一种用于微污染地下水的修复工艺装置的制作方法

本发明涉及水处理领域，具体涉及一种用于微污染地下水的修复工艺装置。

背景技术：

地下水污染（groundwaterpollution）主要是指由于人类活动引起的地下水化学成分、物理性质和生物学特性发生改变而使质量下降的现象。地下水污染的来源主要有：工业废水直接向地下排放，受污染的地表水侵入到地下含水层中，人畜粪便或因过量使用农药而受污染的水渗入地下等。其中，农耕污染具有量大面广的特征，利用不完全的氮肥在经过地层时通过生物或化学转化成硝酸盐和亚硝酸盐，接着渗入地下水中。长期饮用这种污染的地下水可能导致氰紫症、食道癌等疾病的发生。

由于地表以下地层复杂，地下水流动极其缓慢。因此，地下水污染具有过程缓慢、不易发现和难以治理的特点。另外，在排除污染源后，地表水可以在较短时期内达到净化；而地下水，即便排除了污染源，已经进入含水层的污染物仍将长期产生不良影响。所以，对污染的地下水进行修复就显得尤为重要了。

采用传统的水处理方法(如物理法、化学法、生物法)在一定程度上能改善水质情况，但都有各自的不足或缺点。其中，物理法利用吸附、沉淀或阻隔等方式将杂质排除在外。如经典的活性炭吸附可有效净化水体，但随着时间的延长炭吸附能力将不断减弱，需定期进行清洗和更换，而且它并不能将有机污染物降解氧化，由此可能导致相转移，使问题进一步恶化。化学法包括氧化处理、中和处理、混凝处理等，拥有快速有效地去除污染物的能力，然而在实际操作中可能出现回收困难、很容易产生二次污染等问题。相比之下，生物法以其经济性和绿色环保性成为目前最受欢迎的水处理技术之一，但当污染的地下水中存在难降解有机物或含生物毒性污染物时，单一地采用生物法处理该废水难以得到理想的降解效果。而且生物处理效果提升难以掌握且不确定性很高。

光催化技术原理是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而净化污染物。具有新颖性、高效性、对废水无选择性等优点，尤其适合于不饱合烃的降解，且反应条件也比较温和，无二次污染，具有很好的应用前景。当有机废水中存在半导体粉末催化剂时，经过一定强度的紫外光照射后，体系中便能产生一定量的、多种形式的活性氧和自由基，由于这些活性氧和自由基具有较高的氧化电位，所以能和有机物作用并使其降解，进而矿化为水和二氧化碳，从而达到治理的目的。光催化过程采用半导体材料作为光催化剂，在常温常压下即可进行反应。更主要的是，光催化技术可将污染物降解为无毒的无机小分子物质如co2、h2o及各种相应的无机离子而实现无害化，为治理水污染提供了一条新的、有潜力的途径。近几年，纳米光催化剂开始展露头角，与传统的半导体材料相比其有独特的优点。

纳米光催化剂是污染物的克星，其作用机理是：纳米光催化剂在特定波长光的照射下受激发生成“电子-空穴”对（一种高能粒子），这种“电子-空穴”对和周围的水、氧气发生作用后，就具有了极强的氧化与还原能力，能将污水中的污染物直接分解成无害无味的物质，以及破坏细菌的细胞壁，杀灭细菌并分解其丝网菌体，从而达到了消除污染物的目的。选用纳米级tio2作为光催化氧化剂，对水中污染物的去除具有广泛的适用性，其对水中卤代脂肪烃、染料、硝基芳烃、多环芳烃、杂环化合物、烃类、酚类、表面活性剂、农药等都能有效地进行降解，在光照条件下与有机化合物发生氧化还原反应而生成co2、h2o及其他无毒的无机物。与其他n型半导体纳米材料相比，纳米级tio2具有化学稳定性好、反应活性大等优点，是一种优异的光电功能材料。并以其优越的催化性能被广泛应用于污染物的降解，取得了令人满意的效果。但是随着对污染的地下水修复的进行，纳米光催化剂的活性会直线下降。因此，找到一种减缓光催化剂活性下降速率的方法也十分重要了。

等离子体（plasma）又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后，产生的正负离子组成的离子化气体状物质。等离子体氧化技术是一种新型的水处理技术，研究表明，低温等离子体技术对实现污水净化，改善水质有着十分显著的作用。等离子体可以产生电场、紫外辐射、氢氧自由基、不同激励状态下的氧原子等粒子，可以高效地去除微生物，细菌等有害物质，且不会产生新的有毒物质。目前，在一些发达国家，已经采用等离子体净水技术，取代传统的氯化法净水技术。将等离子体氧化技术与纳米光催化氧化技术进行组合与联用，等离子体氧化技术产生的氧化物种一方面可以降解污染物，一方面可以活化光催化剂表面，减缓光催化剂活性的下降速率。

技术实现要素：

1.所要解决的技术问题：

针对上述技术现状，本发明提出一种用于微污染地下水的修复工艺装置。本装置将等离子体氧化技术，引入采用纳米光催化技术修复微污染地下水领域。利用等离子体的优良特性来减缓光催化反应中光催化剂活性的下降速率，建立高效可靠的净化模块。本实验新型一方面减缓了光催化剂活性的下降速率，另一方面可以对微污染的地下水进行修复，对环境水资源保护和土壤地下水污染改善具有重要意义。

2.技术方案：

一种用于微污染地下水的修复工艺装置，其特征在于：包括圆柱体外壳、等离子体氧化装置、光催化剂、紫外光灯、石英玻璃保护罩。

所述等离子体氧化装置包括喷枪和储存等离子体筒状容器；所述喷枪位于圆柱体外壳的外部，且通过管道将喷枪喷射出等离子体传输至等离子体筒状容器中；所述储存等离子体筒状容器套放在圆柱体外壳内腔中；所述圆柱体外壳的内侧壁与储存等离子体筒状容器外侧壁之间存在空间；所述圆柱体外壳与储存等离子体筒状容器共中心轴放置；所述储存等离子体筒状容器的内侧壁形成的柱形空腔为处理微污染地下水修复槽体。

所述储存等离子体筒状容器外侧壁与圆柱体内侧壁之间的空间设置光催化剂。

所述紫外灯套放在储存等离子体筒状容器的中心轴上；所述紫外灯的表面被石英玻璃保护罩包裹。

还包括废水进水口、净化水出水口；所述废水进水口穿过圆柱体外壳与储存等离子体筒状容器将废水传输入装置中；所述净化水出水口穿过储存等离子体筒状容器与圆柱体外壳；所述废水进水口与净化水出水口均设置阀门。

进一步地，所述储存等离子体筒状容器的为耐高温材料，且外壁设置多个通孔。

进一步地，所述储存等离子体筒状容器的外壁与圆柱体外壳的内侧壁之间距离为1-2厘米。

进一步地，所述圆柱体外壳的内侧壁涂满纳米级tio2光催化剂。

3.有益效果：

（1）本装置中通过特定的结构能够在光催化剂表面喷射等离子体，通过等离子体可以活化光催化剂表面，从而大大减缓光催化剂活性的下降速率。从而可以减少光催化剂的更换次数，节约了工作时间。

（2）本装置结构简单，使用方便，在进行微污染地下水修复时，操作简便、省时省力、科学有效。修复完全的水可以直接排放，对环境水资源保护和土壤地下水污染改善具有重要意义。

附图说明

图1为本装置的整体结构图；

图2为本装置中等离子体工作示意图简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体的说明。

如附图1所示，一种用于微污染地下水的修复工艺装置，其特征在于：包括圆柱体外壳3、等离子体氧化装置、光催化剂、紫外光灯5、石英玻璃保护罩6。

所述等离子体氧化装置包括喷枪7和储存等离子体筒状容器4；所述喷枪位于圆柱体外壳的外部，且通过管道将喷枪喷射出等离子体传输至等离子体筒状容器中；所述储存等离子体筒状容器套放在圆柱体外壳内腔中；所述圆柱体外壳的内侧壁与储存等离子体筒状容器外侧壁之间存在空间；所述圆柱体外壳与储存等离子体筒状容器共中心轴放置；所述储存等离子体筒状容器的内侧壁形成的柱形空腔为处理微污染地下水修复槽体9。如附图2当喷枪喷射的等离子体进入储存等离子体的容器，从所述容器的小孔中射出，然后与所述纳米级tio2光催化剂表面接触，最后对光催化剂表面进行活化，可以减缓所述光催化剂活性的下降速率。微污染地下水流入处理微污染地下水修复槽体中进行处理。其中图中的8是紫外光灯连接工业直流电源的接口。

所述储存等离子体筒状容器外侧壁与圆柱体内侧壁之间的空间设置光催化剂。

所述紫外灯套放在储存等离子体筒状容器的中心轴上；所述紫外灯的表面被石英玻璃保护罩包裹。石英玻璃将紫外光灯与微污染地下水很好的阻隔开，且其具有极高的光谱透射，不会因辐射线损伤，保证紫外光光源能足够多的照射到微污染地下水，提高催化效率。

还包括废水进水口1、净化水出水口11；所述废水进水口穿过圆柱体外壳与储存等离子体筒状容器将废水传输入装置中；所述净化水出水口穿过储存等离子体筒状容器与圆柱体外壳；所述废水进水口与净化水出水口均设置阀门2、10。其中阀门对进出入水进行控制。

进一步地，所述储存等离子体筒状容器的为耐高温材料，且外壁设置多个通孔。整个容器除小孔外均为密封状态。

进一步地，所述储存等离子体筒状容器的外壁与圆柱体外壳的内侧壁之间距离为1-2厘米。

进一步地，所述圆柱体外壳的内侧壁涂满纳米级tio2光催化剂。其中圆柱体的底面与顶面均不涂。

本装置中对微污染地下水的处理采用的方法为紫外光的光催化氧化处理与纳米级tio2光催化剂的纳米光催化技术修复微污染地下水。为了减缓了光催化剂活性的下降速率本装置中设计了等离子体氧化装置对光催化剂活性进行等离子体氧化处理。

具体实施例：使用上述一种用于微污染地下水的修复工艺装置的步骤包括：

1）打开进水口阀门，需要进行修复的微污染地下水进入装置内。

2）连接工业直流电源，打开紫外光灯，打开喷枪。由喷枪喷射的等离子体进入所述储存等离子体的容器，接着从所述容器的小孔中射出，对光催化剂表面进行活化。

3）在纳米级tio2光催化剂的催化作用下，对微污染地下水进行光催化氧化处理。等离子体可以活化光催化剂表面，保证光催化剂的活性下降极为缓慢。

4）打开出水口阀门，修复完全的水从出水口排出。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。