CN103466754A - 高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压介质阻挡液相放电等离子体处理有机污水的装置和方法，包括放电电极组件（3）、高频高压电源（1）和反应器（2）。高压电极（32）与高频高压电源（1）输出的一端相连，反应器（2）下部有机污水中设置有地电极（4），地电极（4）与高频高压电源（1）输出的另一端相连。有机污水从反应器（2）下部流入并流经介质阻挡放电区域；在介质阻挡放电区域，放电电极组件（3）的放电介质杯（31）与待处理有机污水接触，置于放电介质杯（31）中的高压电极（32）通过介质阻挡在水下及水面对有机污水放电产生等离子体对污水进行处理。本发明拆分难降解的大分子物质，生成易降解的小分子物质，可显著改变水中有机污染物分子结构，显著提高污水的可生化性。

Description

高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的装置和方法

 

技术领域 本发明涉及有机污水处理领域，特别涉及一种高频高压多通道介质阻挡液相放电等离子体处理高浓度难降解有机污水的装置及方法。

 

背景技术 近年来，随着石油化工、煤化工、冶金、造纸、皮革、焦化和印染等行业的迅速发展，各种含有大量高浓度难降解有机污染物的污水相应增多，它们排入自然水体给环境造成严重的污染。

高浓度难降解有机污水的处理是污水处理领域的难点和重点。

高浓度难降解有机污水的特点是：污水中污染物浓度高、成份复杂、毒性大和难于生物降解。其主要成份是结构稳定的有机物质，比如带苯环结构或大分子长链结构等，包括多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、有机氛化物、有机磷农药、表面活性剂和有机染料等有毒有害难降解有机污染物。难降解有机物是指被微生物分解时速度很慢，分解不彻底的有机物（也包括某些有机物的代谢产物），这类污染物易在生物体内富集，也容易成为水体的潜在污染源。

高浓度难降解有机污水采用传统的物化、生化处理工艺技术，极难降解处理或处理不彻底。环保工作者在探寻高效、经济处理该类废水的研究方面进行了各种尝试，提出了许多处理方法，比如超声波、电磁、微波、铁碳微电解、臭氧、菲顿试剂、紫外线和高温湿式氧化等等各种高级氧化方法，但这些处理方法运行成本高、处理效率低或氧化不彻底，导致出水不能达标。

近年来兴起的等离子体处理技术，代表了这一领域的发展方向。所谓等离子体处理法，是指在高电压下放电过程中，产生等离子体用于污染物的净化处理。现有等离子体处理污水技术，大多数是采用先在气体中放电产生等离子体，然后产生的部分等离子体自行喷向污水面，并进入污水中实现污水处理的方法。这种方法由于等离子体等大部分活性粒子的寿命很短，其氧化作用得不到充分利用；另外，现有方法是对空气放电，而不是对水放电，对水中复杂物质的活化、极化作用微弱，降解处理效率低下。

 

发明内容 本发明所要解决的技术问题是为了避免现有技术中不足之处而提出一种高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的装置和方法，本方法是通过高压电介质阻挡直接对水放电产生等离子体来处理污水。

本发明可以通过采用以下技术方案来实现：

设计一种高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的装置，包括放电电极组件、高频高压电源和反应器，所述放电电极组件包括装有导电液的放电介质杯、置于该放电介质杯之内的高压电极和散热器，所述高频高压电源输出的一端与高压电极相连，另一端与地电极相连，所述地电极设置在反应器内有机污水的底部，所述放电介质杯底部与反应器内待处理有机污水接触。

进一步地，所述反应器包括进水口、出水口、导流板和出水堰，所述导流板设置在反应器的中间将反应器分隔为上部和下部，所述进水口设置于反应器的下部，所述出水堰设置在导流板之上，出水口设置在反应器的上部；所述放电介质杯底部与出水堰内待处理有机污水接触。

进一步地，所述放电电极组件为一套或一套以上，各放电电极组件并联连接。

进一步地，所述出水堰的数量与放电电极组件的数量相同，各放电电极组件的放电介质杯底部分别与每个出水堰内待处理有机污水接触。

进一步地，所述地电极为环形。

提出一种高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的方法，包括以下步骤，

①    有机污水从反应器下部流入并流经介质阻挡放电区域；

②    在介质阻挡放电区域，放电电极组件的放电介质杯与待处理有机污水接触，置于放电介质杯中的高压电极通过介质阻挡在水下及水面对有机污水放电；

③    有机污水经过介质阻挡放电区域的等离子体处理后，经反应器上部流出采用后续工艺进行处理；

所述放电电极组件包括装有导电液的放电介质杯、置于该放电介质杯之内的高压电极和散热器，高压电极与高频高压电源输出的一端相连，反应器下部有机污水中设置有地电极，地电极与高频高压电源输出的另一端相连。

进一步地，导流板设置在反应器的中间将反应器分隔为上部和下部，进水口设置于反应器的下部，出水口设置在反应器的上部，出水堰设置在导流板之上，有机污水从反应器下部的进水口流入，依次经过导流板、出水堰和介质阻挡放电区域后，从反应器上部的出水口流出。

进一步地，所述放电电极组件设置一套或一套以上，各放电电极组件之间并联连接，与地电极构成一条或一条以上的放电通道。

进一步地，所述放电介质杯采用硅橡胶、高纯陶瓷、石英玻璃或氮化硅等具有抗高压击穿性强的材料制成。放电介质厚度为0.5~5mm。

进一步地，所述放电介质杯呈半球底杯状。

同现有技术相比较，本发明技术效果在于：本发明采用高频高压电源，通过介质阻挡直接对污水（而不是对空气）进行液相放电，并可以实现多通道并联放电。在放电通道内放电的瞬间，形成局部高温高压环境，产生大量高能电子、O^-、O^2-、O₂ ⁺、臭氧（O₃）以及强烈的紫外线，以及液相放电产生的羟基自由基（·OH）、游离氧原子、O·、N·、HO₂·、H₂O₂等活性粒子。上述物质具有很强的氧化性，一方面可以打开大分子污染物的分子键，生成易生化降解的小分子物质，另一方面，可以迅速地直接将部分污染物氧化分解。同时，在放电通道内的高温高压环境下，有机物分子会被高温热解，从而分解为小分子物质。

本发明处理有机污染物质的主要作用并非完全直接氧化，而是包括两个方面，一个方面是拆分难降解的大分子物质，生成易降解的小分子物质；另一方面是直接将部分有机污染物质氧化分解为简单的无机物。本发明可显著改变水中有机污染物分子结构，显著提高污水的BOD/COD的比值，显著提高污水的可生化性。通过本发明装置和方法的处理后，后续采用传统的生化工艺，可以取得更好的处理效果。

本发明能够有效去除水中各类有机污染物质。特别是针对水中高浓度难降解的大分子有机污染物质的去除效果明显。

本发明能耗低，容易实现自动化控制，采用液相接地极等电位设计，安全可靠。

 

附图说明

图1是本发明高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的装置和方法示意图；

图2是四个放电电极组件置于反应器的出水堰中形成四通道并联放电等离子体处理有机污水的装置示意图；

图3是本发明应用于煤气发生炉含酚废水处理系统中的流程示意图。 

 

具体实施方式 以下结合附图所示之优选实施例作进一步详述。

如图1、图2所示，一种高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的装置，包括放电电极组件3、高频高压电源1和反应器2，所述放电电极组件3又包括放电介质杯31、置于该放电介质杯之内的高压电极32和散热器33，放电介质杯内加注适量导电液，导电液是具有高导电率的溶液，如盐水等。高压电极32没于导电液中。所述高频高压电源1输出的两端分别与高压电极32和地电极4相连，所述地电极4可设计为环形，设置在反应器2内的有机污水中，所述放电介质杯31底部与反应器2内待处理有机污水接触。反应器2包括进水口21、出水口22、导流板23和出水堰24，所述导流板23设置在反应器2的中间将反应器2分隔为上部和下部，所述进水口21设置于反应器2的下部，设流量调节阀门5和流量计6。所述出水堰24设置在导流板23之上，图1中S表示流经出水堰24的污水之液面。出水口22设置在反应器2的上部，为开放式重力流排水。所述放电介质杯31可设计为半球底杯状，半球形底部与出水堰24内待处理有机污水接触。

所述放电电极组件3为一套或多套，各放电电极组件3并联连接分别与地电极形成多通道。所述出水堰24的数量与放电电极组件3的数量相同，各放电电极组件3的放电介质杯31底部分别与每个出水堰24内待处理有机污水接触。

如图1、图2所示，一种高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的方法，包括以下步骤，

①有机污水从反应器2下部流入并流经介质阻挡放电区域，反应器2为连续稳定流反应器；

②在介质阻挡放电区域，放电电极组件3的放电介质杯31与待处理有机污水接触，置于放电介质杯31中的高压电极32通过介质阻挡在水下及水面对有机污水放电；

③有机污水经过介质阻挡放电区域的等离子体处理后，经反应器2上部流出采用后续工艺进行处理；

所述放电电极组件3包括装有导电液的放电介质杯31、置于该放电介质杯31之内的高压电极32和散热器33，高压电极32与高频高压电源1输出的一端相连，反应器2下部有机污水中设置有地电极4，地电极4与高频高压电源1输出的另一端相连。根据待处理有机污水中污染物的种类和使用电压，所述放电介质杯31可选择不同材料，如硅橡胶、高纯陶瓷、石英玻璃或氮化硅等，其厚度为0.5~5mm。

导流板23设置在反应器2的中间将反应器2分隔为上部和下部，进水口21设置于反应器2的下部，出水口22设置在反应器2的上部，出水堰24设置在导流板23之上。有机污水从反应器2下部的进水口流入，依次经过导流板23、出水堰24和介质阻挡放电区域A后，从反应器2上部的出水口流出，图1中F表示污水流向。设置导流板和出水堰以保证有机污水全部经过介质阻挡放电区域A进行处理，处理后的有机污水可生化性显著提高。

参照图3，应用本发明的装置和方法，作为煤气发生炉含酚废水处理系统的前级处理。首先，根据含酚废水中污染物质的种类和浓度，确定所需要电压为10KV左右，确定所用放电介质材料为石英玻璃，确定放电介质厚度为3.5mm左右，连续稳定流反应器直径为500mm，放电介质没入水中10mm，供电电源采用工业380V三相四线制，反应装置功率10KW，处理水量1.5m³/h（连续稳定流）。

经本发明装置处理后的污水，再经过混凝沉淀及生化处理，出水可达国标（GB8978-1996）规定的一级排放标准，具体进出水指标如下：

表1  进水指标

	COD（mg/L）	挥发酚（mg/L）
			进水指标	35000~50000	6000

表2  出水指标

	COD（mg/L）	挥发酚（mg/L）
			出水指标	﹤100	﹤0.5

从表2的结果可以看出，对于以苯酚为代表的酚类大分子难降解有机污染物质，在通过以本发明为主体工艺的系统处理后，在污水排放国标允许范围内，可以认为全部转化为易生物降解的小分子物质。

对于以苯酚废水为代表的难降解有机污染废水，其处理是个世界性难题，使用本发明装置和方法作为污水处理系统的前级处理，降低了运行成本，提高了处理效率。后续采用传统的生化工艺，可以取得十分显著的净化处理效果。

本发明同样适用于其它高浓度难降解有机污水，比如造纸污水、印染污水、垃圾渗滤液等。

鉴于本发明应用技术领域为有机污水处理领域，有机污染物种类繁多，净化处理不同污染物质所需要电压和放电介质可能不相同，以上实施例的描述仅用于进一步阐述本发明而不用于限制本发明的范围。应该理解，在阅读了本发明所公开的内容后，本领域的技术人员可以对本发明作各种改动或修改（比如放电电压不同、放电介质的材料不同、放电介质的形状不同或散热器的形状不同等），这些变动形式同样属于本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的装置，其特征在于：包括放电电极组件（3）、高频高压电源（1）和反应器（2），所述放电电极组件（3）又包括加注有导电液的放电介质杯（31）、置于该放电介质杯之内的高压电极（32）和散热器（33），所述高频高压电源（1）输出的一端与高压电极（32）相连，高频高压电源（1）输出的另一端与地电极（4）相连，所述地电极（4）设置在反应器（2）内污水中，所述放电介质杯（31）底部与反应器（2）内待处理污水接触。

2.如权利要求1所述的高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的装置，其特征在于：所述反应器（2）包括进水口（21）、出水口（22）、导流板（23）和出水堰（24），所述导流板（23）设置在反应器（2）的中间将反应器（2）分隔为上部和下部，所述进水口（21）设置于反应器（2）的下部，所述出水堰（24）设置在导流板（23）之上，出水口（22）设置在反应器（2）的上部；所述放电介质杯（31）底部与出水堰（24）内待处理污水接触。

3.如权利要求1或2所述的高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的装置，其特征在于：所述放电电极组件（3）为一套或一套以上，各放电电极组件（3）并联连接。

4.如权利要求3所述的高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的装置，其特征在于：所述出水堰（24）的数量与放电电极组件（3）的数量相同，各放电电极组件（3）的放电介质杯（31）底部分别与每个出水堰（24）内待处理污水接触。

5.如权利要求1所述的高压介质阻挡液相放电等离子体处理有机污水的装置，其特征在于：所述地电极（4）为环形。

6.一种用于高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的放电电极组件（3），其特征在于：包括加注有导电液的放电介质杯（31）、置于该放电介质杯（31）之内的高压电极（32）和散热器（33）。

7.一种高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的方法，其特征在于：包括以下步骤，

①有机污水从反应器（2）下部流入并流经介质阻挡放电区域；

②在介质阻挡放电区域，放电电极组件（3）的放电介质杯（31）与待处理有机污水接触，置于放电介质杯（31）中的高压电极（32）通过介质阻挡在水下及水面对有机污水放电；

③有机污水经过介质阻挡放电区域的等离子体处理后，经反应器（2）上部流出采用后续工艺进行处理；

所述放电电极组件（3）包括装有导电液的放电介质杯（31）、置于该放电介质杯（31）之内的高压电极（32）和散热器（33），高压电极（32）与高频高压电源（1）输出的一端相连，反应器（2）下部有机污水中设置有地电极（4），地电极（4）与高频高压电源（1）输出的另一端相连。

8.如权利要求7所述的高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的方法，其特征在于：导流板（23）设置在反应器（2）的中间将反应器（2）分隔为上部和下部，进水口（21）设置于反应器（2）的下部，出水口（22）设置在反应器（2）的上部，出水堰（24）设置在导流板（23）之上，有机污水从反应器（2）下部的进水口流入，依次流经导流板（23）、出水堰（24）和介质阻挡放电区域后，从反应器（2）上部的出水口流出。

9.如权利要求7或8所述的高压介质阻挡液相放电等离子体处理污水的方法，其特征在于：所述放电电极组件（3）设置一套或一套以上，各放电电极组件（3）之间并联连接，与地电极（4）构成一条或一条以上的放电通道。

10.如权利要求7所述的高压介质阻挡液相放电等离子体处理有机污水的方法，其特征在于：所述放电介质杯（31）采用硅橡胶、陶瓷、石英玻璃或氮化硅制成，放电介质厚度为0.5~5mm。

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