一種線筒式介質阻擋放電協同活性炭纖維降解水中三氯卡班的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于難生化降解有機廢水處理領域，具體涉及一種線筒式介質阻擋放電協同活性炭纖維降解水中三氯卡班的裝置以及使用這種裝置進行廢水處理的方法。
【背景技術】
[0002]三氯卡班(TCC)作為一種高效、廣譜、安全的新型抗菌劑，在醫療消毒劑中有著廣泛應用。適用于香皂、香波、沐浴露、洗手液、洗面奶、美容液、去痘霜、洗衣粉、洗衣液、創傷膏、美容化妝品、須用泡沫膏、牙膏、漱口水、抗菌餐具洗滌劑、傷口消毒劑、織物抗菌整理劑、醫用消毒劑、纖維紡織品和除腋臭及腳氣類產品的殺菌、抑菌和除臭成分。然而，在其生產和使用的過程中，會進入環境水體，對水環境造成污染。作為一種新型的內分泌干擾素，三氯卡班能引起人體肝細胞的DNA損傷，并呈現顯著的劑量-效應關系和時間效應關系。其中L02細胞對三氯卡班更為敏感，在低暴露劑量(2.38 μ mo I/L)下就可以引起DNA斷裂損傷。在藥品和個人護理用品中添加的抗菌化學物質三氯卡班，有可能引發包括癌癥、生殖功能障礙和發育異常等病癥的諸多問題。而且三氯卡班被列為大量生產的化學物質，對水生生物體也具有潛在的高風險。因此，有必要對水中的三氯卡班進行有效處理。由于三氯卡班的難生化降解，容易在傳統的生物法中的活性污泥和廢水出水中存留下來，造成環境水體污染。
[0003]低溫等離子體包括羥基自由基、臭氧、紫外光等活性物質，可有效降解難生化處理的有機廢水，降解速率快。介質阻擋放電是有絕緣介質插入放電空間的一種非平衡態氣體放電，能夠在大氣壓下產生大體積、高能量密度的低溫等離子體。在大氣壓下，這種氣體放電呈現微通道的放電結構，每個微放電的時間過程都很短暫，壽命不到10ns，而電流密度卻很高。線筒式介質阻擋放電產生的等離子體比普通針狀電暈放電更多，能產生大量臭氧，放電更加穩定，降解效率也要更高。但是由于介質阻擋放電產生的臭氧利用效率低，礦化效率不好，限制了其應用，因此必須采用一種高效的降解方法對水中的三氯卡班進行降解。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是利用低溫等離子體協同活性炭纖維技術，在降解和吸附三氯卡班的過程中實現即時再生及改性活性炭纖維，提供了一種線筒式介質阻擋放電協同活性炭纖維降解水中三氯卡班的裝置及方法，以期解決或緩解三氯卡班所造成的水體污染問題。該方法具有反應條件溫和、處理效果好、反應效率高、無二次污染、重復使用效果好等優點。
[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案實現:
[0006]一種線筒式介質阻擋放電協同活性炭纖維降解水中三氯卡班的裝置，該裝置包括筒狀反應器、連通在筒狀反應器上部的布水槽、循環緩沖容器、分別連接交流高壓電源正負極的棒狀高壓電極和接地電極，所述的棒狀高壓電極設置在所述的筒狀反應器內，所述的接地電極覆蓋在所述筒狀反應器的外壁上，所述筒狀反應器的內壁上固定有活性炭纖維層，所述活性炭纖維層的表面上設有多孔擋板，所述的循環緩沖容器分別連通設在所述布水槽側壁上的廢水入口和設在所述筒狀反應器底部的廢水出口形成廢水循環管路。
[0007]所述活性炭纖維層中的活性炭纖維用去離子水洗過后在100?130°C的烘箱中烘干，然后設置在筒狀反應器的內壁上，并用多孔擋板固定，以層狀結構圍成一圈。
[0008]所述的布水槽與所述的筒狀反應器同軸相連。
[0009]所述的棒狀高壓電極沿軸向從布水槽的上部插入筒狀反應器內，并固定在布水槽上部的石英板上。所述的棒狀高壓電極通過橡膠塞固定在石英板上。
[0010]所述的循環緩沖容器內設有攪拌器，確保緩沖容器中廢水混合均勻；所述的攪拌器為磁力攪拌器。
[0011 ] 所述的循環緩沖容器通過管道和蠕動泵連通設在所述布水槽上的廢水入口，所述的循環緩沖容器通過管道連通設在所述筒狀反應器底部的廢水出口。所述筒狀反應器的出水采用重力自流方式，減少動力消耗。
[0012]所述筒狀反應器的頂部在布水槽的底部形成溢流堰，確保廢水沿筒狀反應器的內壁均勻流下。所述的溢流堰為齒形堰。
[0013]所述的棒狀高壓電極為鋁棒；接地極為薄壁鋁板。
[0014]所述布水槽的下部為凹形弧面使進水分布均勻，所述布水槽的上部開有通氣口，保持反應器內壓力平衡。
[0015]上述筒狀反應器、多孔擋板和布水槽的材料均為石英玻璃。
[0016]廢水通過進水蠕動泵提供的動力進行循環，連通在所述廢水進口和循環緩沖容器之間的婦動泵進水流速為30?50ml/min。
[0017]—種線筒式介質阻擋放電協同活性炭纖維降解水中三氯卡班的方法，將三氯卡班廢水采用蠕動泵通入到上述裝置的布水槽內，廢水以液膜方式流過設在筒狀反應器內壁上的活性炭纖維層，打開交流高壓電源電流進行介質阻擋放電，產生低溫等離子體，等離子體協同活性炭纖維對三氯卡班廢水進行處理。
[0018]所述交流高壓電源的輸出功率為60?100W ;進水流速為30?50mL/min ;所述的含三氯卡班廢水中三氯卡班的濃度為2?20mg/L。
[0019]介質阻擋放電等離子體協同活性炭纖維對含三氯卡班廢水進行處理的時間為3 ?18min0
[0020]所述的含三氯卡班廢水的pH為2?7。
[0021]本發明中介質阻擋放電協同活性炭纖維技術其反應時間短、去除效果好、礦化程度高，可在短時間內去除水中的三氯卡班；可以對活性炭纖維進行改性，提高其吸附及催化性能；等離子體能再生活性炭纖維，活性炭纖維重復利用性好，循環利用降解效率更高。
[0022]活性炭纖維(ACFs)作為新型的環境功能材料，從20世紀70年代逐步發展，與目前常用的粉末或顆粒狀活性炭相比，它具有微孔含量大，孔徑小，孔徑分布窄，比表面積大；能增強臭氧的礦化與降解效果，提高臭氧的利用效率；對低濃度的吸附質有良好的吸附性能。重要的是，本發明將活性炭纖維放在低溫等離子體的環境中，能同時實現活性炭纖維的吸附再生與改性，進一步提高降解效率，增強活性炭纖維的循環利用。等離子體一一吸附一一催化聯用技術處理難降解廢水，可通過活性炭纖維吸附來富集有機污染物，同時利用等離子體來降解吸附在活性炭纖維的三氯卡班，達到再生的目的。
[0023]本發明的有益效果體現在:
[0024](I)線筒式介質阻擋放電協同活性炭纖維能在較短時間內有效去除水中的三氯卡班，比現在的生物法及化學法有更高的降解效率；
[0025](2)在介質阻擋等離子體反應區域加入活性炭纖維能充分利用介質阻擋放電產生的臭氧提尚二氯卡班廢水中總有機碳的去除率；
[0026](3)反應器采用線筒式能提高等離子體與活性炭纖維的接觸面積，同時產生大量的等離子體，將反應區域維持在一個高濃度臭氧的環境，提高降解效率；
[0027](4)隨著介質阻擋放電反應的進行，吸附在活性炭纖維表面的三氯卡班被逐漸降解，線筒式反應器中的活性炭纖維達到再生，可大大提高重復利用率；
[0028](5)經過介質阻擋放電等離子體改性，活性炭纖維的吸附及催化能力得到增強，進一步提尚協同降解效率；
[0029](6)充分利用廢水的重力自流，減少動力消耗，裝置簡單易操作。
【附圖說明】
[0030]圖1為線筒式介質阻擋放電協同活性炭纖維降解水中三氯卡班裝置的結構圖。
[0031]圖2為筒狀反應器和布水槽的俯視圖。
[0032]圖3為三氯卡班降解率隨功率的變化曲線。
[0033]圖4為三氯卡班降解率隨活性炭纖維重復利用次數的變化曲線。
[0034]圖中，I一交流高壓電源、2—通氣口、3—棒狀高壓電極、4一布水槽、5—廢水入口、
6—婦動栗、7—循環緩沖容器、8—磁力攬樣器、9一廢水出口、10一筒狀反應器、11 一接地電極、12—放電區域、13—活性炭纖維層、14 一多孔擋板。
【具體實施方式】
[0035]如圖1和2所示，一種線筒式介質阻擋放電協同活性炭纖維降解水中三氯卡班的裝置，該裝置包括筒狀反應器10、同軸連通在筒狀反應器10上部的布水槽4、循環緩沖容器7、分別連接交流高壓電源I正負極的棒狀高壓電極3和接地電極11，所述的棒狀高壓電極3沿軸向從布水槽4上部插入筒狀反應器10并用橡膠塞固定在布水槽4上部的石英板上，所述的接地電極11覆蓋在所述筒狀反應器10的外壁上，所述筒狀反應器10的內壁上固定有活性炭纖維層13，所述活性炭纖維層13的表面上設有多孔擋板14用于固定活性炭纖維層13，所述的循環緩沖容器7通過管道和蠕動泵6連通設在所述布水槽側壁上的廢水入口5，所述的循環緩沖容器7通過管道連通設在所述筒狀反應器10