一种等离子体协同活性炭纤维去除水中除草剂的装置的制作方法

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种等离子体协同活性炭纤维去除水中除草剂的装置。

背景技术：

随着现代农业规模化和高度集约化进程的不断发展和进步，除草剂在当今农业经济的发展中占据了不可替代的位置。据不完全统计，目前我国农业生产和使用中涉及到的除草剂类型已多达数百种，其中多数除草剂类型为有机氯类农药。除草剂进入到水环境中的方式主要有：农田排水径流、水田渗漏、降雨等，这些物质由于其结构稳定、不易降解等特点，可以在环境中长期存在，并以高毒性的形态进入空气、水体和土壤中。最终在环境中分配并进入人体，严重威胁人类的健康。

目前，世界各地的水体因农药使用而造成的水质下降的比例逐年上升，比如中国、美国、西班牙等。2004年，清华大学王泰通过调查海河与渤海湾采样调查水体中的的多氯联苯和有机氯农药的污染状况，分析表明，水体中的对氯联苯、滴滴涕和六六六的监测值远高于相应的标准值。

目前，针对含苯基类除草剂废水的的处理技术主要包括物理法、微生物分解法和高级氧化技术。物理法通常作为一种预处理技术配合其他处理技术协同使用，但是物理法只能将污染物质从本相分离或转移到其他项，而不能根本的破坏污染物质结构而得到有效去除。生物处理法最为常用的废水处理技术对废水水质有较高的要求，针对可生化性差、毒性高的废水也不能进行有效的处理，同时生物法一般周期较长、选择性高等限制因素严重制约了其在多数除草剂废水的应用。目前高级氧化处理是研究最多也是相对成熟的苯基脲类废水处理技术，通过光照射、复合氧化剂、电或催化剂等诱发产生很多不同种类的活性物质，进而对废水中的有机物进行有效的分解去除。其中常用的是电化学法和光催化法。

等离子体技术作为高级氧化技术的一种，近年来被广泛应用到水环境治理领域。地位等离子体技术通过外加电场的作用可以激发并产生大量的具有氧化性极强的•oh、•h、•o、o3等活性粒子，同时伴有紫外辐射、高温氧化和冲击波等效应，这些活性物质能够与污染分子发生综合反应，使其分子电离、解离或激发，最终将大分子分解成小分子或低毒、无毒的物质，从而对废水中的有毒有害物质进行有效的降解。目前该技术是环境污染领域中的新兴技术，具有极大的发展空间，也受到了国内外学者的高度关注。但是，目前该技术运用在类似苯基脲类污染物的处理中仍存在着一定的限制和制约，如放电量少、处理效率不高、能量利用率低等不足。

技术实现要素：

本发明的目的是弥补现有技术的不足，提供一种等离子体协同活性炭纤维去除水中除草剂的装置，该装置结合等离子体和活性炭纤维协同技术能够更加高效、快速、持续的处理含苯基脲类除草剂废水。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种等离子体协同活性炭纤维去除水中除草剂的装置，该装置包括反应容器和设置在所述反应容器内的双螺旋终端，所述的反应容器内还设有活性炭纤维；所述的双螺旋终端包括双螺旋石英玻璃套管和设置在所述双螺旋石英玻璃套管内的双螺旋电极，所述的双螺旋电极连接高压电源的正极，所述双螺旋石英玻璃套管的一端设有进气口，另一端的开口处安装有布气板；所述的反应容器上还设有排气口、进水口和排水口。

作为一种优选技术方案，所述的双螺旋电极和双螺旋石英玻璃套管为两条反向平行的双螺旋结构，且所述的双螺旋电极平行置于所述双螺旋石英玻璃套管内的中心位置。

所述双螺旋石英玻璃套管的表面设有微孔，所述的微孔通过激光穿孔呈阵列分布，孔径为20～50μm。

所述双螺旋石英玻璃套管的螺纹升角在30°～60°之间。

所述的进气口连通空气泵并通过空气流量计调节和监控气体流量。

所述的反应容器为筒状，材质为玻璃，其两端采用可拆卸的橡胶套管进行封闭。所述的双螺旋电极为双螺旋铜电极。

所述的活性炭纤维为切片形状且悬浮于所述的反应容器中。

所述的排水口上安装有阀门可手动调节开关。

所述的排气口和进水口设在所述反应容器的上部，所述的排水口设在所述反应容器的底部。

一种去除水中苯基脲类除草剂的方法，采用上述的装置利用等离子体协同活性炭纤维去除水中的苯基脲类除草剂。

上述方法的反应条件为：所述装置的进气口的通气量0.1~0.3m³/min，所述装置的电源的功率为40~100w，频率为50hz。

本发明的有益效果：

本发明的装置具有适用性广、运行费用低、处理效率高、能量利用率高、经济环保、无二次污染且运行稳定等优点，解决了目前高级氧化技术中存在的放电量少、处理效率低、能量利用率低等不足，可广泛针对于难降解有机废水的处理，尤其针对废水中的苯基脲类除草剂处理效果更能体现出突出的效果。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为反应容器的结构示意图。

其中，1—反应容器，2—高压电源，3—空气流量计，4—空气泵，11—双螺旋电极，12—进气口，13—橡胶套管，14—排气口，15—进水口，16—双螺旋石英玻璃套管，17—排水口，18—布气板。

具体实施方式

如图1，图2所示，一种等离子体协同活性炭纤维去除水中苯基脲类除草剂的装置，该装置包括反应容器1和设置在所述反应容器1内的双螺旋终端，所述的反应容器1内还设有活性炭纤维；所述的双螺旋终端包括双螺旋石英玻璃套管16和设置在所述双螺旋石英玻璃套管16内的双螺旋电极11，所述的双螺旋电极11连接高压电源2的正极，所述双螺旋石英玻璃套管16的一端设有进气口12，所述双螺旋石英玻璃套管16另一端的开口处安装有布气板18；所述的反应容器1上还设有排气口14、进水口15和排水口17。所述的反应容器1为筒状，材质为玻璃，其两端采用可拆卸的橡胶套管13进行封闭。所述的排气口14和进水口15设在所述反应容器1的上部，所述的排水口17设在所述反应容器1的底部。

作为一种优选技术方案，所述的双螺旋电极11和双螺旋石英玻璃套管16为两条反向平行的双螺旋结构，且所述的双螺旋电极11平行置于所述双螺旋石英玻璃套管16内的中心位置。所述双螺旋石英玻璃套管16的表面设有微孔，所述的微孔通过激光穿孔呈阵列分布，孔径为20～50μm。所述双螺旋石英玻璃套管16的螺纹升角在30°～60°之间。

所述的进气口12连通空气泵4并通过空气流量计3调节和监控气体流量。所述的双螺旋电极11为双螺旋铜电极。所述的活性炭纤维为切片形状且悬浮于所述的反应容器1中。所述的排水口17上安装有阀门可手动调节开关。所述装置的反应条件为：通气量0.1~0.25m³/min，功率为40~100w，频率为50hz。

本发明的装置处理废水中苯基脲类除草剂的工作原理如下：废水首先通过反应容器1上端的进水口15输送到反应容器1内，空气通过空气泵4经空气流量计3调节进入到双螺旋石英玻璃套管16内，通过气压使套管内处于净空状态。当双螺旋电极11连通高压电源2的正极，负极接地。当双螺旋电极11在高压电源2作用下会激发放电并产生大量高能电子，在于空气接触时，会被激发产生大量的•oh、eeq^-、•o、ho2•、o3等活性物质以及强冲击波、紫外光等，多数自由基可通过双螺旋石英玻璃套管16微孔立即与废水中的污染物质发生反应。同时空气中的部分活性物质可通过双螺旋石英玻璃套管16底部的布气孔18均匀分散到废水中，与废水逆流充分接触反应，最终尾气通过排气口14排出。同时通过螺旋结构可以使尾气带动反应容器1中的废水形成湍流效果，极大的增加了活性物质和废水的接触空间和时间。同时，活性炭纤维协同作用，不仅能有效的吸附废水中的污染物质，而且活性炭纤维在等离子体放电反应中，其物理特性会发生改性，使得微孔数量增加，从而极大的提高了活性炭纤维的吸附容量。因此本装置结合等离子体和活性炭纤维协同作用能有效的对废水中的有机污染物进行去除，达到降解的目的。

该处理装置具有操作简单、污染物去除效率高、能量利用率高、适用范围广、无二次污染等优点，尤其是针对高分子、难降解的有机污染物（如苯基脲类除草剂）具有广泛和可观的应用前景，有望在今后的废水处理工艺中达到广泛的推广和运用。

采用敌草隆溶液作为特征污染物，容积为200ml，浓度为20mg/l，电源输出功率为60w，频率为50hz，空气流速设置为0.15m³/h；活性炭纤维投加量为0.3g，反应进行到14min时，降解效果优于活性炭纤维单独吸附敌草隆，更优于低温等离子体单独放电处理敌草隆。当反应进行到14min时，协同反应、活性炭单独吸附、等离子体单独反应中敌草隆的去除率分别为99.7%、93%和53%。并且在ph=6时，敌草隆降解效果最佳。下表为活性炭纤维与等离子体协同反应后的孔结构变化情况。

表1活性炭纤维反应前和协同后的孔结构