[发明专利]用于等离子体诱导的水净化的方法和设备

说明书

本发明涉及一种用于净化被至少一种废水成分污染的水的方法，其中所述废水成分具有至少一种化合物，所述化合物的键能低于简单的氢氧键的键能，所述方法包括以下步骤：‑在反应室内在未接地的储水器中提供具有预定的水位的被污染的水；‑在大气压下给刚好一个在预定的距离中设置在储水器的上方的面状地构成的、冷却的等离子体电极加载高频的交流电压，使得在位于所述等离子体电极和所述水的表面之间的高频场中构成等离子体，所述等离子体的能量输入足以使得键能小于或等于简单的氢氧键的键能的化合物解离；‑检测至少一种所述废水成分的浓度。

技术领域

本发明涉及一种用于等离子体诱导的水净化的方法以及设备。

背景技术

水净化，尤其是废水净化，对废水处理公司越来越构成重大挑战。废水被大量污染物污染，在此，氮化合物是在碳化合物之后的第二最常见的化合物。家庭废水尤其被呈铵化合物的形式的氮污染。在温度提高和pH值增加的情况下，所述铵化合物会反应生成剧毒的氨(NH3)。例如出自地下水的亚硝酸盐或硝酸盐也会使废水受到污染。其它污染例如因引入激素或药物残留物引起。

至今为止的用于净化废水的方法极其耗费并且为此需要非常大量的能量。此外，净化设施仅受限地能够净化废水。尤其地，残留废水，如余汽冷凝水、滤出液和离心分离液不能再通过现有技术中的大多数生物工艺来简单地处理。实验方法，如使用常规的等离子体工艺，对于如在Physics of Plasmas 24,055501(2017)，John E.Foster的论文“Plasma-based water purification:Challenges and prospects for the future”中所描述的大规模使用而言不够有效。

发明内容

在此，本发明以如下为出发点，提供一种用于即使针对高污染的废水也有效地进行水净化的方法。

根据第一方面，本发明涉及一种用于净化被至少一种废水成分污染的水的方法，其中所述废水成分具有至少一种化合物，所述化合物具有如下键能，所述键能低于简单的氢氧键的键能。

所述方法包括以下步骤：

-在反应室内的未接地的储水器中以预定的水位提供被污染的水；

-在大气压下给刚好一个在预定的距离中设置在储水器的水位上方的面状构成的、冷却的等离子体电极加载高频的交流电压，使得在位于等离子体电极和水的表面之间的高频场中构成等离子体，所述等离子体的能量输入足以使得具有以下键能的化合物解离，所述键能小于或等于简单的氢氧键的键能；

-检测至少一种废水成分的浓度。

本发明使用所谓的等离子体电解，即非热等离子体，所述非热等离子体引发电子撞击诱导的工艺。这能够实现水和包含在水中的废水成分的解离性电子贴附和解离激发。解离反应根据本发明不会像在其它方法中那样在两个电极和/或膜面上进行，而是在等离子体化学的气体和水体积工艺中进行，因此与在常规的用于水净化的方法相比产生显著更高的效率。在这种气体和水体积中以及在水表面上进行的放电会引起产生在对于解离具有以下键能的化合物有利的能量范围(直至20eV)中的自由的电子，所述键能低于简单氢氧键的键能。通过与水和气体分子的撞击引起形成大量激发的分子和原子种类。经由双重撞击反应和在电极一方以及水和所包含的废水成分另一方之间的极端的电荷位移进行解离。

本发明还包括以下知识：大量废水成分具有如下化合物，所述化合物所具有的键能低于简单的氢氧键的键能。因此，铵例如具有简单的N-H键，硝酸盐具有简单的N-O键，在激素和药物残留物中通常存在简单的碳化合物。因此，能够经由所述化合物的解离将所不期望的废水成分从水中去除，而不会使所述水本身显著消耗，因为所述废水成分的化合物比氢氧键更快地解离。