一種線筒式介質(zhì)阻擋放電協(xié)同活性炭纖維降解水中三氯卡班的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于難生化降解有機(jī)廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種線筒式介質(zhì)阻擋放電協(xié)同活性炭纖維降解水中三氯卡班的裝置以及使用這種裝置進(jìn)行廢水處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三氯卡班(TCC)作為一種高效、廣譜、安全的新型抗菌劑，在醫(yī)療消毒劑中有著廣泛應(yīng)用。適用于香皂、香波、沐浴露、洗手液、洗面奶、美容液、去痘霜、洗衣粉、洗衣液、創(chuàng)傷膏、美容化妝品、須用泡沫膏、牙膏、漱口水、抗菌餐具洗滌劑、傷口消毒劑、織物抗菌整理劑、醫(yī)用消毒劑、纖維紡織品和除腋臭及腳氣類產(chǎn)品的殺菌、抑菌和除臭成分。然而，在其生產(chǎn)和使用的過程中，會進(jìn)入環(huán)境水體，對水環(huán)境造成污染。作為一種新型的內(nèi)分泌干擾素，三氯卡班能引起人體肝細(xì)胞的DNA損傷，并呈現(xiàn)顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系和時(shí)間效應(yīng)關(guān)系。其中L02細(xì)胞對三氯卡班更為敏感，在低暴露劑量(2.38 μ mo I/L)下就可以引起DNA斷裂損傷。在藥品和個人護(hù)理用品中添加的抗菌化學(xué)物質(zhì)三氯卡班，有可能引發(fā)包括癌癥、生殖功能障礙和發(fā)育異常等病癥的諸多問題。而且三氯卡班被列為大量生產(chǎn)的化學(xué)物質(zhì)，對水生生物體也具有潛在的高風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要對水中的三氯卡班進(jìn)行有效處理。由于三氯卡班的難生化降解，容易在傳統(tǒng)的生物法中的活性污泥和廢水出水中存留下來，造成環(huán)境水體污染。
[0003]低溫等離子體包括羥基自由基、臭氧、紫外光等活性物質(zhì)，可有效降解難生化處理的有機(jī)廢水，降解速率快。介質(zhì)阻擋放電是有絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種非平衡態(tài)氣體放電，能夠在大氣壓下產(chǎn)生大體積、高能量密度的低溫等離子體。在大氣壓下，這種氣體放電呈現(xiàn)微通道的放電結(jié)構(gòu)，每個微放電的時(shí)間過程都很短暫，壽命不到10ns，而電流密度卻很高。線筒式介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的等離子體比普通針狀電暈放電更多，能產(chǎn)生大量臭氧，放電更加穩(wěn)定，降解效率也要更高。但是由于介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的臭氧利用效率低，礦化效率不好，限制了其應(yīng)用，因此必須采用一種高效的降解方法對水中的三氯卡班進(jìn)行降解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是利用低溫等離子體協(xié)同活性炭纖維技術(shù)，在降解和吸附三氯卡班的過程中實(shí)現(xiàn)即時(shí)再生及改性活性炭纖維，提供了一種線筒式介質(zhì)阻擋放電協(xié)同活性炭纖維降解水中三氯卡班的裝置及方法，以期解決或緩解三氯卡班所造成的水體污染問題。該方法具有反應(yīng)條件溫和、處理效果好、反應(yīng)效率高、無二次污染、重復(fù)使用效果好等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種線筒式介質(zhì)阻擋放電協(xié)同活性炭纖維降解水中三氯卡班的裝置，該裝置包括筒狀反應(yīng)器、連通在筒狀反應(yīng)器上部的布水槽、循環(huán)緩沖容器、分別連接交流高壓電源正負(fù)極的棒狀高壓電極和接地電極，所述的棒狀高壓電極設(shè)置在所述的筒狀反應(yīng)器內(nèi)，所述的接地電極覆蓋在所述筒狀反應(yīng)器的外壁上，所述筒狀反應(yīng)器的內(nèi)壁上固定有活性炭纖維層，所述活性炭纖維層的表面上設(shè)有多孔擋板，所述的循環(huán)緩沖容器分別連通設(shè)在所述布水槽側(cè)壁上的廢水入口和設(shè)在所述筒狀反應(yīng)器底部的廢水出口形成廢水循環(huán)管路。
[0007]所述活性炭纖維層中的活性炭纖維用去離子水洗過后在100?130°C的烘箱中烘干，然后設(shè)置在筒狀反應(yīng)器的內(nèi)壁上，并用多孔擋板固定，以層狀結(jié)構(gòu)圍成一圈。
[0008]所述的布水槽與所述的筒狀反應(yīng)器同軸相連。
[0009]所述的棒狀高壓電極沿軸向從布水槽的上部插入筒狀反應(yīng)器內(nèi)，并固定在布水槽上部的石英板上。所述的棒狀高壓電極通過橡膠塞固定在石英板上。
[0010]所述的循環(huán)緩沖容器內(nèi)設(shè)有攪拌器，確保緩沖容器中廢水混合均勻；所述的攪拌器為磁力攪拌器。
[0011 ] 所述的循環(huán)緩沖容器通過管道和蠕動泵連通設(shè)在所述布水槽上的廢水入口，所述的循環(huán)緩沖容器通過管道連通設(shè)在所述筒狀反應(yīng)器底部的廢水出口。所述筒狀反應(yīng)器的出水采用重力自流方式，減少動力消耗。
[0012]所述筒狀反應(yīng)器的頂部在布水槽的底部形成溢流堰，確保廢水沿筒狀反應(yīng)器的內(nèi)壁均勻流下。所述的溢流堰為齒形堰。
[0013]所述的棒狀高壓電極為鋁棒；接地極為薄壁鋁板。
[0014]所述布水槽的下部為凹形弧面使進(jìn)水分布均勻，所述布水槽的上部開有通氣口，保持反應(yīng)器內(nèi)壓力平衡。
[0015]上述筒狀反應(yīng)器、多孔擋板和布水槽的材料均為石英玻璃。
[0016]廢水通過進(jìn)水蠕動泵提供的動力進(jìn)行循環(huán)，連通在所述廢水進(jìn)口和循環(huán)緩沖容器之間的婦動泵進(jìn)水流速為30?50ml/min。
[0017]—種線筒式介質(zhì)阻擋放電協(xié)同活性炭纖維降解水中三氯卡班的方法，將三氯卡班廢水采用蠕動泵通入到上述裝置的布水槽內(nèi)，廢水以液膜方式流過設(shè)在筒狀反應(yīng)器內(nèi)壁上的活性炭纖維層，打開交流高壓電源電流進(jìn)行介質(zhì)阻擋放電，產(chǎn)生低溫等離子體，等離子體協(xié)同活性炭纖維對三氯卡班廢水進(jìn)行處理。
[0018]所述交流高壓電源的輸出功率為60?100W ;進(jìn)水流速為30?50mL/min ;所述的含三氯卡班廢水中三氯卡班的濃度為2?20mg/L。
[0019]介質(zhì)阻擋放電等離子體協(xié)同活性炭纖維對含三氯卡班廢水進(jìn)行處理的時(shí)間為3 ?18min0
[0020]所述的含三氯卡班廢水的pH為2?7。
[0021]本發(fā)明中介質(zhì)阻擋放電協(xié)同活性炭纖維技術(shù)其反應(yīng)時(shí)間短、去除效果好、礦化程度高，可在短時(shí)間內(nèi)去除水中的三氯卡班；可以對活性炭纖維進(jìn)行改性，提高其吸附及催化性能；等離子體能再生活性炭纖維，活性炭纖維重復(fù)利用性好，循環(huán)利用降解效率更高。
[0022]活性炭纖維(ACFs)作為新型的環(huán)境功能材料，從20世紀(jì)70年代逐步發(fā)展，與目前常用的粉末或顆粒狀活性炭相比，它具有微孔含量大，孔徑小，孔徑分布窄，比表面積大；能增強(qiáng)臭氧的礦化與降解效果，提高臭氧的利用效率；對低濃度的吸附質(zhì)有良好的吸附性能。重要的是，本發(fā)明將活性炭纖維放在低溫等離子體的環(huán)境中，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)活性炭纖維的吸附再生與改性，進(jìn)一步提高降解效率，增強(qiáng)活性炭纖維的循環(huán)利用。等離子體一一吸附一一催化聯(lián)用技術(shù)處理難降解廢水，可通過活性炭纖維吸附來富集有機(jī)污染物，同時(shí)利用等離子體來降解吸附在活性炭纖維的三氯卡班，達(dá)到再生的目的。
[0023]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0024](I)線筒式介質(zhì)阻擋放電協(xié)同活性炭纖維能在較短時(shí)間內(nèi)有效去除水中的三氯卡班，比現(xiàn)在的生物法及化學(xué)法有更高的降解效率；
[0025](2)在介質(zhì)阻擋等離子體反應(yīng)區(qū)域加入活性炭纖維能充分利用介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的臭氧提尚二氯卡班廢水中總有機(jī)碳的去除率；
[0026](3)反應(yīng)器采用線筒式能提高等離子體與活性炭纖維的接觸面積，同時(shí)產(chǎn)生大量的等離子體，將反應(yīng)區(qū)域維持在一個高濃度臭氧的環(huán)境，提高降解效率；
[0027](4)隨著介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)的進(jìn)行，吸附在活性炭纖維表面的三氯卡班被逐漸降解，線筒式反應(yīng)器中的活性炭纖維達(dá)到再生，可大大提高重復(fù)利用率；
[0028](5)經(jīng)過介質(zhì)阻擋放電等離子體改性，活性炭纖維的吸附及催化能力得到增強(qiáng)，進(jìn)一步提尚協(xié)同降解效率；
[0029](6)充分利用廢水的重力自流，減少動力消耗，裝置簡單易操作。
【附圖說明】
[0030]圖1為線筒式介質(zhì)阻擋放電協(xié)同活性炭纖維降解水中三氯卡班裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖2為筒狀反應(yīng)器和布水槽的俯視圖。
[0032]圖3為三氯卡班降解率隨功率的變化曲線。
[0033]圖4為三氯卡班降解率隨活性炭纖維重復(fù)利用次數(shù)的變化曲線。
[0034]圖中，I一交流高壓電源、2—通氣口、3—棒狀高壓電極、4一布水槽、5—廢水入口、
6—婦動栗、7—循環(huán)緩沖容器、8—磁力攬樣器、9一廢水出口、10一筒狀反應(yīng)器、11 一接地電極、12—放電區(qū)域、13—活性炭纖維層、14 一多孔擋板。
【具體實(shí)施方式】
[0035]如圖1和2所示，一種線筒式介質(zhì)阻擋放電協(xié)同活性炭纖維降解水中三氯卡班的裝置，該裝置包括筒狀反應(yīng)器10、同軸連通在筒狀反應(yīng)器10上部的布水槽4、循環(huán)緩沖容器7、分別連接交流高壓電源I正負(fù)極的棒狀高壓電極3和接地電極11，所述的棒狀高壓電極3沿軸向從布水槽4上部插入筒狀反應(yīng)器10并用橡膠塞固定在布水槽4上部的石英板上，所述的接地電極11覆蓋在所述筒狀反應(yīng)器10的外壁上，所述筒狀反應(yīng)器10的內(nèi)壁上固定有活性炭纖維層13，所述活性炭纖維層13的表面上設(shè)有多孔擋板14用于固定活性炭纖維層13，所述的循環(huán)緩沖容器7通過管道和蠕動泵6連通設(shè)在所述布水槽側(cè)壁上的廢水入口5，所述的循環(huán)緩沖容器7通過管道連通設(shè)在所述筒狀反應(yīng)器10