CN101565228A - 纳秒脉冲放电等离子体处理难降解有机污水的设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种纳秒脉冲放电等离子体处理难降解有机污水的设备。该设备由塔式反应器，纳秒脉冲功率源，气体压缩泵经管路连接组成；塔式反应器的上部是水栅，中部是放电电极，底部是净水槽，顶部设有污水入口，底部设有净水出口；中部的放电电极与外部的纳秒脉冲功率源连接，塔式反应器外壁接地；塔式反应器的下部通过管道与空气压缩泵连接，该管道上设有气压表，空气压缩泵上设有反应气体回收口，中间管道上设有单向气阀，空气压缩泵设有空气入口。本发明可有效降低有机废水的COD，提高BOD/COD，有利于生化降解，可实现难降解有机废水达标排放甚至循环利用，节能且处理成本低。

Description

纳秒脉冲放电等离子体处理难降解有机污水的设备

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及纳秒脉冲放电等离子体处理难降解有机污水的设备。

背景技术

高浓度难降解有机物，含有很多有毒有害物质，如氯苯酚、多氯联苯等，对环境和当地居民有巨大的危害。这些污水通过水体、土壤等自然介质不断积累，不断打破生态系统原有的平衡，给人类赖以生存的环境造成巨大威胁。通过食物链进入生物体并逐渐富集，最后进入人体，危害人体健康。对人体细胞造成不可逆的改变，诱发致癌、致畸、致突变效应。目前国内外对难降解有机物废水常规的处理方法主要有生物法、物化法和氧化法等，但这些方法处理对有毒、有害的高分子有机物效果不佳，处理成本高，难以获得普遍推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、处理效率高、能耗低的难降解污水处理设备。

本发明提出的难降解污水处理设备，采用纳秒脉冲放电离子体处理技术。该设备由塔式反应器1，纳秒脉冲功率源5，气体压缩泵10经管路连接组成；其中：

塔式反应器1是核心部分，其内部的上部是水栅2，中部是放电电极4，底部是净水槽12，顶部设有污水入口13，底部设有净水出口6；中部的放电电极4与外部的纳秒脉冲功率源5连接，塔式反应器1外壁接地；塔式反应器1的下部通过管道与空气压缩泵10连接，在该管道上设有一气压表7，空气压缩泵10上设有反应气体回收口8，中间管道上设有单向气阀9，空气压缩泵10设有空气入口11。

所述塔式反应器1中，放电电极4由正、负两极构成一对电极，正、负电极成梳状均匀交错排列，一层放电电极可以由若干对电极组成，塔式反应器1内可以设有多层放电电极。具体电极层数和每层电极对数，根据塔式反应器1的大小和设计需要确定；电极外部可以设有玻璃介质材料的套管；单根电极可采用直径为1～3mm的金属丝，一对电极之间的间隔为3～7mm。

纳秒脉冲电源采用全固态开关技术，经过脉冲压缩获得50ns上升沿，脉宽200ns左右，电压峰值25-30kv，正脉冲方波，重复频率300-1000Hz。

反应器上部水栅将进入的污水分散开来，有利于放电处理。正负两根金属细丝构成一对电极，在反应器1内电极设置多对。电极外部套有玻璃介质材料，在纳秒脉冲条件下呈现出电容效应，阻止等离子体向电弧转化，同时可防止电极腐蚀，延长使用寿命。反应器外壁接地，保证用电安全。一对电极间隔3-7mm，正负电极梳状均匀交错排列，保证放电的均匀性。

空气经压缩泵10压缩补充进入反应器1，使得反应器1中氧气消耗得以不断补充，同时使放电产生的O₃及羟基自由基与雾化液体充分混合，达到最佳处理效果，污水经过放电区紫外光辐射，产生更多羟基自由基。比UV/O₃氧化作用效果更佳。

经过初处理污水，由污水入口13送入，经过水栅2分散后进入放电区，经过放电产生的羟基自由基、臭氧、紫外光三种物理效应协同作用，污水被迅速氧化降解，COD大幅度下降，大分子有机物降解为CO₂和H₂O以及容易降解的中间产物。

为了达到高的处理效果，可根据需要对污水进行多次循环处理。另外在反应器内部高度方向增加电极对数，通过串联方式，可获得好的处理效果。也可设置多个反应器并联，增大污水处理量。

经过等离子体放电区处理的污水，进入净水槽12，然后由净水出水口6排出。

本发明用于降解处理有机污水，不需要添加任何化学药剂，仅仅需要提供一定电能，且不产生任何有毒、有害中间产物，处理成本低，易于实现控制和自动化。

本发明同时具有消毒灭菌之功能，还可对污水具有脱色功能。

本发明利用快脉冲放电产生的羟基自由基OH以及紫外光、臭氧协同的高级氧化效应，可以有效地解决污水治理问题，比常规单一的处理方法具有更多的优势，提高处理效率。通过纳秒脉冲放电产生大量羟基自由基，与有机化合物RH之间通过加成、夺氢、电子转移、断键等一系列链式反应，使水体中的大分子、难降解有机物RH氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成CO₂和H₂O，接近完全矿化，达到氧化降解效果。如自由基OH与有机物分子RH反应可生成低级酸ROOH，ROOH进一步氧化生成CO₂和H₂O。通过快脉冲放电等离子体处理后，难降解的大分子污染物还可能生成易于生化处理的中间产物，有利于后续生化降解，降低生化处理成本。本发明对绝大部分有机污染物都具有很好的降解效果，可处理城市垃圾渗滤液、医药废水、农药、化工废水。

本发明克服了目前难降解工业废水处理方法之不足，作为一种新型高级氧化处理方法及其设备可有效降低有机废水的COD，提高BOD/COD，有利于生化降解，与后续的生化处理工艺相结合，可实现难降解有机废水达标排放甚至循环利用，实现节能减排，处理成本较目前方法大为降低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1为本方面系统结构示意图。

图中标号：1为塔式反应器，2为水栅，3为出气口，4为放电电极，5为纳秒脉冲功率源，6为净水出口，7为气压表，8为反应气体回收口，9为单向气阀，10为空气压缩泵，11为空气入口，12为净水槽，13为污水入口。

具体实施方式

实施例：

实施例1

本实例中污水处理设备反应塔外壳由有机玻璃做成，尺寸为400mm×400mm×1000mm长方体，电极为长500mm，直径2mm铜丝，外套2mm厚玻璃管，共21对电极分三层均匀排布，一对电极间隔7mm，采用正脉冲功率源25Kv，功率50W。

空气压缩流量12L/min，选用罗丹明B(玫瑰红，C28H31ClN2O3)4升作为污水试品，经附图所示纳秒脉冲等离子体放电处理设备进行效果试验。其步骤如下：

罗丹明B试剂4升通入反应器1，进入净水槽12。

空气压缩泵打开通入压缩空气，净水出口与污水入口间循环泵开启，开启脉冲功率源，电压调至25KV，频率300Hz，等离子体放电开始；经15分钟，放电结束。

放电结束后，关断电源5空气压缩泵10及循环泵。

取处理后溶液50ml，采用紫外可见光分光光度计(在波长553nm处有较大吸收峰)测量透光率，罗丹明B初始浓度74.6mg/L，处理后脱色率达到98.4％。

实施例2

本实例中，电源参数如实例一相同，采用城市垃圾渗滤液4升作为试品，试验步骤如实例一。

城市垃圾渗滤液COD初始浓度为1040，经本发明设备10分钟处理后，COD降低70％，可进一步生化处理。

Claims (2)

1.一种纳秒脉冲放电等离子体处理难降解有机污水的设备，其特征在于该设备由塔式反应器(1)，纳秒脉冲功率源(5)，气体压缩泵(10)经管路连接组成；其中：

塔式反应器(1)内部的上部设有水栅(2)，中部设有放电电极(4)，底部设有净水槽(12)，顶部设有污水入口(13)，底部设有净水出口(6)；中部的放电电极(4)与外部的纳秒脉冲功率源(5)连接，塔式反应器(1)外壁接地；塔式反应器(1)的下部通过管道与空气压缩泵(10)连接，在该管道上设有一气压表(7)，空气压缩泵(10)上设有反应气体回收口(8)，中间管道上设有单向气阀(9)，空气压缩泵(10)设有空气入口(11)。

2.根据权利要求1所述的纳秒脉冲放电等离子体处理难降解有机污水的设备，其特征在于所述塔式反应器(1)中，放电电极(4)由正、负两极构成一对电极，正、负电极成梳状均匀交错排列，一层放电电极由若干对电极组成，塔式反应器(1)内设有多层放电电极；具体电极层数和每层电极对数，根据塔式反应器(1)的大小和设计需要确定；电极外部设有玻璃介质材料的套管；单根电极采用直径为1～3mm的金属丝，一对电极之间的间隔为3～7mm。