专利名称：采用低温等离子体及吹脱联合工艺治理景观水的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种景观水体微污染治理领域，具体涉及一种采用低温等离子体及吹 脱联合工艺治理景观水的方法及其装置。
背景技术：
随着经济的发展和生活水平的不断提高，人们对居住环境的要求也越来越高，碧 波荡漾的自然美景成了人们的追求。为满足人类亲水的心理需求，在城市绿地、公园建设 中，人工湖泊、河道及景观水池不断涌现。然而，城市景观水体多为封闭缓流水体，具有水域 面积小、水体自净能力低等特点，使得景观水体极易受污染，甚至发黑发臭，严重影响了周 围的自然环境和居民的生活环境。因此，加强污染景观水体的修复，重新恢复其在城市中的 生态功能与美学价值，具有迫切性。然而，景观水体污染多为微污染，发生期短、流动性极差、且美学要求高等特点，使 其不能直接使用城市污水处理技术来治理和控制。因此，研究开发适合景观水污染控制技 术对提高城市环境质量和减少城市生态用水具有重要的现实意义。等离子体是物质存在的第四种状态，它由电离的导电气体组成，其中包括六种典 型的粒子，即电子、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子以及光子。最 常用的人工产生等离子体的方法是高压放电，高压放电过程中形成大量高能电子，在有水 分子存在时，高能电子在极短时间内(I(T7s)与水反应形成大量自由基和臭氧，在高压放电 等离子体中自由基种类很多，主要有羟基自由基· 0H、水合电子￡^_、· 0、HO2 等，它们都具 有强的氧化性。
H2O -^·ΟΗ +S^+·Η + H2O2 + H3O+H2 · O — )2 · OH
Ο2+·Ο—Ο3臭氧具有很强的水溶性，其在水中的溶解度约为氧气的13倍，臭氧溶于水后发生 一系列反应生成氧化能力极强的· 0Η。
O3 ^o3+·ο
O+ H* +S
O3 + H2O2 — ·ΟΗ + O2+ HO2 ·
O3 + HO2 · — ·ΟΗ +O2+ O/高压放电过程中由于高能电子的轰击作用，可以在水溶液中生成H2O2，并在高压放电产生的UV的作用下进一步分解为氧化能力极强的· 0H。 O3 + H2O+Av — H2O2 + O2利用高压放电产生等离子体，已经应用于静电除尘、空气净化等领域。但是采用等 离子体处理污水时易造成氨氮含量的升高，在处理污染物的同时又带来新的污染物，从而 制约了等离子体在污水治理方面的应用。吹脱法用于脱除水中溶解气体和某些挥发性物质，但该法是将污染物从水中分离 至大气中，造成原本存于水中的溶解气体和可挥发性物质进一步污染大气。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述问题，针对景观水体微污染日益加剧的现实，提供 一种采用低温等离子体及吹脱联合工艺治理景观水的方法，该综合处理方法将两种工艺有 机结合并协同处理景观水，有效地解决或缓解了景观水体污染的紧张局势。本发明的目的可以通过以下措施达到
一种采用低温等离子体及吹脱联合工艺治理景观水的方法，将景观水过滤后通入低 温等离子体反应器中，采用高压气液混合放电产生的低温等离子体进行处理，处理后的出 水经调节PH值，再从顶部进入吹脱塔内，与从底部进入吹脱塔的空气逆向流动进行吹脱处 理。低温等离子体反应器采用高压放电的方式产生等离子体。在反应器底部注入空 气，使下层溶液内的气体均勻分布，在下层溶液和上层溶液之间对应设置的针电极和板电 极之间施加高压脉冲，在高强电场作用下，产生等离子体反应。气液混合放电方法不仅可以 产生03、H2O2、高能电子和紫外光辐射，而且还会产生大量的活性物质(0Η ·、H ·、0 ·等)。 这些高能量的电子(I-IOeV)和强氧化性物质可有效降解景观水体中的有机污染物。低温 等离子体反应器中高压放电由高频高压电源产生，高频高压电源的功率为20 100W，产生 的电流频率为5 35kHz，优选为15 25kHz，最优选20kHz左右；高压放电采用针板式反 应器，针板式反应器的规格具体规格根据通过最大进水量设计；针板式反应器的针电极采 用中空的不锈钢针电极，板电极为正方形不锈钢板，正、负电极间距3 5mm，放电气体由风 机供给。低温等离子体处理后的出水调节pH值至9 11，优选pH值为10。一般可采用石 灰水或其他碱性溶液调节低温等离子体处理后的出水的PH值。吹脱塔采用逆流操作，塔内装有拉西环填料，以增加气_液传质面积从而有利于 氨气从废水中解吸。废水被提升到吹脱塔的塔顶，并分布到填料的整个表面，通过填料往下 流，与气体逆向流动，空气中氨的分压随氨的去除程度增加而增加，随气液比增加而减少。一种采用低温等离子体及吹脱联合工艺治理景观水的装置，该装置包括过滤装 置、低温等离子体反应器、调节罐和吹脱塔，所述过滤装置与所述低温等离子体反应器的入 水口相通，所述低温等离子体反应器的出水口与所述调节罐的一个入水口相通，所述调节 罐的出水口与所述吹脱塔的顶部的一个入水口相通；所述低温等离子体反应器包括反应 罐、与所述反应罐底部相通的进气装置、设于所述反应罐内的针板式反应器、在所述反应罐外部并与所述针板式反应器相连的高频高压电源。其中过滤装置优选采用格栅和筛网。低温等离子体反应器的进气装置包括风机和设在所述风机出口处的气体流量计， 所述气体流量计通过管路与所述反应罐的底部相通。吹脱塔的顶部设有与所述调节罐相通的喷淋装置，在所述喷淋装置下方的吹脱塔 内设有填料层。在吹脱塔的底部还设有出水口。在吹脱塔的下部设有用以通入空气的气体 入口，在气体入口处还可增设风机，在吹脱塔内填料层的下部还可设有使气体均勻分布的 气体分布板，在吹脱塔的塔顶设有气体出口。在城市建设和发展过程中，将出现愈来愈多的水景观，这些水景观无疑是城市总 体功能的必然要求，无论在生态或视觉上都有其重要的作用。但许多景观水体没有一定的 保护措施，呈现逐渐恶化的趋势。所以，研究景观水的水质控制问题，对保证城市生态用水、 促进景观的功能有效发挥、改善城市市容市貌、有效缓解城市水资源匮乏具有重要的现实
眉、ο本发明的有益效果体现在
(1)反应过程中产生的高能电子、03、H2O2和活性物质(0H·、H ·、0 ·等)无选择性地 与景观水中的有机污染物反应；
(2)除藻能力比较彻底；
(3)吹脱塔可有效去除等离子体反应过程中产生的氨氮。
图1是本发明的一种工艺流程图。图2是本发明的一种装置结构示意图。图3是一种低温等离子体反应器结构示意图。图中，1-高频高压电源，2-风机，3-气体流量计，4-针电极，5-板电极，6_有机玻 璃圆柱筒反应罐，7-气泡，8-拉西环填料层，9-过滤装置，10-低温等离子体反应器，11-调 节罐，12-吹脱塔，13-喷淋装置，14-进气口，15-出水口，16-出气口。图4实际景观水中CODtfa的变化曲线图。图5实际景观水中UV254的变化曲线图。图6实际景观水中NH3-N的变化曲线图。
具体实施例方式本发明的装置如图2所示，该装置沿水流方向依次为过滤装置9、低温等离子体反 应器10、调节罐11和吹脱塔12。过滤装置9采用格栅和筛网综合处理。吹脱塔12的顶部 设有与调节罐11相通的喷淋装置13，在喷淋装置13下方的吹脱塔12内设有填料层8。在 吹脱塔12的底部设有出水口 15。在吹脱塔12的下部设有用以通入空气的气体入口 14，在 气体入口 14处还可增设风机，在吹脱塔12内填料层8的下部还可设有使气体均勻分布的 气体分布板，在吹脱塔12的塔顶设有气体出口 16。低温等离子体反应器10的结构如图3所示，低温等离子体反应器10包括反应罐 6、与反应罐6底部相通的进气装置、设于反应罐内6的针板式反应器、在反应罐6外部并与针板式反应器相连的高频高压电源1。针板式反应器包括板电极5和针电极4，所述板电极 5位于所述针电极4之上，二者之间根据不同设备以及反应条件留有相应的距离，所述针电 极4设于反应罐6的下部。进气装置包括风机2和设在所述风机出口处的气体流量计3，气 体流量计3通过管路与反应罐6的底部相通。待处理的景观水首先经格栅及筛网去除可能造成堵塞的较粗大悬浮物，然后进入 低温等离子体反应器。其内部水位要淹没板电极5，且有机玻璃圆柱筒反应罐6外部用绝缘 套包裹。放电气体(即空气)依次经风机2、和气体流量计3，以放电气泡7的形式进入有机 玻璃圆柱筒反应罐6。充气数秒后，接通高频高压电源1，此时板电极5与针电极4之间形 成高压电场，电离放电气体形成大量高能电子，高能电子在极短时间内(10_7s)与水反应生 成大量· 0H、水合电子￡^_、· 0、H02 等自由基和臭氧。上述活性粒子与水中的有机污染物 发生反应，从而起到净化污水的作用。低温等离子体反应后的出水被提升到调节罐，用石灰水将其pH调节至10左右后， 通入吹脱塔的塔顶并分布到拉西环填料8的整个表面，通过拉西环填料8往下流，与此同 时，吹脱空气经风机从吹脱塔底部进入，与废水逆向流动。采用上述装置及方法进行试验，试验选取了南京师范大学德风园池的景观水体， 实际景观水体水质效果如下表1.1所示
表1.1德风园池实际景观水水质
NH3-NCODmiiBOD5pHUV2541.74mg/L12.58mg/L8.69mg/L7. 58~8. 360. 365
实验条件如下空气流量G=2L/min ；反应时间40 min ；反应温度T= (25士2) °C。测定 随反应时间C0Dto，UV254，NH3-N的浓度变化。DCODtfa 的变化
由图4可知，在实验条件下，反应40 min后，CODtfa的去除率为68. 6%，去除效果较好。2) UV254 的变化
从图5可以看出，在等离子体氧化作用下，UV254去除率较高，为58.6%。从图可以看出 在反应开始5min内，大量不饱和有机物得以去除，随反应时间的增加，UV254去除率也随之 增加。3) NH3-N 的变化
在实验条件下，仅采用低温等离子体技术对实际景观水进行处理，并不能将氨氧化去 除，反而使氨氮浓度提高，氨氮浓度随反应时间的变化如图6所示。图中氨氮最终去除率 为负值，氨氮浓度增为原来的1.44倍。经后续吹脱工艺处理后，测得氨氮的去除率达到 65-80%。
权利要求
一种采用低温等离子体及吹脱联合工艺治理景观水的方法，其特征在于将景观水过滤后通入低温等离子体反应器中，采用高压气液混合放电产生的低温等离子体进行处理，处理后的出水经调节pH值，再从顶部进入吹脱塔内，与从底部进入吹脱塔的空气逆向流动进行吹脱处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述低温等离子体反应器中的高压放电由 高频高压电源产生，高频高压电源的功率为20 100W，产生的电流频率为5 35kHz。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述低温等离子体反应器采用针板式反应 器进行高压放电，其中针板式反应器的针电极采用中空不锈钢针电极，针板式反应器的板 电极采用正方形不锈钢板，针板式反应器的正负电极间距为3 5mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于低温等离子体处理后的出水调节PH值至 9 11。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于采用石灰水调节低温等离子体处理后 的出水的PH值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述吹脱塔内装有拉西环填料。
7.一种采用低温等离子体及吹脱联合工艺治理景观水的装置，其特征在于该装置包括 过滤装置、低温等离子体反应器、调节罐和吹脱塔，所述过滤装置与所述低温等离子体反应 器的入水口相通，所述低温等离子体反应器的出水口与所述调节罐的一个入水口相通，所 述调节罐的出水口与所述吹脱塔的顶部的一个入水口相通；所述低温等离子体反应器包括 反应罐、与所述反应罐底部相通的进气装置、设于所述反应罐内的针板式反应器、在所述反 应罐外部并与所述针板式反应器相连的高频高压电源。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述的过滤装置为格栅和筛网。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述进气装置包括风机和设在所述风机出 口处的气体流量计，所述气体流量计通过管路与所述反应罐的底部相通。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于在所述吹脱塔的顶部设有与所述调节罐 相通的喷淋装置，在所述喷淋装置下方的吹脱塔内设有填料层。
全文摘要
本发明公开了一种采用低温等离子体及吹脱联合工艺治理景观水的方法，将景观水过滤后通入低温等离子体反应器中，采用高压气液混合放电产生的低温等离子体进行处理，处理后的出水经调节pH值，再从顶部进入吹脱塔内，与从底部进入吹脱塔的空气逆向流动进行吹脱处理。本发明还公开了一种采用低温等离子体及吹脱联合工艺治理景观水的装置。
文档编号C02F9/12GK101928090SQ20101024613
公开日2010年12月29日 申请日期2010年8月5日 优先权日2010年8月5日
发明者付玉玲, 孙亚兵, 徐建华, 李振玉, 王惠英, 王瑾瑜, 缪虹, 邹婷, 陈颖 申请人:南京大学