CN103112980B

CN103112980B - 一种流动式介质阻挡放电废水处理装置

Info

Publication number: CN103112980B
Application number: CN201310057476.4A
Authority: CN
Inventors: 李善评; 曹小红; 许洁; 曾雪媛; 姜艳艳
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: CN103112980A

Abstract

本发明涉及一种流动式介质阻挡放电废水处理装置，包括高压极，高压极下表面设置有介质层，反应箱一侧侧壁上部设置有废水进口，废水进口下端外侧连接有倾斜向上的斜板，反应箱另一侧内部设置有回收水槽，回收水槽底部设置有废水出口；反应箱内横向设置有位于介质层下方的反应平板，所述反应平板上在与介质层相对的位置设置有多孔陶瓷板，反应平板一端从进水口下端延伸出反应箱并与斜板和竖板连接围成密闭的贮水池，反应平板另一端延伸至回收水槽上方，在斜板较高的一端均布有出水孔，在等离子体区域设多孔陶瓷，在等离子体的作用下使多孔陶瓷的亲水性得到提高，从而减小了放电间距，得到高密度、稳定的等离子体，提高农药废水的降解效率。

Description

一种流动式介质阻挡放电废水处理装置

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种流动式介质阻挡放电废水处理装置。

背景技术

我国是农药生产大国，农药生产企业近2000家，农药生产量位居世界前列。而农药生产过程必将带来大量的农药废水，这类废水具有COD浓度高、难生物降解的有毒有害物质多等特点，对微生物有强烈的抑制毒害作用。若农药废水得不到有效的处理，必将给人类和环境带来严重的危害。

噻虫嗪是一种全新结构的第二代烟碱类高效低毒杀虫剂，英文名称：Thiamethoxam，化学名称：3-(2-氯-1,3-噻唑-5-基甲基)-5-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-基叉(硝基)胺，商品名称：噻虫嗪，其化学结构式如下：

由于噻虫嗪化学性质稳定，常规降解方法处理效果不理想，在噻虫嗪农药广泛应用的同时，也对环境造成了极大的污染。目前处理农药废水的方法主要有物理法、化学法和生物化学法。但是，事实证明这些传统的污水处理方法并没有使农药废水得到很好的治理。最近，低温等离子体法作为一种新的污水处理方法逐渐被人们所熟悉，它的出现为环境污染治理技术的发展提供了新的思路和工艺。

低温等离子体依据放电引发机制的不同，一般分为汤生、电晕、无声（也叫介质阻挡放电）、辉光、微波和弧光等离子体等。介质阻挡放电是一种强电离放电，产生的电子能量高于其他的放电，具有放电均匀稳定、放电过程易于控制、能量利用率高以及适用于化学反应等优点，对难降解的有机废水处理效果较好。在反应器电极加入高压电后，空气中的电子在电场力的作用下，撞击空气介质中的O₂和H₂O，O₂和H₂O发生电离，产生大量活性物质（·OH、·H、·O、O₃）和紫外辐射，这些活性物质与溶液接触时，反应生成活性物质H₂O₂、HO₂等，大大提高了有机物的降解效率。

例如，公开号为CN101462021A（申请号200810234279.4）的中国专利，公开了一种介质阻挡放电低温等离子体有害气体转化装置,属于工业废气和机动车有害排放物控制技术领域。本发明的低温等离子体反应器(7)为同轴管式介质阻挡放电低温等离子体反应器,由中心低压电极(17)、与之同轴的石英介质(15)、包裹在介质外壁的高压电极(16)、聚四氟乙烯连接杆(14)、前端盖(11)、后端盖(18)组成,前端盖进气接口(10)，后端盖出气接口(19)及可选进、排气接口(20),中心低压电极(17)外壁与石英介质(15)内壁之间的间隙形成低温等离子体反应区构成。该装置对废气处理效果理想，但对废液处理效果不佳。

又如，公开号CN102603029A（申请号201210083207.0）的中国专利，公开了一种介质阻挡放电技术处理染料废水的装置及其方法，通过在金属负极板表面加工出均匀的凹槽，使染料废水在负极板表面能形成均匀液膜；金属圆柱紧贴介质阻挡的内壁形成套筒结构，通过调整套筒与负极板的距离，在负极板和高压极之间形成介质阻挡放电，利用放电过程中产生的O3、·OH、H2O2、高能电子以及紫外光等对污染物进行降解；反应产生的未利用的臭氧以及其他的活性物质通过微孔曝气装置注入到容器中，使其进一步对染料废水中的有机物进行降解；另外，向反应容器中投加Mn2+、Cu2+、Zn2+、Co2+等金属离子或者MnO2、FeOOH、TiO2、活性炭等非均相催化剂来强化处理效果。但该废水处理装置液膜布膜不均匀，废水处理不充分、彻底。

又如，中国专利CN201914955U，公开了一种采用等离子体技术处理有机废水的装置，包括：一负极板，所述负极板倾斜设置；一正极板，设置在负极板上方，在朝向负极板的表面上设置多个发射刺；一水槽；设置在负极板较高一侧，水槽的出水口朝向负极板的表面；一电源，与正极板和负极板电学连接，以产生能够激发等离子体的电压。本实用新型的优点在于，采用低温等离子体中大量的·OH，·HO2，·O等自由基和氧化性极强的O3代替现有技术中的化学药剂，通过其强氧化性除去废水中的有机物含量，整个处理过程仅消耗电能，是一种清洁廉价的污水处理装置。但是该专利的不足在于，等离子体处理废水的界面是在倾斜的负极板上，在倾斜的负极板上废水流速较快，废水与等离子体接触时间较短，废水处理不充分，另外，水槽的出水口朝向负极板的表面，出水口的水量较大，在负极板上不容易布膜，出水量也不容易控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、放电间距小、获得的等离子体稳定，密度高，流动式介质阻挡放电废水处理装置，该装置废水在反应器的多孔陶瓷板上表面布膜厚度较薄且均匀，对处理含有噻虫嗪等难降解物质的废水效果显著。

本发明的技术方案如下：

一种流动式介质阻挡放电废水处理装置，包括供电电源、高压极和接地极，高压极下表面设置有介质层，其特征在于：还包括反应箱，所述反应箱一侧侧壁上部设置有废水进口，所述废水进口下端外侧连接有倾斜向上的斜板，所述斜板末端下方连接有竖板，反应箱另一侧内部设置有回收水槽，回收水槽底部设置有废水出口；所述高压极和介质层设置在反应箱内顶部，反应箱内横向设置有位于介质层下方的反应平板，所述反应平板上在与介质层相对的位置设置有多孔陶瓷板，接地极设置在反应平板上，反应平板一端从进水口下端延伸出反应箱并与斜板和竖板连接围成密闭的贮水池，反应平板另一端延伸至回收水槽上方，在斜板较高的一端均布有出水孔，水从斜板上的出水孔流出经废水进口流至反应平板上。

本发明优选的，在斜板和反应平板的上表面两侧设置有防止水向两侧流出的挡板，所述挡板的高度为1~2cm。该挡板可以防止斜板上的水和反应平板上的水向两侧流出，使水在斜板上和反应平板上均匀分布。

本发明优选的，所述废水出口与贮水池通过带有循环泵的管路连接。

本发明优选的，所述的介质层为石英玻璃层，石英玻璃层紧贴高压极。

本发明优选的，所述的反应平板和斜板均用厚度5mm左右的玻璃制成，斜板长度为8-10cm，反应平板长度为18-20cm，反应平板与斜板之间的夹角为30~45度。

本发明优选的，所述斜板上出水孔的数量为8~10个，出水孔的直径为5~6mm。斜板作为补水器，反应平板作为反应区，在平板上方进行放电，出水孔的直径保证了贮水池内的废水从斜板上少量而缓缓流出，流至反应平板上流速明显降低，废水流经多孔陶瓷板，多孔陶瓷板上表面形成较薄的水膜，反应上水层厚度5mm左右，废水流速降缓确保了废水与等离子体接触时间长，并直接在水膜上进行介质阻挡放电，废水中的有机物得到充分降解。另外，斜板上出水孔出水量小，废水在反应平板上能够布膜且布膜均匀，提高降解效率，等离子体得到充分利用。

本发明优选的，所述多孔陶瓷板距离废水进口和废水出口均为5-6cm，多孔陶瓷平均孔径为300μm，孔隙率70-75%，所述多孔陶瓷板为长方体形，长、宽、厚为85×85×5mm。

本发明优选的，所述的介质层距多孔陶瓷板的距离为2-5mm。多孔陶瓷板在等离子体的作用下，多孔陶瓷的亲水性可大大提高，从而减少了放电间距，能获得稳定，高密度的等离子体，对噻虫嗪农药的降解效果也很明显。

所述供电电源为低温等离子体实验电源，输出电压0-30K，频率选择范围1KHz-100KHz。

所述的多孔陶瓷板上表面涂覆有TiO₂薄膜，TiO₂薄膜的厚度30~50nm。多孔陶瓷板上表面涂覆有TiO₂薄膜充分利用放电过程中产生的紫外进行光催化反应，另一方面还能在其表面产生更多的·OH，有利于噻虫嗪农药的降解。

所述的反应箱为透明的有机玻璃反应箱。

本发明的优点如下：

1、本发明的斜板作为补水器，反应平板作为反应区，在平板上方进行放电，出水孔保证了贮水池内的废水从斜板上少量而缓缓流出，流至反应平板上流速明显降低，废水流经多孔陶瓷板，多孔陶瓷板上表面形成较薄的水膜，反应平板上水层厚度5mm左右，废水流速降缓确保了废水与等离子体接触时间长，并直接在水膜上进行介质阻挡放电，废水中的有机物得到充分降解。另外，斜板上出水孔出水量小，废水在反应平板上能够布膜且布膜均匀，提高降解效率，等离子体得到充分利用。

2、本发明的整个系统是在封闭连通的条件下完成的，充分利用了放电过程中产生的自由基，高能电子和紫外光辐射。

3、本发明中放电过程产生的等离子体和紫外光增加了多孔陶瓷的亲水性，减小了放电间距，从而形成高密度、稳定的等离子体。

4、本发明的多孔陶瓷板上表面涂覆有TiO₂薄膜，充分利用放电过程中产生的紫外进行光催化反应，另一方面还能在其表面产生更多的·OH，有利于噻虫嗪农药的降解。

5、本发明在常温、常压下就可进行，反应条件温和，可控制性强。

附图说明

图1是本发明中实验装置结构示意图；

其中：1、高压极；2、接地极；3、石英玻璃层；4、多孔陶瓷板；5、放电区域；6、反应平板；7、斜板；8、贮水池；9、反应箱；10、蠕动泵；11、回收水槽；12、废水出口；13、废水进口。

图2是本发明多孔陶瓷板上表面涂覆有TiO2薄膜和未涂覆TiO2薄膜对噻虫嗪降解效果的线性图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明所保护的范围不限于此。

实施例1

一种流动式介质阻挡放电废水处理装置，结构如图1所示，包括供电电源、高压极1、反应箱9和接地极2，高压极1下表面设置有介质层，所述的介质层为石英玻璃层3，石英玻璃层3紧贴高压极。反应箱9一侧侧壁上部设置有废水进口13，废水进口13下端外侧连接有倾斜向上的斜板7，斜板7末端下方连接有竖板，反应箱9另一侧内部设置有回收水槽11，回收水槽11底部设置有废水出口12；高压极1和介质层设置在反应箱9内顶部，反应箱9内横向设置有位于介质层下方的反应平板6，反应平板6上在与介质层相对的位置设置有多孔陶瓷板4，接地极2设置在反应平板6上，反应平板6一端从废水进口13下端延伸出反应箱9并与斜板7和竖板连接围成密闭的贮水池8，反应平板6另一端延伸至回收水槽11上方，在斜板7较高的一端均布有出水孔，水从斜板上的出水孔流出经废水进口流至反应平板上。废水出口12与贮水池8通过带有蠕动泵10的管路连接，农药废水通过蠕动泵10来实现连续循环。

在斜板7和反应平板6的上表面两侧设置有防止水向两侧流出的挡板，所述挡板的高度为1cm。该挡板可以防止斜板上的水和反应平板上的水向两侧流出，使水在斜板上和反应平板上均匀分布。反应平板6和斜板7均用厚度5mm左右的玻璃制成，斜板长度为8cm，反应平板长度为18cm，反应平板与斜板之间的夹角为30度。斜板7上出水孔的数量为8个，出水孔的直径为5mm。贮水池8中的废水从斜板7上八个直径5mm的小孔溢出，从斜板7流向反应平板6，废水流经反应平板7时会在多孔陶瓷板4表面形成一层水膜。多孔陶瓷板4位于高压电极1正下方，在水膜表面直接进行介质阻挡放电，在圆形石英玻璃层3和水膜之间形成等离子体区域5，放电距离为3mm左右。废水流经介质阻挡放电区域，废水中的有机物在介质阻挡放电产生的高能电子、紫外光、臭氧和各种自由基的作用下被降解。处理后的废水从反应平板流入回收水槽11。反应箱9为密闭结构，以使充分利用臭氧。

多孔陶瓷板4距离废水进口13和废水出口12均为5cm，多孔陶瓷板4平均孔径为300μm，孔隙率70-75%，所述多孔陶瓷板为长方体形，长、宽、厚为85×85×5mm。所述的介质层距多孔陶瓷板的距离为2-5mm。

供电电源为低温等离子体实验电源，输出电压0-30K，频率选择范围1KHz-100KHz。

实验结果（图2）证明，该装置对噻虫嗪农药废水的降解率为88.1%左右。

实施例2

如实施例1所述的流动式介质阻挡放电废水处理装置，不同之处在于：

所述挡板的高度为2cm。

反应平板6和斜板7均用厚度5mm左右的玻璃制成，斜板长度为10cm，反应平板长度为20cm，反应平板与斜板之间的夹角为45度。斜板7上出水孔的数量为8个，出水孔的直径为6mm。多孔陶瓷板4上表面涂抹TiO₂薄膜。

实验结果（图2）证明，多孔陶瓷板4上表面涂抹TiO₂薄膜的该装置对噻虫嗪农药废水的降解率为92.7%左右，因此该装置对噻虫嗪这种农药废水的降解效果是可观的。

Claims

1.一种流动式介质阻挡放电废水处理装置，包括供电电源、高压极和接地极，高压极下表面设置有介质层，其特征在于：还包括反应箱，所述反应箱一侧侧壁上部设置有废水进口，所述废水进口下端外侧连接有倾斜向上的斜板，所述斜板末端下方连接有竖板，反应箱另一侧内部设置有回收水槽，回收水槽底部设置有废水出口；所述高压极和介质层设置在反应箱内顶部，反应箱内横向设置有位于介质层下方的反应平板，所述反应平板上在与介质层相对的位置设置有多孔陶瓷板，接地极设置在反应平板上，反应平板一端从进水口下端延伸出反应箱并与斜板和竖板连接围成密闭的贮水池，反应平板另一端延伸至回收水槽上方，在斜板较高的一端均布有出水孔，水从斜板上的出水孔流出经废水进口流至反应平板上；所述的反应平板和斜板均用厚度5mm的玻璃制成，斜板长度为8-10cm，反应平板长度为18-20cm，反应平板与斜板之间的夹角为30~45 度，所述斜板上出水孔的数量为8~10 个，出水孔的直径为5~6mm，所述多孔陶瓷板距离废水进口和废水出口均为5~6cm，多孔陶瓷平均孔径为300μm，孔隙率70~75%，所述多孔陶瓷板为长方体形，长、宽、厚为85×85×5mm，所述的多孔陶瓷板上表面涂覆有TiO₂ 薄膜，TiO₂ 薄膜的厚度30~50nm。

2.根据权利要求1 所述流动式介质阻挡放电废水处理装置，其特征在于：在斜板和反应平板的上表面两侧设置有防止水向两侧流出的挡板，所述挡板的高度为1~2cm。

3.根据权利要求1 所述流动式介质阻挡放电废水处理装置，其特征在于：所述废水出口与贮水池通过带有循环泵的管路连接。

4.根据权利要求1 所述流动式介质阻挡放电废水处理装置，其特征在于：所述的介质层为石英玻璃层，石英玻璃层紧贴高压极。

5.根据权利要求1 所述流动式介质阻挡放电废水处理装置，其特征在于：所述的介质层距多孔陶瓷板的距离为2~5mm。

6.根据权利要求1 所述流动式介质阻挡放电废水处理装置，其特征在于：所述供电电源为低温等离子体实验电源，输出电压0-30K，频率选择范围1KHz~100KHz。