CN103466755A

CN103466755A - 高压液下气体射流放电等离子体处理污水的装置和方法

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Publication number: CN103466755A
Application number: CN2012104301066A
Authority: CN
Inventors: 王志农; 邵乐冲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明涉及一种高压液下气体射流放电等离子体处理污水的装置和方法，包括至少一套气体射流等离子体模块（1）和反应槽（2），包括步骤：将高频高压电源（11）产生的高压加载在置于气体射流管（13）之内的高压电极（12）和置于反应槽（2）内待处理污水中的地电极（14）之上；向气体射流管（13）通入压缩空气或氧气；待处理污水从反应槽（2）一侧流入，气体射流管（13）下部没入待处理污水中，高压电极（12）通过气体放电产生等离子体，等离子体借助气体射流穿越气体射流管（13）下部的小孔迅速导入待处理污水中，对待处理污水进行处理。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

高压液下气体射流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液下气体射流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，如果不能及时引入水中，其氧化作用得不到充分利用。

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液下气体射流放电等离子体处理污水的装置和方法，以气体射流的方式迅速地将气体放电产生的等离子体等活性粒子迅速导入污水中而实现对污水的处理。

本发明可以通过采用以下技术方案来实现：

设计一种高压液下气体射流放电等离子体处理污水的装置，包括至少一套气体射流等离子体模块和反应槽，所述气体射流等离子体模块又包括高频高压电源、高压电极、气体射流管和地电极，所述高频高压电源输出的两端分别与高压电极和地电极相连，所述地电极设置在反应槽内的污水中，所述高压电极置于气体射流管中，该气体射流管一端与反应槽内的污水接触；所述气体射流管上部设有通入压缩空气或氧气的接口，底部设有小孔。

进一步地，所述推流式反应槽的每一格中至少放置一套气体射流等离子体模块。

设计一种高压液下气体射流放电等离子体处理污水的气体射流等离子体模块，所述气体射流等离子体模块包括高频高压电源、高压电极、气体射流管和地电极，所述高频高压电源输出的两端分别与高压电极和设置在反应槽内的有机污水中的地电极相连，所述高压电极置于气体射流管中。

提出一种高压液下气体射流放电等离子体处理污水的方法，包括以下步骤：

①将高频高压电源产生的高压加载在置于气体射流管之内的高压电极和置于反应槽内待处理污水中的地电极上；

②向气体射流管通入压缩空气或氧气；

③待处理污水从反应槽一侧流入，气体射流管下部没入待处理污水中，高压电极通过气体放电产生等离子体，等离子体借助气体射流穿越气体射流管下部的小孔迅速导入待处理污水中；

④待处理污水经过等离子体处理后，经反应槽另一侧流出采用后续工艺进行处理。

进一步地，所述反应槽为推流式反应槽，待处理污水从反应槽的一侧流入，从另一侧流出；反应槽至少包括三格，水流在反应槽中呈波浪式行进。

进一步地，所述气体射流等离子体模块，根据待处理污水的水量，单套模块使用或者一套以上模块并联使用。

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，通过气体射流的方式将气体放电产生的等离子体等活性粒子迅速导入水中，能解决因等离子体中大部分活性粒子的寿命短、如果不能及时将产生的各种活性粒子引入污水中，其氧化作用就得不到充分利用的问题。显著提高了等离子体处理污染物的氧化作用。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）和强烈的紫外线，以及羟基自由基（·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。

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是本发明高压液下气体射流放电等离子体处理污水的装置和方法示意图；

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所示，一种高压液下气体射流放电等离子体处理污水的装置，包括至少一套气体射流等离子体模块1和反应槽2，所述气体射流等离子体模块1又包括高频高压电源11、高压电极12、气体射流管13和地电极14，所述高频高压电源11输出的两端分别与高压电极12和地电极14相连，所述地电极14设置在反应槽2内的污水中，所述高压电极12置于气体射流管13中，该气体射流管13一端与反应槽2内的污水接触；所述气体射流管13上部设有通入压缩空气或氧气的接口131，底部设有小孔。

利用上述装置处理污水的方法，包括以下步骤：

①将高频高压电源11产生的高压加载在置于气体射流管13之内的高压电极12和置于反应槽2内待处理污水中的地电极14之上；

②向气体射流管13通入压缩空气或氧气，图1中3表示压缩空气或氧气管道；

③待处理污水从反应槽2一侧的进水口21流入，气体射流管13下部没入待处理污水中，高压电极12通过气体放电产生等离子体，等离子体借助气体射流穿越气体射流管13下端的小孔迅速导入待处理污水中，图1中A表示气体射流；

④待处理污水经过等离子体处理，并经反应槽2另一侧的出水口22流出之后，采用后续工艺进行处理，图1中S表示污水液面，F表示污水流向。

所述反应槽2为推流式反应槽，待处理污水从反应槽一侧的进水口21流入，从另一侧出水口22流出。进水口之前装设有进水阀门23和流量计24，反应槽出口为开放式重力流排水。本实施例中，反应槽包括三格，每一格中至少放置一套气体射流等离子体模块1，水流在反应槽中呈波浪式行进。

所述气体射流等离子体模块，根据待处理污水的水量，单套模块使用或者一套以上模块并联使用。

应用本发明的装置和方法，净化处理配制的苯酚水溶液。如图1，设定电放电压为8KV左右，单套气体射流等离子体模块运行，高频高压电源输出功率0.3Kw，采用单格的反应槽，反应槽溶积1.5L，序批方式运行，有效接触时间45min。

经本发明装置处理后的苯酚水溶液，进出水指标如下：

表1 进水指标

	COD（mg/L）	颜色
			进水指标	5000~6000	无色

表2 出水指标

	COD（mg/L）	颜色
			出水指标	3200~4500	深棕色

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，在通过本发明装置和方法处理后，溶液颜色由无色变为深棕色，伴随有COD的明显下降。说明大部分苯酚分子的结构改变了，一部分生成了各种醌类，表现出各种颜色的混合；一部分继续氧化分解为小分子物质或氧化分解为简单无机物，表现为COD的明显下降。结论：在通过本发明装置和方法处理后，在改变大分子污染物质分子结构的同时，有部分有机污染物质被直接氧化分解了。

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、放电气体介质可以是空气也可以是纯氧气、气体射流管的形状不同等），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

1.一种高压液下气体射流放电等离子体处理污水的装置，其特征在于：包括至少一套气体射流等离子体模块（1）和反应槽（2），所述气体射流等离子体模块（1）又包括高频高压电源（11）、高压电极（12）、气体射流管（13）和地电极（14），所述高频高压电源（11）输出的两端分别与高压电极（12）和地电极（14）相连，所述地电极（14）设置在反应槽（2）内的污水中，所述高压电极（12）置于气体射流管（13）中，该气体射流管（13）一端与反应槽（2）内的污水接触；所述气体射流管（13）上部设有通入压缩空气或氧气的接口（131），底部设有小孔。

2.如权利要求1所述的高压液下气体射流放电等离子体处理污水的装置，其特征在于：所述反应槽（2）为推流式反应槽，待处理污水从反应槽的一侧流入，从另一侧流出。

3.如权利要求2所述的高压液下气体射流放电等离子体处理污水的装置，其特征在于：所述推流式反应槽的每一格中至少放置一套气体射流等离子体模块（1）。

4.一种高压液下气体射流放电等离子体处理污水的气体射流等离子体模块，其特征在于：所述气体射流等离子体模块（1）包括高频高压电源（11）、高压电极（12）、气体射流管（13）和地电极（14），所述高频高压电源（11）输出的两端分别与高压电极（12）和设置在反应槽（2）污水中的地电极（14）相连，所述高压电极（12）置于气体射流管（13）中。

5.一种高压液下气体射流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将高频高压电源（11）产生的高压加载在置于气体射流管（13）之内的高压电极（12）和置于反应槽（2）内待处理污水中的地电极（14）之上；

②向气体射流管（13）通入压缩空气或氧气，图1中（3）表示压缩空气或氧气管道；

③待处理污水从反应槽（2）一侧流入，气体射流管（13）下部没入待处理污水中，高压电极（12）通过气体放电产生等离子体，等离子体借助气体射流穿越气体射流管（13）下部的小孔迅速导入待处理污水中；

④待处理污水经过等离子体处理后，经反应槽（2）另一侧流出采用后续工艺进行处理；

所述高频高压电源（11）、高压电极（12）、气体射流管（13）和地电极（14）为一套气体射流等离子体模块。

6.如权利要求5所述的高压液下气体射流放电等离子体处理污水的方法，其特征在于：所述反应槽（2）为推流式反应槽，反应槽至少包括三格，水流在反应槽中呈波浪式行进。

7.如权利要求5所述的高压液下气体射流放电等离子体处理污水的方法，其特征在于：所述气体射流等离子体模块，根据待处理污水的水量，单套模块使用或者一套以上模块并联使用。