CN102838192A - 一种基于等离子体的水处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于等离子体的水处理的方法，包括用于存储和处理污水的反应器、高压电源和高压电极，利用高压电源产生交流高压后，通过高压电极直接对污水负载进行放电，放电产生高温高压的等离子体；该等离子体含有大量的离子以及OH自由基粒子，使在等离子体通道内的有机物分子被高温完全热解或在自由基的作用下发生高级氧化而化学降解。本发明的水处理方法，能有效的去除水中所含的物理、化学和微生物等污染物，处理成本低廉，尤其是针对水中高浓度有机物的去除效果明显。此外，本发明还具有放电电压平稳，处理均匀，安全可靠的优点，提高水处理效率的同时，极大的减少了能耗。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术，具体是一种基于等离子体的水处理的方法。
背景技术
随着污染日趋严重，水环境质量恶化趋势进一步发展，使得传统水处理方法受到更严峻的挑战。不断增加的工业废水，正成为水质污染的第一杀手。随着水中有机污染物增多，饮用水中一贯采用的氯化消毒法产生的具有“三致”作用的有机卤化物的数量及种类不断增加，开始严重威胁人类的健康。电工技术已渗透到环境保护领域，尤其是高电压脉冲放电水处理由于下述特点正成为国内外的研究热点。
强脉冲放电所产生的等离子体具有高密度储存能和高膨胀效应，能形成强烈的热能、膨胀压力热能、光能、声能及辐射能力，进而在水中产生各种游离基，这些活性游离基可以破坏工业废水中的有害成份。
现有的利用放电等离子体对污水进行处理的方法和技术中，大多数是在气体中放电产生等离子体，然后将含有臭氧等的气体充入水中，由于放电气体中大部分活性粒子的寿命很短，其氧化作用无法得到充分利用。另外，这些方法中，放电电压不是加在水上，高电压对水中杂质的活化、极化和中性化作用并不产生很大影响，从而导致了这些方法水处理效率低下。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种氧化充分、处理效率高的基于等离子体的水处理的方法。
为实现该技术目的，本发明的方案是：一种基于等离子体的水处理的方法，包括用于存储和处理污水的反应器、高压电源和高压电极，利用高压电源产生交流高压后，通过高压电极直接对污水负载进行放电，放电产生高温高压的等离子体；该等离子体含有大量的离子以及OH自由基粒子，使在等离子体通道内的有机物分子被高温完全热解或在自由基的作用下发生高级氧化而化学降解。
作为优选方案，所述高压电极为容器结构，该容器与污水液面接触，该容器的底部边缘与液面存在气隙，气隙中的电子从电场中获得能量通过碰撞使周围的原子和分子电离，气隙中的气体被击穿；容器作为绝缘介质，限制放电电流自由增长，使气隙中发生介质阻挡放电，在放电期间气隙上的电压近似保持恒定。
作为优选，所述容器可以是玻璃、陶瓷、三氧化二铝三氧化二铝或聚四氟乙烯中的任一种材质制成。
作为优选方案，所述反应器内均布有至少一个以上的高压电极，使高压放电产生的能量均匀分布在反应器中。
本发明的水处理方法，能有效的去除水中所含的物理、化学和微生物等污染物，处理成本低廉，尤其是针对水中高浓度有机物的去除效果明显。此外，本发明还具有放电电压平稳，处理均匀，安全可靠的优点，提高水处理效率的同时，极大的减少了能耗。
具体实施方式
一种基于等离子体的水处理的方法，包括用于存储和处理污水的反应器、高压电源和高压电极，利用高压电源产生0～20KV的交流高压后，通过高压电极直接对污水负载进行放电，放电产生高温高压的等离子体；该等离子体含有大量的离子以及OH自由基粒子，使在等离子体通道内的有机物分子被高温完全热解或在自由基的作用下发生高级氧化而化学降解。
高压电极为玻璃容器构成，该玻璃容器与污水液面接触，该容器的底部边缘与液面存在气隙，气隙中的电子从电场中获得能量通过碰撞使周围的原子和分子电离，气隙中的气体被击穿；玻璃容器作为绝缘介质，限制放电电流自由增长，使气隙中发生介质阻挡放电，在放电期间气隙上的电压近似保持恒定。
所述反应器内均布有至少一个以上的高压电极，使高压放电产生的能量均匀分布在反应器中。由于有多个高压电极，虽然处理水量较大时电源输出的总功率较大，但每个电极上承受的功率并不大，基本为均分，每个电极上的功率损耗也不大，由于损耗而带来的发热问题大大减轻。而且避免了使用单个电极情况下出现的离电极较远的污水无法被处理到而引起的处理不均匀的现象。
当反应器中的污水流速稳定、液面保持恒定时，打开高频高压电源，高压迅速在高压电极和地电极之间建立。高压电极玻璃容器的底部边缘与液面存在气隙，当被处理污水的液面在一定范围内上下波动时，该气隙总是存在。当气隙上的高频电压达到放电起始电压时，气隙中的电子从电场中获得足够的能量，通过碰撞使周围的原子和分子电离，气隙中的气体被击穿。由于有玻璃容器作为绝缘介质，限制了放电电流的自由增长，因此也阻止了电极间火花和弧光的形成，气隙中发生介质阻挡放电。在放电期间气隙上的电压近似保持恒定，为放电维持电压UT。
放电过程中，气隙上的电压近似保持在放电维持电压UT，因而，整个放电过程放电电压能保持基本稳定，在污水流动的实际处理场合，也可以长时间不间断的稳定工作。放电电压在7～20kV间某个电压值就能开始出现介质阻挡放电现象。在每个高压电极与被处理污水的界面，能看到明显的放电现象，肉眼能观察到显著的紫色放电区域，且有大量的臭氧产生。在整个放电过程中，仅有连续的细微的嘶嘶声的放电声响。整个过程安全、稳定、可靠。
试验：
针对高浓度的自制苯酚水样进行了实验。用化学需氧量(COD)作为测试指标，用于表征污水处理的效果。实验条件及结果分布如表1、表2所示。
表1.实验条件
| 电压 | 功率 | 放电频率 | 反应器容积 | 水流量 | 处理总水量 | 处理总时间 | |
| 值 | 8kV | 7kW | 29kHz | 200L | 1L/s | 1000L | 25分钟 |
表2.实验结果
从表2的结果可以看出处理后，COD有显著的降低。对于含苯酚等难降解有机物的废水，其处理是个世界性难题，用高压介质阻挡放电的方法进行处理取得的效果十分明显。
同时，根据苯酚的降解过程和途径，在被氧化后，苯酚首先转化为醌类和有机酸，这些二代产物再被氧化降解成二氧化碳和水。在高压介质阻挡放电过程中，很多苯酚转化为二代产物，这些产物仍然有很高的COD，但相对于苯酚而言，二代产物要容易处理的多，可以采用传统的方法进行处理。因而，尽管表2中处理后的COD仍然较高，但已经较容易处理。从这个角度讲，采用本发明的方法，用于处理含高浓度酚类的有机污水或工业废水，效果十分显著。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于等离子体的水处理的方法，包括用于存储和处理污水的反应器、高压电源和高压电极，其特征在于，利用高压电源产生交流高压后，通过高压电极直接对污水负载进行放电，放电产生高温高压的等离子体；该等离子体含有大量的离子以及OH自由基粒子，使在等离子体通道内的有机物分子被高温完全热解或在自由基的作用下发生高级氧化而化学降解。
2.根据权利要求1所述的水处理的方法，其特征在于：所述高压电极为容器结构，该容器与污水液面接触，该容器的底部边缘与液面存在气隙，气隙中的电子从电场中获得能量通过碰撞使周围的原子和分子电离，气隙中的气体被击穿；容器作为绝缘介质，限制放电电流自由增长，使气隙中发生介质阻挡放电，在放电期间气隙上的电压近似保持恒定。
3.根据权利要求2所述的水处理的方法，其特征在于：所述容器可以是玻璃、陶瓷、三氧化二铝或聚四氟乙烯中的任一种材质制成。
4.根据权利要求3所述的水处理的方法，其特征在于：所述反应器内均布有至少一个以上的高压电极，使高压放电产生的能量均匀分布在反应器中。
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