,尤其是它的衍生物,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的毒性研究已經(jīng)引起日益廣泛的關(guān)注,極有可能成為“21世紀(jì)的PCBs”,并將成為今后研究的熱點(diǎn)。常規(guī)的四溴雙酚A的降解方法包括三種紫外光線照射降解、微生物降解以及高溫焚燒等。對(duì)于第一種方法紫外光線照射降解,其缺陷是降解時(shí)間長(zhǎng),并且難以降解徹底。對(duì)于第二種方法微生物降解 ,其缺陷是四溴雙酚A的毒性容易導(dǎo)致微生物死亡,且同此紫外光類似,其降解時(shí)間也比較長(zhǎng),不同條件下其降解半衰期一般在幾天到幾個(gè)月之久,并且難以降解徹底。對(duì)于第三種方法高溫焚燒,由于四溴雙酚A化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定,不但不能被燃燒分解,反而會(huì)產(chǎn)生劇毒二噁英化合物,并且針對(duì)包含四溴雙酚A的水溶液,采用焚燒的方法也非常不方便。因此,如何對(duì)四溴雙酚A進(jìn)行高效地降解是行業(yè)內(nèi)技術(shù)人員都非常關(guān)心的問(wèn)題。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提出一種降解水中四溴雙酚A的方法及系統(tǒng),降解時(shí)間較短,工藝簡(jiǎn)單,適于工業(yè)規(guī)?;瘧?yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下的技術(shù)方案予以解決
      一種降解水中四溴雙酚A的方法,利用等離子體對(duì)含有四溴雙酚A的水溶液進(jìn)行處理。優(yōu)選的,
      所述等離子體由電源施加到等離子體反應(yīng)器的高壓電極和地電極之間,經(jīng)放電產(chǎn)生。在放電產(chǎn)生所述等離子體之前,還包括在所述等離子體反應(yīng)器的高壓電極和地電極之間填充介質(zhì)填料的步驟。所述介質(zhì)填料為粒徑在I 12mm范圍內(nèi),材質(zhì)為絕緣材料的填料。處理過(guò)程中還包括向等離子體和水溶液的混合空間內(nèi)通入空氣的步驟。利用等離子體處理所述水溶液后,再利用微生物降解處理所述水溶液。本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決
      一種降解水中四溴雙酚A的系統(tǒng),電源和等離子體反應(yīng)器;所述等離子體反應(yīng)器為筒式反應(yīng)器,筒內(nèi)插入高壓電極,筒壁作為地電極;所述高壓電極與所述電源相連,含有四溴雙酹A的水溶液置于筒內(nèi),筒壁上設(shè)置有水溶液出口。優(yōu)選的,
      還包括介質(zhì)填料,所述介質(zhì)填料填充在所述等離子體反應(yīng)器的高壓電極和地電極之間。還包括曝氣盤,氣體流量計(jì)和氣泵,所述曝氣盤設(shè)置在所述等離子反應(yīng)器的底部,所述氣泵的氣體輸出口通過(guò)所述氣體流量計(jì)與所述曝氣盤上的氣體入口相連;相應(yīng)地,等離子體反應(yīng)器的筒壁上設(shè)置有氣體出口。還包括玻璃套管,所述玻璃套管套設(shè)在所述高壓電極上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是
      本發(fā)明的降解水中四溴雙酚A的方法及系統(tǒng),利用等離子體對(duì)含有四溴雙酚A的水溶液進(jìn)行處理,利用等離子體中的高能電子、具有氧化特性的自由基、臭氧等活性物質(zhì)參與一系列物理,化學(xué)過(guò)程,從而達(dá)到降解四溴雙酚A的目的。實(shí)驗(yàn)證明,利用等離子體降解四溴雙酚A,針對(duì)四溴雙酚A在水中的濃度相應(yīng)設(shè)置合適的等離子體產(chǎn)生時(shí)的放電電壓,通常30-90分鐘的降解時(shí)間即可達(dá)到98%的降解效率,降解時(shí)間較短,且最終都能降解徹底。同時(shí),降解過(guò)程工藝簡(jiǎn)單,適合大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。


      圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
      一中的降解水中四溴雙酚A的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式
      一中的降解過(guò)程中水溶液中四溴雙酚A的含量隨時(shí)間的變化曲線圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式
      一中的降解過(guò)程中水溶液中剩余的四溴雙酚A的濃度與溴離子濃度的變化曲線圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式
      二中的降 解水中四溴雙酚A的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式
      二中的降解過(guò)程中水溶液中四溴雙酚A的含量隨時(shí)間的變化曲線圖6是本發(fā)明具體實(shí)施方式
      三中的降解水中四溴雙酚A的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明具體實(shí)施方式
      三中的降解過(guò)程中水溶液中四溴雙酚A的含量隨時(shí)間的變化曲線圖。
      具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
      并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
      具體實(shí)施方式

      本發(fā)明提出的降解四溴雙酚A的方法,是利用放電產(chǎn)生的等離子體對(duì)包含四溴雙酚A的水溶液進(jìn)行處理,通過(guò)等離子體中的高能電子、具有氧化特性的自由基、臭氧等活性物質(zhì)參與一系列物理,化學(xué)過(guò)程,達(dá)到降解四溴雙酚A的目的。如圖1所示,為本具體實(shí)施方式
      中的降解水中四溴雙酚A的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)包括電源I和等離子體反應(yīng)器3。等離子體反應(yīng)器3為筒式反應(yīng)器,筒內(nèi)插入高壓電極302,筒壁作為地電極301。高壓電極302與電源I相連,含有四溴雙酚A的水溶液2置于筒內(nèi),筒壁上設(shè)置有水溶液出口 304。其中,電源I可為直流電源、交流電源、單極性脈沖電源或雙極性脈沖電源。本具體實(shí)施方式
      中,電源I采用雙極性脈沖電源,其可提供的峰值電壓范圍為O-lOOkV,重復(fù)頻率為(Γ300ΗΖ,脈沖寬度50(Tl000ns,脈沖上升時(shí)間15 100ns。等離子體反應(yīng)器3具體為同軸線筒式反應(yīng)器,整體高度為300mm,內(nèi)徑為60mm,其高壓電極302采用銅棒。筒壁為有機(jī)玻璃,其內(nèi)表面覆蓋不銹鋼絲網(wǎng)作為接地電極。優(yōu)選地,高壓電極302表面包裹玻璃套管303阻擋介質(zhì)形成介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharges,簡(jiǎn)稱DBD放電),從而有助于提升放電產(chǎn)生等離子體的效率。工作時(shí),電源I施加到等離子體反應(yīng)器3的高壓電極上,等離子體反應(yīng)器3內(nèi)放電產(chǎn)生等離子體,等離子體對(duì)含有四溴雙酚A的水溶液2進(jìn)行處理,處理完后,水溶液2即從等離子體反應(yīng)器3的水溶液出口 304排出。圖1中還示出了電壓探頭11,示波器12和電流探頭13。示波器12的電壓信號(hào)輸入端通過(guò)電壓探頭11連接電源I的輸出端,示波器12的電流信號(hào)輸入端通過(guò)電流探頭13連接筒壁,這樣,即可通過(guò)示波器12監(jiān)測(cè)降解處理過(guò)程中施加的電壓大小和施加的電流大小。需說(shuō)明的是,處理過(guò)程中施加的放電電壓的大小需要根據(jù)用戶所希望的放電時(shí)間長(zhǎng)短,放電電源形式,等離子反應(yīng)器的類型大小,四溴雙酚的濃度等參數(shù)綜合設(shè)定。降解水中的四溴雙酚A時(shí),首先,放電產(chǎn)生等離子體,即將電源電壓施加到等離子體反應(yīng)器的高壓電極和地電極之間,調(diào)節(jié)電源參數(shù),產(chǎn)生放電等離子體;其次,利用產(chǎn)生的等離子體對(duì)含有四溴雙酚A的水溶液進(jìn)行處理。等離子體處理水溶液時(shí),可直接在四溴雙酚A廢水中放電產(chǎn)生等離子體;或在含四溴雙酚A的廢水液面上放電產(chǎn)生等離子體;或把放電四溴雙酚A廢水以各種方法(如噴淋、霧化等方式)進(jìn)入到等離子體空間。本具體實(shí)施方式
      的降解系統(tǒng)和方法中,利用等離子體中的高能電子、具有氧化特性的自由基、臭氧等活性物質(zhì)參與一系列物理,化學(xué)過(guò)程,即可達(dá)到降解四溴雙酚A的目的。降解時(shí),針對(duì)四溴雙酚A在水中的濃度相應(yīng)設(shè)置放電電壓,通常30-50分鐘的降解時(shí)間即可達(dá)到98%的降解效率,降解時(shí)間較短,且最終都能降解徹底。如下,通過(guò)設(shè)置實(shí)驗(yàn)對(duì)本具體實(shí)施方式
      中等離子體降解四溴雙酚A的效果進(jìn)行驗(yàn)證。稱取一定量的四溴雙酚A,將其溶于水中模擬配置濃度分別為200mg/L,100mg/L四溴雙酚A水溶液。配置時(shí),利 用微量氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH值至8 10,可促使四溴雙酚A能大量溶解于水中。降解處理時(shí),設(shè)置雙極性脈沖放電電壓的峰值為32kV。經(jīng)過(guò)不同的放電時(shí)間處理四溴雙酚A水溶液后,利用高效液相色譜儀測(cè)量水溶液中的四溴雙酚A含量,得到水溶液中四溴雙酚A的含量隨時(shí)間的變化曲線圖如圖2所示。從圖2中可知,放電90分鐘左右,兩種水溶液中四溴雙酚A的去除率均達(dá)到98%左右。進(jìn)一步優(yōu)選地,在利用等離子體處理含有四溴雙酚A的水溶液后,再利用微生物降解處理所述水溶液。即對(duì)應(yīng)降解系統(tǒng)中,在降解系統(tǒng)中增設(shè)微生物降解處理器,微生物降解處理器的進(jìn)水口與等離子體反應(yīng)器的筒壁上的水溶液出口連接。如圖3所示,為上述實(shí)驗(yàn)中處理100mg/L四溴雙酚A水溶液時(shí),設(shè)置雙極性脈沖放電電壓的峰值為27kV時(shí),不同放電時(shí)間后,水溶液中剩余的四溴雙酚A的濃度與溴離子濃度的變化曲線圖。從圖3中可以看出,隨著放電時(shí)間增長(zhǎng),四溴雙酚A的濃度不斷降低,溴離子濃度不斷增加,即可表明放電等離子體降解四溴雙酚A過(guò)程中,發(fā)生了脫溴反應(yīng)。因此,先利用等離子體降解四溴雙酚A,轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的溴離子,從而再利用微生物降解溴離子,一方面,利用等離子體和微生物降解配合來(lái)降解徹底,相對(duì)于全程都利用等離子來(lái)降解徹底而言,可節(jié)約系統(tǒng)能耗,在能耗較低的情況下達(dá)到降解徹底的目的;另一方面,可使降解四溴雙酚A廠家中現(xiàn)有的微生物降解設(shè)備得到繼續(xù)利用,可降低廠家的經(jīng)濟(jì)成本。
      具體實(shí)施方式

      具體實(shí)施方式
      與實(shí)施方式一的不同之處在于本具體實(shí)施方式
      中,降解水中四溴雙酚A的系統(tǒng)中還包括填充在等離子體反應(yīng)器的高壓電極和地電極之間的介質(zhì)填料。對(duì)應(yīng)降解方法中即在放電產(chǎn)生所述等離子體之前,還包括在所述等離子體反應(yīng)器的高壓電極和地電極之間填充介質(zhì)填料的步驟。如圖4所示,為本具體實(shí)施方式
      中的降解水中四溴雙酚A的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)包括電源I和等離子體反應(yīng)器3。等離子體反應(yīng)器3中設(shè)置高壓電極、地電極及其與電源之間的連接設(shè)置同具體實(shí)施方式
      一中相同,在此不重復(fù)說(shuō)明。不同的是,等離子反應(yīng)器3中的高壓電極302和地電極301之間填充有介質(zhì)填料305。優(yōu)選地,介質(zhì)填料為粒徑在I 12mm范圍內(nèi),材質(zhì)為絕緣材料的填料,例如玻璃球或者陶瓷球。填充有介質(zhì)填料305后,介質(zhì)填料使得高壓電極302與地電極301之間的放電點(diǎn)分布得更為均勻,從而使得放電產(chǎn)生的等離子能更均勻地分布,使等離子體與水溶液中四溴雙酚A均勻接觸,提高水溶液中四溴雙酚A的降解效率。同樣地,設(shè)置實(shí)驗(yàn)對(duì)本具體實(shí)施方式
      中等離子體降解四溴雙酚A的效果進(jìn)行驗(yàn)證。稱取一定量的四溴雙酚A,將其溶于水中模擬配置濃度分別為200mg/L,100mg/L四溴雙酚A水溶液。降解處理時(shí),設(shè)置雙極性脈沖放電電壓的峰值為32kV,等離子體反應(yīng)器中的固體介質(zhì)填料玻璃球粒徑為9mm,填充的介質(zhì)填料高度為200mm。經(jīng)過(guò)不同的放電時(shí)間處理四溴雙酚A水溶液后,利用高效液相色譜儀測(cè)量水溶液中的四溴雙酚A含量,得到水溶液中四溴雙酚A的含量隨時(shí)間的變化曲線圖如圖5所示。從圖5中可知,放電45分鐘左右,兩種水溶液中四溴雙酚A的去除率均達(dá)到98%左右。

      具體實(shí)施方式

      具體實(shí)施方式
      與實(shí)施方式二的不同之處在于本具體實(shí)施方式
      中,降解水中四溴雙酚A的系統(tǒng)中還包括曝氣盤,氣體流量計(jì)和氣泵,所述曝氣盤設(shè)置在所述等離子反應(yīng)器的底部,所述氣泵的氣體輸出口通過(guò)所述氣體流量計(jì)與所述曝氣盤上的氣體入口相連;相應(yīng)地,等離子體反應(yīng)器的筒壁上設(shè)置有氣體出口。對(duì)應(yīng)降解方法中即處理過(guò)程中還包括向等離子體和水溶液的混合空間內(nèi)通入空氣的步驟。如圖6所示,為本具體實(shí)施方式
      中的降解水中四溴雙酚A的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)包括電源I和等離子體反應(yīng)器3。等離子體反應(yīng)器3中設(shè)置高壓電極、地電極、介質(zhì)填料及其與電源之間的連接設(shè)置同具體實(shí)施方式
      二中相同,在此不重復(fù)說(shuō)明。不同的是,降解系統(tǒng)中還包括曝氣盤4,氣體流量計(jì)5和氣泵6。其中,曝氣盤4設(shè)置在等離子反應(yīng)器3的底部,氣泵6的氣體輸出口通過(guò)氣體流量計(jì)5與曝氣盤4上的氣體入口 401相連。相應(yīng)地,等離子體反應(yīng)器3的筒壁上設(shè)置有氣體出口 306。設(shè)置有曝氣裝置后,等離子體處理四溴雙酚A水溶液時(shí),氣泵6通過(guò)反應(yīng)器3底部的曝氣盤4向反應(yīng)器3內(nèi)通入空氣,并用氣體流量計(jì)5來(lái)調(diào)節(jié)控制通入反應(yīng)器3中的空氣流量。處理過(guò)程中通入空氣,特別是通入氧氣,一方面可降低高壓電極與地電極之間空間內(nèi)放電擊穿場(chǎng)強(qiáng),使放電產(chǎn)生等離子體的過(guò)程更容易。另一方面,可提高放電過(guò)程中產(chǎn)生的等離子體中所包含的臭氧等活性物質(zhì)的含量,提高降解過(guò)程中的降解效果。同樣地,設(shè)置實(shí)驗(yàn)對(duì)本具體實(shí)施方式
      中等離子體降解四溴雙酚A的效果進(jìn)行驗(yàn)證。稱取一定量的四溴雙酚A,將其溶于水中模擬配置濃度分別為200mg/L,100mg/L四溴雙酚A水溶液。降解處理時(shí),設(shè)置雙極性脈沖放電電壓的峰值為32kV,等離子體反應(yīng)器中的固體填料玻璃球粒徑為9_,填充的介質(zhì)填料高度為200_,通入反應(yīng)器中空氣流量為lm3/h。經(jīng)過(guò)不同的放電時(shí)間處理四溴雙酚A水溶液后,利用高效液相色譜儀測(cè)量水溶液中的四溴雙酚A含量,得到水溶液中四溴雙酚A的含量隨時(shí)間的變化曲線圖如圖7所示。從圖7中可知,放電30分鐘左右,兩種水溶液中四溴雙酚A的去除率均達(dá)到98%左右。而放電60分后,兩種水溶液中四溴雙酚A基本被完全去除。 以上內(nèi)容是結(jié)合 具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明,不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干替代或明顯變型,而且性能或用途相同,都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
      權(quán)利要求
      1.一種降解水中四溴雙酚A的方法,其特征在于利用等離子體對(duì)含有四溴雙酚A的水溶液進(jìn)行處理。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降解水中四溴雙酚A的方法,其特征在于所述等離子體由電源施加到等離子體反應(yīng)器的高壓電極和地電極之間,經(jīng)放電產(chǎn)生。
      3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降解水中四溴雙酚A的方法,其特征在于在放電產(chǎn)生所述等離子體之前,還包括在所述等離子體反應(yīng)器的高壓電極和地電極之間填充介質(zhì)填料的步驟。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降解水中四溴雙酚A的方法,其特征在于所述介質(zhì)填料為粒徑在I 12mm范圍內(nèi),材質(zhì)為絕緣材料的填料。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降解水中四溴雙酚A的方法,其特征在于處理過(guò)程中還包括向等離子體和水溶液的混合空間內(nèi)通入空氣的步驟。
      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降解水中四溴雙酚A的方法,其特征在于利用等離子體處理所述水溶液后,再利用微生物降解處理所述水溶液。
      7.一種降解水中四溴雙酚A的系統(tǒng),其特征在于電源和等離子體反應(yīng)器;所述等離子體反應(yīng)器為筒式反應(yīng)器,筒內(nèi)插入高壓電極,筒壁作為地電極;所述高壓電極與所述電源相連,含有四溴雙酹A的水溶液置于筒內(nèi),筒壁上設(shè)置有水溶液出口。
      8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的降解水中四溴雙酚A的系統(tǒng),其特征在于還包括介質(zhì)填料,所述介質(zhì)填料填充在所述等離子體反應(yīng)器的高壓電極和地電極之間。
      9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的降解水中四溴雙酚A的系統(tǒng),其特征在于還包括曝氣盤,氣體流量計(jì)和氣泵,所述曝氣盤設(shè)置在所述等離子反應(yīng)器的底部,所述氣泵的氣體輸出口通過(guò)所述氣體流量計(jì)與所述曝氣盤上的氣體入口相連;相應(yīng)地,等離子體反應(yīng)器的筒壁上設(shè)置有氣體出口。
      10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的降解水中四溴雙酚A的系統(tǒng),其特征在于還包括玻璃套管,所述玻璃套管套設(shè)在所述高壓電極上。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種降解水中四溴雙酚A的方法及系統(tǒng),利用等離子體對(duì)含有四溴雙酚A的水溶液進(jìn)行處理,利用等離子體中的高能電子、具有氧化特性的自由基、臭氧等活性物質(zhì)參與一系列物理,化學(xué)過(guò)程,從而達(dá)到降解四溴雙酚A的目的。本發(fā)明的降解水中四溴雙酚A的方法及系統(tǒng),針對(duì)四溴雙酚A在水中的濃度相應(yīng)設(shè)置合適的產(chǎn)生等離子體的放電電壓,通常30-90分鐘的降解時(shí)間即可達(dá)到98%的降解效率,降解時(shí)間較短,且最終都能降解徹底。同時(shí),降解過(guò)程工藝簡(jiǎn)單,適合大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
      文檔編號(hào)C02F1/46GK103058328SQ20131004315
      公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
      發(fā)明者張若兵, 張永銳, 王黎明 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院
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