CN101565228B - 纳秒脉冲放电等离子体处理难降解有机污水的设备 - Google Patents
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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
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);
所述纳秒脉冲功率源(5)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,重复频率为300-1000Hz。
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。
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