一种同步去除有机物和磷酸根的等离子体-CaO2方法

一种同步去除有机物和磷酸根的等离子体
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cao2方法
技术领域
1.本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种同步去除水中有机物和磷酸根的方法。


背景技术：

2.近年来，我国经济迅猛发展的同时工业污染物的排放量也在与日俱增。其中，涂装、皮革、制药等化工行业产生的大量工业废水成分复杂，除含有难降解有机物外，还含有大量的磷酸根。这些物质进入环境后难以被降解，会长期存在于自然界中，并通过食物链富集在生物体内，破坏生态系统平衡，加剧水体富营养化，甚至会通过致畸、致癌和致突变等作用给人类健康带来严重威胁。与此同时，有机物和磷的相互作用大大增加了废水的毒性。
3.对于水体有机物和磷的处理，传统技术主要有生物法、物理化学法和膜处理等。然而，这些方法普遍存在程序复杂，未实现有机物和磷的同步去除，且操作费用高、易造成二次污染等问题。近年来高级氧化技术中的低温等离子体non
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thermal plasma, ntp技术因具备操作简单、高效和无二次污染等优点，已被证明能够高效降解水中的染料、芳香类、有机氯农药和全氟辛酸等极难降解的有机污染物，并将其矿化成co2和h2o。然而，能量利用率低的问题一直制约该技术的发展。为解决这一难题，相关研究将ntp与h2o2联用，利用ntp产生的o3、电子、紫外光催化h2o2产生更多的
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oh，进而大幅度提高其能量效率。然而，h2o2易受热受光而分解失效、易爆炸，不利于储存运输，限制了其大规模应用。此外，ntp耦合h2o2虽然能够提高其能量效率及有机物去除效率，但磷酸根的去除能力相对较弱。


技术实现要素：

4.1.所要解决的技术问题：现有对水体有机物和磷的处理传统方法会造成二次污染等问题，低温等离子处理存在能量利用率低。
5.2.技术方案：本发明提供了一种ntp耦合cao2同步去除水中有机物和磷酸根的方法，通过构筑一种兼具h2o2及钙离子性能的等离子体/cao2体系，实现提高ntp能量效率且达到同步高效除磷酸根的目的。
6.具体技术方案为：一种同步去除有机物和磷酸根的等离子体
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cao2方法，包括以下步骤：步骤s01：将硝基苯酚和磷酸根混合溶液流经等离子反应器中的内介质和外介质之间，所述等离子反应器包括外介质和内介质，所述外介质外设有高压电极；步骤s02：打开电源，在外介质和内介质之间产生等离子体，将cao2均匀分散于待处理的硝基苯酚和磷酸根混合溶液中，步骤s03：所述待处理的硝基苯酚和磷酸根混合溶液从等离子反应下方的出口出来通过蠕动泵，到达等离子反应器上方的进口进入到所述内介质中，如此循环。
7.所述等离子反应的出库和所述蠕动泵之间设有搅拌器，待处理的硝基苯酚和磷酸根混合溶液从等离子出口出来后，经过搅拌器搅拌再通过蠕动泵到等离子反应器1的进口
处。
8.所述等离子反应器的进口处设有布水器，所述布水器上设有布水孔，所述待处理硝基苯酚和磷酸根混合溶液通过所述布水孔进入到内介质中。
9.所述等离子反应器和电源连接，所述电源为脉冲电源。
10.所述脉冲电源的峰值电压在0
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1 kw之间可调，频率在0
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200 hz 之间可调，上升时间为50 us，脉冲宽度为100 us。
11.还包括示波器，所述示波器和电源之间设有电压探头，和等离子反应器之间设有电流探头。
12.所述外介质高压电极是由不锈钢网制成，包裹着外介质。
13.所述cao2的粒径为50
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100 nm。
14.所述硝基苯酚的初始浓度为15
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20mg/l，磷酸根的初始浓度为10
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20 mg/l。
15.待处理的待处理的硝基苯酚和磷酸根混合溶液为300 ml。
16.3.有益效果：本发明在通过构筑等离子体
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cao2体系，实现水中有机物和磷酸根同步去除，cao2在水中会与水反应缓慢地释放出h2o2、钙离子、oh
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等，不会产生有毒副产物，产生的钙离子能与磷酸根反应生成稳定的钙磷沉淀，与此同时，ntp会促进钙离子形成，进而提高磷酸根的去除效率。该体系兼具工艺简单、效率高、运行费用低等优点，不仅提高能量效率，还能实现水中有机物和磷酸根同步去除。
17.本发明ntp中的紫外光、电子及o3等能够促使cao2释放的h2o2产生更多的
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oh，加速有机物降解，且ntp降解有机物过程中产生的酸性条件会促进cao2分解产生更多的钙离子，加速钙磷沉淀。
18.本发明利用耦合工艺将有机物分解产生co2和h2o，使磷酸根与钙离子形成稳定的沉淀，无二次污染，有望成为一种真正同步、高效且绿色的有机物
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磷酸根复合废水修复技术，为同步且高效去除废水中的有机物和磷酸根、拓宽cao2及低温等离子体水处理技术的应用范围提供重要的参考价值。
附图说明
19.图1为本发明系统图。
20.图2为反应器结构图。
21.图3为等离子体/cao2同步去除苯酚效果表。
22.图4为等离子体/cao2同步去除苯酚及磷酸根效果表。
23.附图标记说明：1.等离子反应器；2.脉冲电源；3.蠕动泵；4.搅拌器；5.电压探头；6.电流探头；7.示波器；8.外介质；9.内介质；10.高压电极；11.地电极；12.布水器。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例来对本发明进行详细说明。
25.一种同步去除有机物和磷酸根的等离子体
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cao2方法，包括以下步骤：步骤s01：将硝基苯酚和磷酸根混合溶液流经等离子反应器1中的介质8和外介质9之间，如图2所示，所述等离子反应器1包括外介质8和内介质9，所述外介质8外设有高压电极10中，所述内介质9
内充满水柱作为地电极11。
26.步骤s02：打开电源2，在外介质8和内介质9之间产生等离子体，将cao2均匀分散于待处理的硝基苯酚和磷酸根混合溶液中，等离子体放电产生的活性物质可以首先氧化有机物，同时，cao2释放的h2o2被等离子体中的紫外光和电子激发产生氧化性更强的
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oh，加速有机物的降解cao2释放的ca
2+
可以与磷酸根形成钙磷沉淀，从而到达同步除磷的目的。
27.步骤s03：所述待处理的硝基苯酚和磷酸根混合溶液从等离子反应下方的出口出来通过蠕动泵3，到达等离子反应器1上方的进口进入到内介质8和外介质9之间，水中有机污染物能够被等离子体产生的活性物质去除。
28.为了更好的效果，如图1所示，所述等离子反应的出库和所述蠕动泵3之间设有搅拌器4，所述等离子反应器1的进口处设有布水器12，所述布水器12上设有布水孔，待处理的硝基苯酚和磷酸根混合溶液从等离子出口出来后，经搅拌后以一定流速由蠕动泵送入布水器，经布水孔流经内电极和外电极区域。
29.在一个实施例中，还包括示波器7所述示波器7和电源之间设有电压探头5，和等离子反应器1之间设有电流探头6。电压探头和电流探头用于检测施加到所述反应器的电压及电流，经示波器输出图像和数值。
实施例
30.待处理水样经蠕动泵3注入布水器12，进一步通过布水器12上的布水孔流经内电极和外电极区域。电压探头5和电流探头6用于检测施加到所述反应器的电压及电流，经示波器7输出图像和数值。利用不锈钢网制成高压电极10并包裹在外介质外表面中部，将配置好的初始浓度为20 mg/l硝基苯酚和15 mg/l的磷酸根混合溶液300 ml，注入反应器中的内介质9，作为接地电极。打开电源，施加将放电电压调至20 kv，频率设置为50 hz，等离子体发生在外介质和内介质之间，待处理水样经搅拌后以4 l/min的流速由蠕动泵3送入布水器12，经布水孔流经内电极和外电极区域，水中有机污染物能够被等离子体产生的活性物质去除。实验开始时，将cao2均匀分散于待处理溶液中，其为添加量为0.06 g/l。等离子体放电产生的活性物质可以首先氧化有机物，同时，cao2释放的h2o2被等离子体中的紫外光和电子激发产生氧化性更强的
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oh，加速有机物的降解。cao2释放的ca
2+
可以与磷酸根形成钙磷沉淀，从而到达同步除磷的目的。
31.结果如图3所示，相对于单独等离子体，cao2添加提高了对硝基苯酚去除效率，当cao2添加量为0.06 g/l时，放电30 min，对硝基苯酚去除率可由88.6%提高到99.5%。
32.由图4可以看出，单独等离子体对磷酸根去除能力较低，处理时间为30 min时，cao2对磷酸根去除率为72.8%，而等离子体耦合cao2对磷酸根可达到90.5%。且无论对对硝基苯酚还是磷酸根的处理，等离子体耦合cao2去除效率均大于单独等离子体和单独cao2的去除率之和，说明等离子体和cao2之间存在协同效应。此外可以看出，单独cao2对对硝基苯酚去除率较低，单独等离子体对磷酸根去除率较低。而等离子体耦合cao2不但能够同步处理pdp及磷酸根，而且均保持较高的去除效率，体现了该方法独特的优势。
33.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技术的权利要求保护范围所界定的为准。