介质阻挡放电协同催化剂处理矿山羟肟酸类有机废水的装置及方法

1.本发明属于废水处理技术领域，具体涉及介质阻挡放电协同催化剂处理矿山羟肟酸类有机废水的装置及方法。


背景技术：

2.羟肟酸是一种应用在矿物浮选中增强其捕获性和选择性改善浮选的效果的浮选捕收剂，因其捕获效果在矿山浮选中得到了广泛的应用。近年来，以羟肟酸类药剂为基础底物引入单一或多官能基团开发出了一系列新型羟肟酸类改性捕收剂应用于矿山浮选中。但因羟肟酸具有一定的毒性、同时会造成水富营养化，羟肟酸应用后产生的环境污染问题成为了应用痛点。
3.目前，对矿山有机废水的处理方法有：自然降解法为矿山废水中最常用的处理方法，通过设立矿山尾砂库存储污水并使污染物自我降解，但羟肟酸类捕收剂在自然条件下，降解不完全或几乎不会自然降解，直接排放会对环境造成二次严重污染；生物降解法能耗低、环保经济、能够很好的处理黄药等易降解有机物，但是羟肟酸类捕获含有苯甲结构，在单基质条件下难以降解，需要在菌株中投加营养物质，但实际的矿山有机废水含有多种重金属，不利于菌株的培养，多种无机离子使得催化剂活性降低甚至失活，因此单一加入催化剂处理羟肟酸类矿山废水降解效果达不到排放要求。需要研究开发一种矿山羟肟酸类有机废水的装置及方法，处理有毒性、腐蚀性强、多类重金属超标、溶液密度高的难降解的矿山羟肟酸类有机废水。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种降解效率高、耐腐蚀强、不受重金属影响的介质阻挡放电协同催化剂处理矿山羟肟酸类有机废水的装置及方法。
5.本发明采取的技术方案如下：介质阻挡放电协同催化剂处理矿山羟肟酸类有机废水的装置，包括带盖的水箱、设置在水箱外的鼓气设备、横穿水箱且相互套设的内层石英介质管和外层石英介质管、包裹在内层石英介质管内的导电部件、设置在外层石英介质管一端的进气孔、设置在水箱上的接地极；所述外层石英介质管的内壁和内层石英介质管的外壁之间的空腔形成放电区域，所述内层石英介质管和外层石英介质管两端设置在所述水箱外且两端封闭，位于水箱内的外层石英介质管开设一组小孔，所述鼓气设备通过管道与进气孔连通，所述导电部件与水箱间通过导线接入交流高压电源。
6.进一步地，所述内层石英介质管和外层石英介质管同轴设置。
7.进一步地，所述的一组小孔均匀分布在所述外层石英介质管的底部。
8.进一步地，该装置还包括设置在导线上获取电路参数的监测设备。
9.一种使用所述的装置协同催化剂处理矿山羟肟酸类有机废水的方法，在所述装置
的水箱中加入含羟肟酸类有机废水并投入催化剂活性炭（沸水，5a分子筛，碳纳米管），所述催化剂投放在所述外层石英介质管的小孔区域，开启鼓气设备和交流高压电源，调节鼓气流速为20-35l/min，交流电压峰值为13 kv
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14.5 kv，含羟肟酸类有机废水在装置中停留10～42min完成废水处理。
10.进一步地，以处理的废水体积计，催化剂加入量 为0.5～2g/l。
11.进一步地，矿山羟肟酸类有机废水中含羟肟酸类物质的浓度为10～80mg/l。
12.进一步地，所述矿山羟肟酸类有机废水的ph值为8。
13.本发明的有益效果：本发明的装置设置双层石英介质管，保护导电部件与矿山羟肟酸类有机废水接触，增强了装置的耐腐蚀性。
14.矿山羟肟酸类有机废水因多类重金属超标电导率较大，较大的有机废水电导率会显著降低降解效果，本发明的放电区间不在有机废水中而是在空气中，降解效果不受有机废水中多类重金属电导率的影响。
15.低温放电等离子体产生的活性物质一般有效时间较短，本发明的催化剂反应区间紧贴外层介质石英管，放电时产生的活性物质与催化剂能够瞬时接触提高了有机废水的处理效率。
附图说明
16.图1为本发明装置的结构示意图；图2为本发明实施例不同电压下的降解效率图；图3为本发明实施例不同电压下该装置处理矿山羟肟酸类废水的能量效率图；图4为本发明实施例铅、镉重金属对该装置处理矿山羟肟酸类废水的降解效率影响图。
实施方式
17.下面结合说明书附图和实施例进一步阐述本发明的内容。
18.如图1所示，介质阻挡放电协同催化剂处理矿山羟肟酸类有机废水的装置，包括带盖的水箱1，水箱的材质为亚克力、设置在水箱外的鼓气设备2、横穿水箱且相互套设的内层石英介质管3和外层石英介质管5，所述内层石英介质管和外层石英介质管可同轴设置，包裹在内层石英介质管内的导电部件4、设置在外层石英介质管一端的进气孔7、设置在水箱上的接地极11；所述外层石英介质管的内壁和内层石英介质管的外壁的空腔形成放电区域6，所述内层石英介质管和外层石英介质管两端设置在所述水箱外且两端封闭，位于水箱内的外层石英介质管开设一组小孔8，一组小孔可均匀分布在所述外层石英介质管的底部，所述鼓气设备通过管道与进气孔连通，所述导电部件与水箱间通过导线接入交流高压电源10，交流高压电源可采用南京苏曼公司所制的工频交流电源（ctp-2000k）；该装置还包括设置在导线上获取电路参数的监测设备12，所述的监测设备12有电压探头（p6015a tektronix）、电容低压探头0.47uf（tpp0201 tektronix）、电流探头（model411 pearson）和数字示波器（dsox4054aagilent）。
19.本实施例的水箱长度200mm、宽度150mm、高度150mm，材质为亚克力，同轴双层石英
介质圆形管横穿水箱，外层石英介质圆形管直径为14mm，内层石英介质圆形管直径为8mm，内、外层石英圆形管长度均为240mm、厚度均为1mm且两端封闭；外层石英圆形管内壁和内层石英圆形管外壁形成对称的放电空间放电区域6；外层石英圆形管一端开设进气孔7；内层石英圆形管紧贴包裹导电部件作为高压极，导电部件可为钢质螺纹棒，外直径为8mm、长度为260mm、螺距为1mm；接地极11为一根长度为15mm不锈钢螺纹钉，空气通过鼓气设备由外层石英圆形管的进气孔进入到放电区域6中，利用外层石英圆形管底部开口垂直朝下的6-18个直径为1-2mm的开孔，将放电区域6产生的各类活性物质带入有机废水中进行降解处理，
实施例
20.将1l浓度为80mg/l的苯甲羟肟酸废水投入该装置中，投入1.5g/l活性炭催化剂在外层石英介质管的小孔9区域，废水ph通过naoh以及hci调为8，打开鼓气设备调节流速为30l/min，空气由进气孔7鼓入到放电区域6中，随即通过外层石英圆形管5底部的小孔8形成水柱进入到有机废水溶液，高压极导电部件4施加电压，交流电峰值为13kv，电流频率为7500hz，每次隔7分钟，打开水箱盖取三组平行样品，取样6次，采用安捷伦公司的高效液相色谱仪（1260 infinty agilent）测试苯甲羟肟酸的浓度。
实施例
21.除放电初始阶段，施加交流电峰值为13.5kv外，其余操作与实施例1相同。
实施例
22.除放电初始阶段，施加交流电峰值为14kv外，其余操作与实施例1相同。
实施例
23.本实施例为1l浓度为80mg/l的苯甲羟肟酸废水中分别含有5mmol/l pb(no3)2、10 mmol/l 的pb(no3)2、5mmol/l cd(no3)2、10 mmol/l 的cd(no3) 2
。除放电初始阶段，施加交流电峰值为14.5kv外，其余操作与实施例1相同。
24.如图2所示，苯甲羟肟酸废水在该装置中处理时间42分钟后，实施例1-4的降解效率均大于90%，采用本发明的装置及方法能够高效降解苯甲羟肟酸废水，当输入电压由13kv增加至14.5kv，苯甲羟肟酸的降解效率也显著增加最高达到了98.7%，随着输入电压的增大，介质阻挡放电装置产生的臭氧、羟基自由基等活性物质也逐渐增多提高了降解效率，但考虑到经济效益，本发明通过监测设备统计了能量消耗如图3所示，能源效率最高为施0.633mg/kwh。
25.由图4可知，不含重金属离子的苯甲羟肟酸矿山废水初始降解效率为93.57%降解效率，而含有重金属离子后，苯甲羟肟酸降解效率均提升，苯甲羟肟酸矿山废水降解效率最高达到了98.68%，本发明放电区域在空气中不会影响到放电高压电极和导电率，重金属离子不会抑制介质阻挡放电协同催化剂降解矿山废水。
26.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.介质阻挡放电协同催化剂处理矿山羟肟酸类有机废水的装置，其特征在于，包括带盖的水箱（1）、设置在水箱外的鼓气设备（2）、横穿水箱且相互套设的内层石英介质管（3）和外层石英介质管（5）、包裹在内层石英介质管内的导电部件（4）、设置在外层石英介质管一端的进气孔（7）、设置在水箱上的接地极（11）；所述外层石英介质管的内壁和内层石英介质管的外壁之间的空腔形成放电区域（6），所述内层石英介质管和外层石英介质管两端设置在所述水箱外且两端封闭，位于水箱内的外层石英介质管开设一组小孔（8），所述鼓气设备通过管道与进气孔连通，所述导电部件与水箱间通过导线接入交流高压电源（10）。2.如权利要求1所述的介质阻挡放电协同催化剂处理矿山羟肟酸类有机废水的装置，其特征在于，所述内层石英介质管和外层石英介质管同轴设置。3.如权利要求1所述的介质阻挡放电协同催化剂处理矿山羟肟酸类有机废水的装置，其特征在于，所述的一组小孔均匀分布在所述外层石英介质管的底部。4.如权利要求1所述的介质阻挡放电协同催化剂处理矿山羟肟酸类有机废水的装置，其特征在于，该装置还包括设置在导线上获取电路参数的监测设备（12）。5.一种使用权利要求1-4任一项所述的装置协同催化剂处理矿山羟肟酸类有机废水的方法，其特征在于，在所述装置的水箱中加入含羟肟酸类有机废水并投入催化剂，所述催化剂投放在所述外层石英介质管的小孔区域，开启鼓气设备和交流高压电源，调节鼓气流速为20-35l/min，交流电压峰值为13 kv
ꢀ‑
14.5 kv，含羟肟酸类有机废水在该装置中停留10～42min完成废水处理。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，以处理的废水体积计，催化剂加入量为0.5～2g/l。7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，矿山羟肟酸类有机废水中含羟肟酸类物质的浓度为10～100mg/l， 废水温度为15～40℃。8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述矿山羟肟酸类有机废水的ph值为8。

技术总结
本发明公开了介质阻挡放电协同催化剂处理矿山羟肟酸类有机废水的装置及方法，包括带盖的水箱（1）、设置在水箱外的鼓气设备（2）、横穿水箱且相互套设的内层石英介质管（3）和外层石英介质管（5）、包裹在内层石英介质管内的导电部件（4）、设置在外层石英介质管一端的进气孔（7）、设置在水箱上的接地极（11）。本发明在水箱的有机废水中外层石英介质管的小孔区域投入催化剂，开启鼓气设备和交流高压电源，调节鼓气流速为20-35L/min，交流电压峰值为10 kV-14.5 kV停留10～42min。本发明的装置耐腐蚀强，能够高效降解苯甲羟肟酸废水，当输入电压由13kV增加至14.5kV，苯甲羟肟酸的降解效率也显著增加达到了98.7%。显著增加达到了98.7%。显著增加达到了98.7%。


技术研发人员：王佩祥 董冰岩 李贞栋 谭艳雯 张芹 段煜 廖文斌 宋宜彬
受保护的技术使用者：江西理工大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/14