CN101935092A - 低温等离子体与空气氧化相结合的水处理装置 - Google Patents

低温等离子体与空气氧化相结合的水处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温等离子体与空气氧化相结合的水处理装置。该装置包括：反应容器、氧化装置和放电装置，其中：所述氧化装置置于所述反应容器的底部，用于在所述反应容器内形成气泡，用以提高氧与水的传质；所述放电装置包括置于所述反应容器内的电极和电源，所述电极通过放电产生自由基、臭氧及紫外光在水中引发有氧参与的链反应。本发明使空气通过氧化装置向废水中鼓入气体，并在水溶液中形成微小气泡，在气泡运动过程中，实现氧与水之间的传质。在等离子体作用下强化与水中污染物的氧化反应，水中污染物被降解，达到净化目的。

Description

低温等离子体与空气氧化相结合的水处理装置
技术领域
本发明涉及环保技术的废水处理和水质净化领域，尤其涉及一种低温等离子体与空气氧化相结合的水处理装置。
背景技术
在多数情况下，废水的处理是去除水中混入的有机物，衡量水质状况和有机物含量的主要技术指标是pH、CODcr、BOD5、SS、动植物油、色度、氨氮、磷酸盐等。传统的经济而有效的方法是生物处理法，利用生物细菌的作用，将水中有机物转化成CO2或CH4排出。
低温等离子体废水处理技术是一种新开发的高级氧化技术，兼具高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光分解等三种作用于一体的废水处理技术。研究表明，高能电子辐射法、臭氧氧化法、紫外光分解法等三种方法协同作用时，处理效果优于各方法的单独作用。作用特点是：
1)高能电子作用。通过放电产生的大量的等离子体中高能电子与废水分子(原子)发生非弹性碰撞，将能量转化为基态分子的内能，发生激发、离解和电离等一系列过程，使废水处于活化状态。一方面打开废水分子键，生成一些单质原子或单原子分子；另一方面产生大量的游离氧、自由基和臭氧等活性基团。由这些单原子分子、游离氧、自由基和臭氧等组成的活性粒子所引起的化学反应，最终将废水中的复杂大分子污染物转变为简单小分子安全物质，或使废水中的有毒有害物质变成无毒无害物质或低毒低害物质，从而使污染物得以降解去除。
2)臭氧氧化作用。臭氧的标准氧化还原电位为2.07V，是一种仅次于氟(标准氧化还原电位为2.87V)的理想强氧化剂。臭氧在水中时发生氧化反应，其氧化途径可由臭氧直接氧化某些有机物，也可由其分解产生的中间产物HO·自由基氧化有机物。HO·自由基的标准氧化还原电位为2.80V，其氧化能力几乎与氟相当，它容易攻击高电子云密度的有机分子部位，形成易氧化的中间产物。容易加在有机分子碳双键上，脱去有机分子上的一个氢，形成R·自由基，R·自由基又被水中溶解氧进一步氧化成ROO·自由基，ROO·自由基再发生一系列的反应，使水中污染物氧化和分解，起到脱色、除臭、杀菌、防垢、灭藻、病毒灭活、除酚、除氰及无机物等有毒有害物质，降低水中BOD和COD，分解水中残存洗涤剂和有机氯型农药等作用。当污染物为有机物质时，最终降解产物为二氧化碳和水。当污染物为无机物质时，最终被氧化成不溶于水的氧化物后除去。
3)紫外光分解作用。在放电过程中产生的紫外光一方面可单独分解有毒有害物质，另一方面和臭氧联合作用分解有毒有害物质。其单独作用原理是有毒有害物的分子吸收光子后进入激发态，激发态分子返回基态时吸收的能量使其分子键断裂，生成相应的游离基或离子。这些游离基或离子易与溶解氧或水分子反应生成新的物质而被除去。有机物分子能否被光分解取决于其键能和光子的能量。对于大部分有机物来说，光解的有效波长应小于300nm。因此紫外光分解有机物存在局限性。但和臭氧联合使用时，无论是在氧化能力还是在氧化速度上，都远远超过紫外光分解或臭氧单独使用所达到的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温等离子体与空气氧化相结合的水处理装置。
本发明公开了一种低温等离子体与空气氧化相结合的水处理装置，包括反应容器、氧化装置和放电装置，其中：所述氧化装置置于所述反应容器的底部，用于在所述反应容器内形成气泡，用以提高氧与水的传质；所述放电装置包括置于所述反应容器内的电极和电源，所述电极通过放电产生自由基、臭氧及紫外光在水中引发有氧参与的链反应。
上述水处理装置，优选所述氧化装置为气体分散器，所述气体分散器的外壁遍布孔隙，一端设置有气体入口，气体通过所述气体入口进入所述气体分散器后，通过所述孔隙向所述反应容器中鼓入气体，以在反应器的水溶液中形成气泡，用以进行氧与水之间的传质。
上述水处理装置，优选所述放电装置的电极包括放电电极和接地极，所述放电电极和接地极置于所述气体分散器的上部，并且，所述放电电极包含多个放电尖端。
上述水处理装置，优选所述电源为脉冲电源，用于在所述放电电极和所述接地电极之间施加脉冲电压，当脉冲电压达到一定值时，在放电电极的尖端与接地极之间产生等离子体电晕放电。
上述水处理装置，优选所述脉冲电源脉宽小于200纳秒，脉冲上升前沿小于50纳秒。
上述水处理装置，优选所述气体分散器外壁的孔径为1～3000微米。
上述水处理装置，优选所述装置包括一组或多组由所述放电电极和接地极组成的电极。
上述水处理装置，优选所述气体分散器为一个或多个。
上述水处理装置，优选所述气体为空气。
相对于现有技术而言，本发明使空气通过氧化装置向废水中鼓入气体，并在水溶液中形成微小气泡，在气泡运动过程中，实现氧与水之间的传质。在等离子体作用下强化与水中污染物的氧化反应，水中污染物被降解，达到净化目的。
附图说明
图1为本发明低温等离子体与空气氧化相结合的水处理装置优选实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
对于废水处理，无论是氧化作用还是微生物作用，都需要氧的参与，空气鼓入河分散为污染物的氧化提供了充分的氧和氧的传质。同时，由水中脉冲放电低温等离子体产生的活性基团、臭氧、紫外光等对氧化反应的加速、增效作用，大幅度提高单一空气鼓泡氧化的速率，减低废水处理能耗。
为达到上述目标，本发明所采用的技术方案原理如图1所示。其结构包括反应器1，气体分散器3，放电电极5、接地电极6和脉冲电源7。在反应容器1中有待处理的溶液2；反应器容器1有溶液入口8和溶液出口9。
气体分散器3置于反应器1下部，其壁上布有空隙31，含氧气体4进入气体分散器，通过孔隙31在溶液中形成大量的气泡21。放电电极5和接地电极6置于气体分散器3的上部溶液中，放电电极5包含多个放电尖端51。脉冲电源在两极之间施加窄脉冲高电压，当脉冲电压7达到一定值时，在放电尖端51与接地极6之间产生低温等离子体电晕放电，同时形成大量自由基，使溶液中待处理物质的氧化过程得以实现和加速。
待处理溶液2按一定流量进入反应器。含氧气体(例如，空气)由空气压缩机或氧化风机增压后送入气体分散器，气体通过空隙在反应器溶液中形成大量的气泡21，气泡在溶液中的运动提高了氧与水的传质。同时，脉冲电源7施加脉冲电压，使溶液中的电极间产生脉冲电晕放电，产生的大量自由基、臭氧及紫外光在水中引发有氧参与的链反应，使溶液中的污染物高效氧化和降解的过程得以实现。经过处理后，等量的溶液从出口排出。
上述装置可以是间歇式，即溶液按一定量一次加入反应器内，经过一定时间氧化达到规定氧化率后将溶液排出反应器，完成一个周期。也可以是连续式，即溶液按一定的流量连续进入和排出反应器。
本发明使空气通过气体分散器的孔隙向废水中鼓入空气，并在水溶液中形成微小气泡，在气泡运动过程中，实现氧与水之间的传质。在等离子体作用下强化与水中污染物的氧化反应，水中污染物被降解，达到净化目的。
以上对本发明所提供的一种低温等离子体与空气氧化相结合的水处理装置进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种低温等离子体与空气氧化相结合的水处理装置，其特征在于，包括反应容器、氧化装置和放电装置，其中：
所述氧化装置置于所述反应容器的底部，用于在所述反应容器内形成气泡，用以提高氧与水的传质；所述放电装置包括置于所述反应容器内的电极和电源，所述电极通过放电产生自由基、臭氧及紫外光在水中引发有氧参与的链反应。
2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，
所述氧化装置为气体分散器，所述气体分散器的外壁遍布孔隙，一端设置有气体入口，气体通过所述气体入口进入所述气体分散器后，通过所述孔隙向所述反应容器中鼓入气体，以在反应器的水溶液中形成气泡，用以进行氧与水之间的传质。
3.根据权利要求2所述的水处理装置，其特征在于，
所述放电装置的电极包括放电电极和接地极，所述放电电极和接地极置于所述气体分散器的上部，并且，所述放电电极包含多个放电尖端。
4.根据权利要求3所述的水处理装置，其特征在于，
所述电源为脉冲电源，用于在所述放电电极和所述接地电极之间施加脉冲电压，当脉冲电压达到一定值时，在放电电极的尖端与接地极之间产生等离子体电晕放电。
5.根据权利要求4所述的水处理装置，其特征在于，
所述脉冲电源脉宽小于200纳秒，脉冲上升前沿小于50纳秒。
6.根据权利要求4所述的水处理装置，其特征在于，所述气体分散器外壁的孔径为1～3000微米。
7.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述装置包括一组或多组由所述放电电极和接地极组成的电极。
8.根据权利要求2所述的水处理装置，其特征在于，所述气体分散器为一个或多个。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所述气体为空气。
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