一种低温等离子体装置处理废水的方法

khz。
9.优选的，所述低温等离子体装置包括反应腔室，所述反应腔室的一端设有进气口，另一端设有出气口，所述反应腔室内布置有导流管和导电部件，气体从进气口进入反应腔室，通高压的导电部件经过介质阻挡放电使反应腔室中的气体产生低温等离子体，低温等离子体产生的超声波、紫外线和辐射态能量激活从导流管进入反应腔室的废水中的过氧单硫酸盐，与低温等离子体产生的活性物质共同实现废水中有机物的降解，所述反应腔室的底部设有排水口。
10.其中，反应腔室和导流管均为石英管。
11.优选的，所述导流管的底部设有进水口，顶部设有出水口，使废水从导流管的底部流入，从顶部流出，并沿导流管的外壁流向至反应腔室的底部。
12.优选的，所述低温等离子体装置还包括进气室和出气室，所述进气室与所述反应腔室的进气口相连通，所述出气室与所述反应腔室的出气口相连通。
13.优选的，所述低温等离子体装置还包括相连通的水泵和储水箱，所述水泵与所述导流管的进水口相连通，所述反应腔室的排水口与所述储水箱相连通，以实现储水箱中的废水的循环处理。
14.优选的，所述低温等离子体装置还包括相连通的储气瓶和气泵，所述气泵与所述进气室的进气口相连通。
15.优选的，所述导电部件为金属网，金属网布置在所述反应腔室的外侧壁上，所述导电部件外接高压电源，所述高压电源连接有示波器。
16.本发明的有益效果：1）本发明的低温等离子体装置处理废水的方法，通过在废水中加入过氧单硫酸盐，然后引入低温等离子体装置中，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体与混合废水接触，并充分利用低温等离子体装置中低温等离子体产生的活性物质和低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过氧单硫酸盐，共同实现了废水中磺胺嘧啶的有效降解。解决了现有低温等离子体装置处理废水过程中，超声波、紫外线和辐射态能量不能直接用于降解废水，从而造成能量损失和降解效率低下的问题。
17.2）本发明的低温等离子体装置处理废水的方法中的低温等离子体装置，通过在反应腔室上设置进气口和出气口，同时在反应腔室内布置导流管和导电部件，气体从进气口进入反应腔室，通高压的导电部件经过介质阻挡放电使反应腔室中的气体产生低温等离子体，低温等离子体产生活性物质和超声波、紫外线和辐射态能量，超声波、紫外线和辐射态能量激活从导流管进入反应腔室的废水中的过氧单硫酸盐产生羟基自由基和硫酸根自由基，与活性物质共同实现了废水中有机物的有效降解。通过在导流管的底部设置进水口，顶部设置出水口，使废水从导流管的底部流入，然后从顶部流出至反应腔室中，并沿导流管的外壁流动，进一步增大了低温等离子体与废水的接触面积。通过设置水泵和储水箱，使得储水箱中的废水通过水泵输入到导流管中，再从导流管顶部流出至反应腔室中，并沿导流管的外壁流动，然后从反应腔室的排水口流出至储水箱中，实现了废水的循环处理。通过设置储气瓶和气泵，使储气瓶中的气体通过气泵输送至进气室中，在进气室中稳定气压后，再由进气室输送至反应腔室中。通过将导电部件设在反应腔室的外侧壁上，实现了低温等离子体装置的介质阻挡放电，在废水处理技术领域，具有推广应用价值。
附图说明
18.图1为实施例1中的低温等离子体装置的结构示意图；其中，1-反应腔室，101-进气口，102-出气口；2-导流管，201-进水口，202-出水口；3-导电部件；4-进气室；5-出气室；6-水泵；7-储水箱；8-储气瓶；9-气泵；10-高压交流电源；11-示波器；图2为实施例2至实施例5，以及对照实施例1中在不同时间点，处理前后废水中磺胺嘧啶的含量比例；图3为实施例5至实施例8中在不同时间点，处理前后废水中磺胺嘧啶的含量比例；图4为实施例5，以及实施例9至实施例11在不同时间点，处理前后废水中磺胺嘧啶的含量比例。
具体实施方式
19.以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
20.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
21.实施例1如图1所示，一种低温等离子体装置，包括反应腔室1，反应腔室1的一端设有进气口101，另一端设有出气口102，反应腔室1内布置有导流管2和导电部件3，气体从进气口101进入反应腔室1，通高压的导电部件3经过介质阻挡放电使反应腔室1中的气体产生低温等离子体，低温等离子体产生的超声波、紫外线和辐射态能量激活从导流管2进入反应腔室1的废水中的过氧单硫酸盐产生羟基自由基和硫酸根自由基，与低温等离子体产生的活性物质（过氧化氢、臭氧、羟基自由基等）共同实现废水中有机物的降解，反应腔室1的底部还设有排水口103；其中，进气口101设在反应腔室1的顶端，出气口设在反应腔室的底端；导流管2的底部设有进水口201，顶部设有出水口202，使废水从导流管2的底部流入，从顶部流出，并沿导流管2的外壁流向至反应腔室1的底部；还包括进气室4和出气室5，进气室4与反应腔室1的进气口101相连通，出气室5与反应腔室1的出气口102相连通；还包括相连通的水泵6和储水箱7，水泵6与导流管2的进水口201相连通，反应腔室1的排水口103与储水箱7相连通，以实现储水箱7中的废水的循环处理；还包括相连通的储气瓶8和气泵9，气泵9与进气室4的进气口相连通；导电部件3为金属网，金属网布置在反应腔室1的外侧壁上，导电部件3外接高压交流电源10，高压交流电源10连接有示波器11。
22.实施例2
一种低温等离子体装置处理废水的方法，包括以下步骤：s1、向含有10mg/l的磺胺嘧啶的废水溶液中加入0.4毫摩尔的过硫酸氢钾（khso5），然后通过氢氧化钠或硫酸调节ph至7.0，超声混合均匀，得混合废水溶液；s2、取1l混合废水溶液倒入实施例1中的低温等离子体装置的储水箱中，打开气泵和水泵，使空气从储气瓶中进入进气室，然后再进入反应腔室中，同时使混合废水溶液从储水箱进入导流管，然后再从导流管的顶部沿侧壁流下，循环稳定后，开启高压交流电源，并设定交流电源的峰值电压和频率分别为13kv 和9.2 khz，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体与混合废水接触，低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过硫酸氢钾产生羟基自由基和硫酸根自由基，与低温等离子体产生的活性物质（过氧化氢、臭氧、羟基自由基等）共同实现废水中磺胺嘧啶的降解，反应一定时间后，在储水箱中取2ml处理后的废水进行磺胺嘧啶含量的检测。
23.实施例3一种低温等离子体装置处理废水的方法，包括以下步骤：s1、向含有10mg/l的磺胺嘧啶的废水溶液中加入0.8毫摩尔的过硫酸氢钾（khso5），然后通过氢氧化钠或硫酸调节ph至7.0，超声混合均匀，得混合废水溶液；s2、取1l混合废水溶液倒入实施例1中的低温等离子体装置的储水箱中，打开气泵和水泵，使空气从储气瓶中进入进气室，然后再进入反应腔室中，同时使混合废水溶液从储水箱进入导流管，然后再从导流管的顶部沿侧壁流下，循环稳定后，开启高压交流电源，并设定交流电源的峰值电压和频率分别为13kv 和9.2 khz，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体与混合废水接触，低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过硫酸氢钾产生羟基自由基和硫酸根自由基，与低温等离子体产生的活性物质共同实现废水中磺胺嘧啶的降解，反应一定时间后，在储水箱中取2ml处理后的废水进行磺胺嘧啶含量的检测。
24.实施例4一种低温等离子体装置处理废水的方法，包括以下步骤：s1、向含有10mg/l的磺胺嘧啶的废水溶液中加入1.6毫摩尔的过硫酸氢钾（khso5），然后通过氢氧化钠或硫酸调节ph至7.0，超声混合均匀，得混合废水溶液；s2、取1l混合废水溶液倒入实施例1中的低温等离子体装置的储水箱中，打开气泵和水泵，使空气从储气瓶中进入进气室，然后再进入反应腔室中，同时使混合废水溶液从储水箱进入导流管，然后再从导流管的顶部沿侧壁流下，循环稳定后，开启高压交流电源，并设定交流电源的峰值电压和频率分别为13kv 和9.2 khz，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体与混合废水接触，低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过硫酸氢钾产生羟基自由基和硫酸根自由基，与低温等离子体产生的活性物质共同实现废水中磺胺嘧啶的降解，反应一定时间后，在储水箱中取2ml处理后的废水进行磺胺嘧啶含量的检测。
25.实施例5一种低温等离子体装置处理废水的方法，包括以下步骤：s1、向含有10mg/l的磺胺嘧啶的废水溶液中加入2.4毫摩尔的过硫酸氢钾（khso5），然后通过氢氧化钠或硫酸调节ph至7.0，超声混合均匀，得混合废水溶液；s2、取1l混合废水溶液倒入实施例1中的低温等离子体装置的储水箱中，打开气泵和水泵，使空气从储气瓶中进入进气室，然后再进入反应腔室中，同时使混合废水溶液从储
水箱进入导流管，然后再从导流管的顶部沿侧壁流下，循环稳定后，开启高压交流电源，并设定交流电源的峰值电压和频率分别为13kv 和9.2 khz，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体与混合废水接触，低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过硫酸氢钾产生羟基自由基和硫酸根自由基，与低温等离子体产生的活性物质共同实现废水中磺胺嘧啶的降解，反应一定时间后，在储水箱中取2ml处理后的废水进行磺胺嘧啶含量的检测。
26.实施例6一种低温等离子体装置处理废水的方法，包括以下步骤：s1、向含有10mg/l的磺胺嘧啶的废水溶液中加入1.6毫摩尔的过硫酸氢钾（khso5），然后通过氢氧化钠或硫酸调节ph至7.0，超声混合均匀，得混合废水溶液；s2、取1l混合废水溶液倒入实施例1中的低温等离子体装置的储水箱中，打开气泵和水泵，使空气从储气瓶中进入进气室，然后再进入反应腔室中，同时使混合废水溶液从储水箱进入导流管，然后再从导流管的顶部沿侧壁流下，循环稳定后，开启高压交流电源，并设定交流电源的峰值电压和频率分别为10kv 和9.2 khz，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体与混合废水接触，低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过硫酸氢钾产生羟基自由基和硫酸根自由基，与低温等离子体产生的活性物质共同实现废水中磺胺嘧啶的降解，反应一定时间后，在储水箱中取2ml处理后的废水进行磺胺嘧啶含量的检测。
27.实施例7一种低温等离子体装置处理废水的方法，包括以下步骤：s1、向含有10mg/l的磺胺嘧啶的废水溶液中加入1.6毫摩尔的过硫酸氢钾（khso5），然后通过氢氧化钠或硫酸调节ph至7.0，超声混合均匀，得混合废水溶液；s2、取1l混合废水溶液倒入实施例1中的低温等离子体装置的储水箱中，打开气泵和水泵，使空气从储气瓶中进入进气室，然后再进入反应腔室中，同时使混合废水溶液从储水箱进入导流管，然后再从导流管的顶部沿侧壁流下，循环稳定后，开启高压交流电源，并设定交流电源的峰值电压和频率分别为11kv 和9.2 khz，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体与混合废水接触，低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过硫酸氢钾产生羟基自由基和硫酸根自由基，与低温等离子体产生的活性物质共同实现废水中磺胺嘧啶的降解，反应一定时间后，在储水箱中取2ml处理后的废水进行磺胺嘧啶含量的检测。
28.实施例8一种低温等离子体装置处理废水的方法，包括以下步骤：s1、向含有10mg/l的磺胺嘧啶的废水溶液中加入1.6毫摩尔的过硫酸氢钾（khso5），然后通过氢氧化钠或硫酸调节ph至7.0，超声混合均匀，得混合废水溶液；s2、取1l混合废水溶液倒入实施例1中的低温等离子体装置的储水箱中，打开气泵和水泵，使空气从储气瓶中进入进气室，然后再进入反应腔室中，同时使混合废水溶液从储水箱进入导流管，然后再从导流管的顶部沿侧壁流下，循环稳定后，开启高压交流电源，并设定交流电源的峰值电压和频率分别为12kv 和9.2 khz，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体与混合废水接触，低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过硫酸氢钾产生羟基自由基和硫酸根自由基，与低温等离子体产生的活性物质共同实现废水中磺胺嘧啶的降解，反应一定时间后，在储水箱中取2ml处理后的废水进行磺胺嘧啶含量的检测。
29.实施例9
一种低温等离子体装置处理废水的方法，包括以下步骤：s1、向含有10mg/l的磺胺嘧啶的废水溶液中加入1.6毫摩尔的过硫酸氢钾（khso5），然后通过氢氧化钠或硫酸调节ph至3.0，超声混合均匀，得混合废水溶液；s2、取1l混合废水溶液倒入实施例1中的低温等离子体装置的储水箱中，打开气泵和水泵，使空气从储气瓶中进入进气室，然后再进入反应腔室中，同时使混合废水溶液从储水箱进入导流管，然后再从导流管的顶部沿侧壁流下，循环稳定后，开启高压交流电源，并设定交流电源的峰值电压和频率分别为13kv 和9.2 khz，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体与混合废水接触，低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过硫酸氢钾产生羟基自由基和硫酸根自由基，与低温等离子体产生的活性物质共同实现废水中磺胺嘧啶的降解，反应一定时间后，在储水箱中取2ml处理后的废水进行磺胺嘧啶含量的检测。
30.实施例10一种低温等离子体装置处理废水的方法，包括以下步骤：s1、向含有10mg/l的磺胺嘧啶的废水溶液中加入1.6毫摩尔的过硫酸氢钾（khso5），然后通过氢氧化钠或硫酸调节ph至9.0，超声混合均匀，得混合废水溶液；s2、取1l混合废水溶液倒入实施例1中的低温等离子体装置的储水箱中，打开气泵和水泵，使空气从储气瓶中进入进气室，然后再进入反应腔室中，同时使混合废水溶液从储水箱进入导流管，然后再从导流管的顶部沿侧壁流下，循环稳定后，开启高压交流电源，并设定交流电源的峰值电压和频率分别为13kv 和9.2 khz，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体与混合废水接触，低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过硫酸氢钾产生羟基自由基和硫酸根自由基，与低温等离子体产生的活性物质共同实现废水中磺胺嘧啶的降解，反应一定时间后，在储水箱中取2ml处理后的废水进行磺胺嘧啶含量的检测。
31.实施例11一种低温等离子体装置处理废水的方法，包括以下步骤：s1、向含有10mg/l的磺胺嘧啶的废水溶液中加入1.6毫摩尔的过硫酸氢钾（khso5），然后通过氢氧化钠或硫酸调节ph至11.0，超声混合均匀，得混合废水溶液；s2、取1l混合废水溶液倒入实施例1中的低温等离子体装置的储水箱中，打开气泵和水泵，使空气从储气瓶中进入进气室，然后再进入反应腔室中，同时使混合废水溶液从储水箱进入导流管，然后再从导流管的顶部沿侧壁流下，循环稳定后，开启高压交流电源，并设定交流电源的峰值电压和频率分别为13kv 和9.2 khz，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体与混合废水接触，低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过硫酸氢钾产生羟基自由基和硫酸根自由基，与低温等离子体产生的活性物质共同实现废水中磺胺嘧啶的降解，反应一定时间后，在储水箱中取2ml处理后的废水进行磺胺嘧啶含量的检测。
32.对比实施例1一种低温等离子体装置处理废水的方法，包括以下步骤：s1、将含有10mg/l的磺胺嘧啶的废水溶液，通过氢氧化钠或硫酸调节ph至7.0，超声混合均匀，得混合废水溶液；s2、取1l混合废水溶液倒入实施例1中的低温等离子体装置的储水箱中，打开气泵和水泵，使空气从储气瓶中进入进气室，然后再进入反应腔室中，同时使混合废水溶液从储水箱进入导流管，然后再从导流管的顶部沿侧壁流下，循环稳定后，开启高压交流电源，并
设定交流电源的峰值电压和频率分别为12kv 和9.2 khz，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体直接与混合废水接触，实现对废水中的磺胺嘧啶的降解，反应一定时间后，在储水箱中取2ml处理后的废水进行磺胺嘧啶含量的检测。
33.检测分析向实施例2至实施例5，以及对照实施例1中在不同时间点，在储水箱中取出的2ml处理后的废水中加入适量的硫代硫酸钠，进行磺胺嘧啶含量的检测分析。结果如图2所示。
34.从图2中分析可知，随着过硫酸氢钾浓度的增加，磺胺嘧啶的降解率逐渐提高，其中，过硫酸氢钾的浓度从0.4增加到1.6毫摩尔时，磺胺嘧啶的降解率从41.3%显着增加到91.8%。但当过硫酸氢钾的剂量从1.6毫摩尔增加到 2.4毫摩尔时，磺胺嘧啶的降解率有下降的趋势。
35.向实施例5至实施例8在不同时间点，在储水箱中取出的2ml处理后的废水中加入适量的硫代硫酸钠，进行磺胺嘧啶含量的检测分析。结果如图3所示。
36.从图3中分析可知，随着输入电压从10kv增加到12kv，磺胺嘧啶的降解率从65.8%增加到91.8%。但随着输入电压的进一步增加，磺胺嘧啶的降解率没有明显的提高。
37.向实施例5和实施例9至实施例11在不同时间点，在储水箱中取出的2ml处理后的废水中加入适量的硫代硫酸钠，进行磺胺嘧啶含量的检测分析。结果如图4所示。
38.从图4中分析可知，溶液的ph值对低温等离子体系统中活性物质的形成和有机化合物的存在有显着影响。在3.0到11.0的宽ph范围内，检测了溶液的初始ph差异对低温等离子体降解磺胺嘧啶的影响。反应15分钟后磺胺嘧啶降解的顺序为 ph 11 (70.1%) 《 ph 9.0 (85.6%) 《 ph 7 (91.8%) 《 ph 3 (95.2%)，从而证明了，酸性条件可促进磺胺嘧啶的降解，碱性条件抑制磺胺嘧啶的降解。其中，臭氧在酸性条件下具有更高的溶解度，这对于低温等离子体系统中活性物质（过氧化氢、臭氧、羟基自由基等）从气体到液体的转移很重要。虽然碱性条件有助于过氧单硫酸盐的激活，但研究表明，在低温等离子体中，碱对羟基自由基也有淬灭作用。因此，降低ph值加速了臭氧的转移，促进了羟基自由基等活性物质的积累，使得初始ph值为酸性时，磺胺嘧啶的降解率较高。
39.上述结果表明，适当的电压输入有利于低温等离子体装置中活性物质（过氧化氢、臭氧、羟基自由基等）的产生，同时，低温等离子体装置中的低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射可有效激活过氧单硫酸盐。其中，在低温等离子体装置中，电荷积聚在介电板上，到达阈值后，它突破空气，形成低温等离子体。低温等离子体中的高能电子等激发粒子返回基态，产生羟基自由基、过氧化氢和臭氧等寿命长的活性物质，活性物质可降解废水中的有机物。在这个过程中，更高的电压将导致更多低温等离子体的产生并进一步产生更多的活性物质，对废水中的磺胺嘧啶进行降解。同时，在水相中，低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过氧单硫酸盐，产生羟基自由基和硫酸根自由基，有效实现了废水中磺胺嘧啶的降解。因此，采用低温等离子体装置处理废水过程中，通过低温等离子体产生的活性物质结合活化后的过氧单硫酸盐共同实现了废水中磺胺嘧啶的有效降解。通过对成本和降解率的核算得知，当输入电压为13kv和过氧单硫酸盐的加入量为1.6毫摩尔时，废水中磺胺嘧啶的降解效果较好。
40.综上所述，本发明的低温等离子体装置处理废水的方法，通过在废水中加入过氧单硫酸盐，然后引入低温等离子体装置中，使低温等离子体装置中产生的低温等离子体与
混合废水接触，并充分利用低温等离子体装置中低温等离子体产生的活性物质和低温等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射激活过氧单硫酸盐，共同实现了废水中磺胺嘧啶的有效降解。解决了现有低温等离子体装置处理废水过程中，超声波、紫外线和辐射态能量不能直接用于降解废水，从而造成能量损失和降解效率低下的问题。
41.本发明的低温等离子体装置处理废水的方法中的低温等离子体装置，通过在反应腔室上设置进气口和出气口，同时在反应腔室内布置导流管和导电部件，气体从进气口进入反应腔室，经过导电部件放电产生低温等离子体，低温等离子体产生活性物质和超声波、紫外线和辐射态能量，超声波、紫外线和辐射态能量激活从导流管进入反应腔室的废水中的过氧单硫酸盐，活性物质和激活后的过氧单硫酸盐共同实现了废水中有机物的有效降解。通过在导流管的底部设置进水口，顶部设置出水口，使废水从导流管的底部流入，然后从顶部流出至反应腔室中，并沿导流管的外壁流动，进一步增大了低温等离子体与废水的接触面积。通过设置水泵和储水箱，使得储水箱中的废水通过水泵输入到导流管中，再从导流管顶部流出至反应腔室中，并沿导流管的外壁流动，然后从反应腔室的排水口流出至储水箱中，实现了废水的循环处理。通过设置储气瓶和气泵，使储气瓶中的气体通过气泵输送至进气室中，在进气室中稳定气压后，再由进气室输送至反应腔室中。通过将导电部件设在反应腔室的外侧壁上，实现了低温等离子体装置的介质阻挡放电，在废水处理技术领域，具有推广应用价值。
42.以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。