一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法

本发明涉及去除水体中嗅味物质，具体涉及一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的高效方法。

背景技术：

1、随着我国经济的发展和人们生活水平的日益提高，对饮用水质量的要求越来越高。自2023年4月1日起，新版《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2022)正式实施，其中将饮用水中两种嗅味有机污染物土臭素和2-甲基异莰醇由参考指标变为扩展指标，体现了对饮用水的感官性指标的重视。由于嗅味物质的阈值浓度低，易造成饮用水异味，引起人的感官不适，但难以被常规的混凝、沉淀和过滤等水处理工艺去除，常用的氧化剂kmno4的去除能力不佳，cl2和clo2等含氯氧化剂甚至会增强嗅味物质的产生。活性炭比表面积大、吸附能力强但再生性差，水中的溶解性有机碳会与嗅味物质形成竞争关系，从而对嗅味物质吸附造成干扰。臭氧氧化法虽然对嗅味物质有去除效果，但臭氧发生装置复杂、运行成本高。基于紫外的高级氧化方法不会生成副产物，但是水中的其它杂质会产生竞争性抑制效应，因此对原水中的嗅味物质降解率较低。膜工艺存在膜阻塞问题，且需要与吸附或高级氧化工艺耦合使用才能发挥较好去除效果，工艺流程较复杂。

2、因此，研究出处理效果好、成本低及绿色环保的嗅味物质处理技术，对于饮用水水质的提升意义重大。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决传统的氧化剂和高级氧化方法对于水体中嗅味物质的去除效果差、臭氧氧化法中臭氧发生装置复杂、运行成本高，以及膜工艺存在膜阻塞、单独去除嗅味物质效果差工艺流程复杂的问题，而提供一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法。

2、一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法，按以下步骤进行：

3、步骤一：向反应器内通入含有嗅味物质的待处理水体，然后启动蠕动泵，将待处理水体进行循环；

4、步骤二：将泡沫陶瓷放置在反应器内的液面上，并使泡沫陶瓷的上表面与液面齐平；然后将绝缘上盖放置在反应器的上沿处，绝缘上盖的下表面与泡沫陶瓷的上表面之间形成的空腔作为放电区域；再将高压电极放置在绝缘上盖内，同时向绝缘上盖内加入绝缘油至高压电极与绝缘上盖的底部之间无空气间隙；

5、步骤三：将低温等离子体实验电源通过导线分别与高压电极和反应器电连接，反应器作为低压电极；然后启动低温等离子体实验电源，并调节输入电压和输入功率至稳定放电，进而利用介质阻挡放电产生的含有活性物种的低温等离子体对水体中的嗅味物质进行降解，降解1～20min后，完成水体中嗅味物质的降解。

6、本发明介质阻挡放电的原理：

7、图7为本发明介质阻挡放电的结构示意图。介质阻挡放电(dbd)结构装置主要由放电电极、高压交流电源、阻挡介质和放电间隙组成。介质阻挡放电(dbd)等离子体是工作气体充满于两个放电电极之间空间，绝缘介质覆盖在电极上或直接悬挂在放电电极之间，还可以在两电极间填充颗粒状的阻挡介质，当放电空间电极上施加足够大的外部电压使形成足够强的电场时，电极空间电子密度超过击穿电压，阻挡介质表面产生均匀、漫散和稳定的微放电，大量随机分布的微放电丝就会出现在两极之间，空间气体就会被击穿并产生放电，发生“电子雪崩”，生成低温等离子体，即为介质阻挡放电。

8、介质阻挡放电等离子体可以在标准大气压或高于大气压的条件下产生，不需要真空设备在较低的温度下就能获得复杂化学反应所需的活性粒子。介质阻挡放电均匀、稳定，微放电形式是其主要放电方式，电极之间安置的绝缘阻挡介质阻断了击穿通道的形成，能够有效阻止在放电空间形成弧光放电或产生局部放电火花。大量的微放电细丝表现稳定、漫散、无声，在放电区域内均匀分布。

9、本发明的有益效果：

10、1、本发明采用介质阻挡放电装置在强电场作用下产生高能电子电离电极间的分子(n2、o2、h2o等)，从而产生包含了e-、onoo-、·no2、h2o2、o3、·oh、1o2和·o2-等活性物种的低温等离子体，利用具有强氧化性的活性物种降解水体中的嗅味物质。同时，绝缘介质防止电极直接与等离子体接触而被腐蚀，扩大放电区域防止放电电流密度过大，有利于均匀放电，使活性物质与污染物的接触更加充分。液面处放置的泡沫陶瓷可以防止高压放电产生的激波造成的液面扰动，从而使放电更加稳定持续，并通过循环系统进一步提高降解效率。

11、2、本发明所采用的低温等离子体技术作为一种耦合了光、电和化学氧化的高级氧化技术，在降解污染物方面有巨大的潜力。在强电场作用下，电极间的介质分子(n2、o2、h2o等)会受到高能电子的攻击而发生电离，产生大量具有强氧化作用的活性物质(e-、onoo-、·no2、h2o2、o3、·oh、1o2、·o2-等)，污染物降解性能优异、反应迅速、过程清洁。同时，介质阻挡放电在高压电极和接地电极之间插入绝缘介质，不仅可以防止电极直接与等离子体接触而被腐蚀，而且扩大放电区域，控制放电电流密度，发挥储能和稳流作用，有利于均匀放电，从而使活性物质与污染物的接触更加充分，并通过循环系统提高降解效率。因此，采用介质阻挡放电产生低温等离子体去除嗅味物质(土臭素和2-甲基异莰醇)能够有效提升饮用水水质。

12、3、本发明介质阻挡放电产生的低温等离子体，其中包含了o3、·oh等对污染物有强氧化降解能力的活性物质，操作简单、处理效果好，且介质阻挡放电装置结构简单、制作成本低、经济有效。

13、4、本发明方法未添加任何试剂，避免化学试剂对水质造成二次污染，减少有毒副产物的产生和残留，绿色环保。本发明为去除水中嗅味物质提供了高效的方法，对生活饮用水水质的提升、保障居民生命健康安全有重大意义。

14、本发明可获得一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法。

技术特征：

1.一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法，其特征在于该去除方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法，其特征在于步骤一中所述的反应器由高硼硅玻璃制成，直径为100～300mm，高度为40～100mm，壁厚为2～5mm。

3.根据权利要求1所述的一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法，其特征在于所述的嗅味物质包括土臭素和2-甲基异莰醇，待处理水体中土臭素和2-甲基异莰醇的初始浓度均为50～500ng/l。

4.根据权利要求1所述的一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法，其特征在于步骤一中蠕动泵的转速为40～60rpm。

5.根据权利要求1所述的一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法，其特征在于步骤二中所述的绝缘上盖由高硼硅玻璃或石英玻璃制成。

6.根据权利要求1所述的一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法，其特征在于步骤二中所述的泡沫陶瓷为氧化铝泡沫陶瓷或碳化硅泡沫陶瓷，直径为80～280mm，厚度为5～15mm，孔径为10～50ppi。

7.根据权利要求1所述的一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法，其特征在于步骤二中绝缘上盖的下表面与泡沫陶瓷的上表面之间的空腔间隙≤4mm。

8.根据权利要求1所述的一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法，其特征在于步骤三中低温等离子体实验电源的输入电压为50～100v，输入功率为100～150w。

9.根据权利要求1所述的一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法，其特征在于绝缘介质由绝缘上盖和绝缘油组成。

10.根据权利要求1所述的一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法，其特征在于步骤三中所述的活性物种包括但不限于e-、onoo-、·no2、h2o2、o3、·oh、1o2和·o2-。

技术总结
一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法，涉及去除水体中嗅味物质技术领域。本发明的目的是为了解决传统的氧化剂和高级氧化方法对于水体中嗅味物质的去除效果差、臭氧氧化法中臭氧发生装置复杂、运行成本高，以及膜工艺存在膜阻塞、单独去除嗅味物质效果差工艺流程复杂的问题。本发明介质阻挡放电产生的低温等离子体，其中包含了O<subgt;3</subgt;、·OH等对污染物有强氧化降解能力的活性物质，操作简单、处理效果好，且介质阻挡放电装置结构简单、制作成本低、经济有效。本发明可获得一种利用绝缘介质阻挡放电产生低温等离子体去除水体中嗅味物质的方法。

技术研发人员：何旭,夏双庆,姚静锋,马军
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15