CN103819030B - 气液混合介质阻挡放电水处理装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液混合介质阻挡放电水处理装置与方法，包括有反应器、等离子体发生装置、预处理装置、雾化喷淋装置以及相应的测量控制系统。本发明以雾化废水与空气作为等离子体工作介质，在插入废水电极的周边液面及沿着电极的气相产生稳定、均匀的等离子体，有效地解决了等离子体中活性粒子与水中有机污染物接触不充分的问题，具有处理效率高、经济实用等特点。

Description

气液混合介质阻挡放电水处理装置与方法

技术领域

本发明属于低温等离子体应用及废水处理技术领域，具体涉及一种采用气液混合介质阻挡放电等离子体水处理装置与方法。

背景技术

随着经济的发展，我国目前正面临着水资源短缺和水污染严重的双重环境问题。传统的生物处理技术难以满足日益复杂的水质处理要求，如染料废水、农药废水、含持久性有机污染物废水等的处理。

放电等离子体水处理被认为是一种新型的水处理高级氧化技术，它兼具臭氧氧化、紫外光降解、自由基氧化、热解和高能电子辐射等多种作用于一体，能有效去除废水中的各种污染物，尤其是难降解的有机污染物，具有处理范围广、处理效率高和无二次污染等优点。介质阻挡放电等离子体处理废水是在电极之间放置阻挡介质，将两电极隔开，在高压作用下，放电电极间的气体就会被击穿，形成不均匀的火花通道，电离产生的电子在电场作用下，以很高的速度向阳极运动，使放电气体进一步电离，形成电子流，电子流逐步扩大以致充满整个放电通道，从而在两电极间形成均匀的介质阻挡放电，产生OH^●、H^●、O^●、HO₂ ^●、O₃、H₂O₂等高活性粒子，它们作用于待处理的废水，与废水中难降解有机污染物密切接触，发生分解和氧化还原反应等，同时放电产生的热还能使有机污染物发生一定的热解，有机污染物中的C-C键和苯环会发生断裂，这样大分子有机物变成H₂O和CO₂等小分子物质，从而达到脱除难降解有机污染物的目的，因此，介质阻挡放电等离子体处理废水技术具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

传统处理废水的介质阻挡放电等离子体是使用诸如空气、Ar、N₂等气体作为工作介质，产生的等离子体通过气体或液体的传质作用进入水溶液里对废水进行处理，存在等离子体不均匀稳定、自由基不能及时被有效地利用、活性粒子与废水中有机污染物接触不充分和成本高等问题。因此开发出一种新型均匀稳定、脱除效率高和成本低的介质阻挡放电水处理装置具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种气液混合介质阻挡放电水处理装置及处理方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种气液混合介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：包括反应器、等离子体发生装置、以及相应的测量控制系统，所述的反应器是由金属罐和与其相扣的绝缘盖构成，所述的绝缘盖安装有安全阀和多个排列有序的通孔，所述通孔分别为高压电极的插入孔，气体排出口和雾化喷淋口，所述的金属罐底部布置有一出液口，通过控制阀连接接至热交换器；所述的等离子体发生装置由高压电极、地电极和等离子体电源构成，所述的高压电极被绝缘介质材料包覆，并通过所述的绝缘盖通孔插入到金属罐中，所述的等离子体电源一端连接高压电极，一端连接金属外壳；还包括预处理装置、雾化喷淋装置，所述的预处理装置包括过滤池和调质池，待处理废液经过预处理装置处理后直接流入所述的雾化喷淋装置，所述的雾化喷淋装置通过气液循环泵连接至雾化喷嘴，所述的雾化喷嘴经的所述的绝缘盖上雾化喷淋口安装于反应器顶部；所述的气体排出口通过管道连接到冷凝器，然后分别接至气液循环泵的进气口和进液口。

所述的高压电极一端被绝缘介质完全包覆并插入反应器内接近于反应器底部，另一端接等离子体电源高压端，反应器金属罐外壳接等离子体电源回路的地端；所述的高压电极为金属材质或其它导电体材料，电极数量根据绝缘盖尺寸来布置，数量不限。

所述的喷淋嘴将混合气体的废水以雾状的形式喷出，布置于高压电极之间。

所述的等离子体电源为高压交流电源或双极性高压脉冲电源。

所述的金属罐材质为金属导体，也可以使用非金属材质，当反应器为金属材质时，其外壳接等离子体电源回路的地端；当使用非金属材质时，与等离子体电源接地端相连的地电极可通过浸入废水中的金属导体引出。

所述的安全阀为能够承受2个大气压的安全阀，固定于绝缘盖上，能够保证在处理废水过程中的安全性，避免处理过程中由于偶然因素导致的压力突然增加造成的危险。

一种气液混合介质阻挡放电水处理方法，其特征在于，包括有以下步骤：

1、通过进水口加入待处理废水进入过滤池；

2、废水中颗粒物的去除达到要求后，开启水泵，将废水导入调质池，对废水pH值、电导率进行调节，添加催化剂，开启气液循环泵；

3、调质池的废水通过气液循环泵经雾化喷嘴进入反应器中，待废水浸没部分高压电极后，开启等离子体电源，产生等离子体，解水中有机污染物；

4、反应器中混有废水蒸汽的气体通过气体排出口进入冷凝器，回收的液体和气体分别经气液循环泵进液口和进气口回到反应器中；

5、反应器中被处理的废水经检测达到标准要求后，通过控制阀控制将水从反应器的出液口排出。

所述的气液混合介质阻挡放电水处理反应器为全封闭装置，所述的反应器内部运行在常压工作状态。

本发明的优点如下：

1、本发明的气液混合介质阻挡放电装置，将高压电极插入废水中，同时以废水作为地电极，等离子体在高压电极的液面周边及沿着电极的气相产生，避免了大气压等离子体放电电极电极间距较小的不利因素，并且产生的等离子体均匀，弥散和稳定。将雾化喷淋装置结合到该气液混合介质阻挡放电中，能够将废水雾化喷射出，混合空气的雾化废水成为等离子体工作介质，使得废水中的污染物与等离子体直接接触，增加处理的停留时间，有助于提高降解效率，而且操作十分方便、简洁，设备也很简单。

2、本发明反应器的处理过程是在封闭条件下完成的，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等因素对废水处理的作用。

3、本发明中放电过程产生的气液介质阻挡放电等离子体均匀、稳定和弥散，有利于保证长时间连续处理废水，由于是气液界面之间放电，所以放电过程中相对于气体放电能够产生更多的OH^●自由基等活性基团，同时产生的活性基团能够及时的与废水中有机物直接接触，提高了处理效率。

4、本发明的冷却系统不仅能够为排出的废水进行降温，同时还可以将降温过程中吸收的热量作为一种热源。

5、本发明的预处理系统能够对废水进行预处理，包括过滤、调节废水的pH值和电导率、添加催化剂等，能够提高处理效率，降低能耗。

6、本发明的绝缘盖能够固定安全阀、高压电极和雾化喷嘴，同时起到绝缘作用，避免高压电极与地电极在液面上的直接接触，从而保证等离子体放电过程中的安全。

7、本发明在常温、常压下就可进行，反应条件温和，可控制性强，同时废水的污染物排放浓度能够很好的达到国家排放标准，而且制造和处理成本低廉，适合大规模的投产。

附图说明

图1为本发明的装置的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：如图1所示，一种气液混合介质阻挡放电水处理装置，包括反应器、等离子体发生装置、以及相应的测量控制系统，所述的反应器是由金属罐11和与其相扣的绝缘盖2构成，所述的绝缘盖安装有安全阀3和多个排列有序的通孔，所述通孔分别为高压电极的插入孔，气体排出口和雾化喷淋口6，所述的金属罐底部布置有一排液口14，通过控制阀连接接至热交换器1；所述的等离子体发生装置由高压电极4、地电极和等离子体电源1构成，所述的高压电极被绝缘介质5包覆，并通过所述的绝缘盖通孔插入到金属罐中，所述的等离子体电源1一端连接高压电极4，一端连接金属外壳；还包括预处理装置、雾化喷淋装置，所述的预处理装置包括过滤池22和调质池19，待处理废液经过预处理装置处理后直接流入所述的雾化喷淋装置，所述的雾化喷淋装置通过气液循环泵10连接至雾化喷嘴，所述的雾化喷嘴经的所述的绝缘盖上雾化喷淋口6安装于反应器顶部；所述的气体排出口通过管道连接到冷凝器15，然后分别接至气液循环泵的进气口8和进液口9。废水经过滤池22和调质池19的预处理后，通过气液循环泵10的作用经雾化喷淋口6以雾化的方式进入反应器的金属罐11中，到达高压电场区域；绝缘介质5采用石英管，一端封口并插入反应器中，石英管包覆着不锈钢高压电极4，电极在反应器外与等离子体电源1相连接，金属罐11内的废水通过金属罐与等离子体电源地端连接；绝缘盖2与金属罐11，安全阀3，雾化喷淋口6，绝缘介质5一起形成封闭空间，同时也有绝缘作用，避免高压电极与地电极直接接触；反应过程中混有雾化废水的多余气体经过出气口进入冷凝器15进行气液分离，分离出的气体和液体分别由气体控制阀16和液体控制阀17控制进入相应的冷凝器出气口8和冷凝器出液口9；处理后的废水经过液体控制阀12、热交换系统13和排液口14排出。

一种介质阻挡放电水处理装置的处理方法，包括如下步骤：

1、通过进液口加入待处理废水，开启气液循环泵10。

2、待处理废水经过过滤池22，除去废水中的颗粒物，然后流进调质池19，对废水pH值、电导率进行调节，添加催化剂。

3、调质池的废水通过气液循环泵经雾化喷口6进入反应器中，待废水浸没部分高压电极4后，开启等离子体电源，产生等离子体，降解水中有机污染物。

4、反应器中混有废水蒸汽的气体通过气体排出口进入冷凝器，回收的液体和气体分别经气液循环泵10进液口和进气口回到反应器中。

5、反应器中被处理的废水经检测达到标准要求后，通过控制阀12控制将水从反应器的出液口14排出。

Claims (4)

1.一种气液混合介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：包括反应器、等离子体发生装置、以及相应的测量控制系统，所述的反应器是由金属罐和与其相扣的绝缘盖构成，所述的绝缘盖安装有安全阀和多个排列有序的通孔，所述通孔分别为高压电极的插入孔，气体排出口和雾化喷淋口，所述的金属罐底部布置有一出液口，通过控制阀连接接至热交换器；所述的等离子体发生装置由高压电极、地电极和等离子体电源构成，所述的高压电极被绝缘介质材料包覆，并通过所述的绝缘盖通孔插入到金属罐中，所述的等离子体电源一端连接高压电极，一端连接金属外壳；还包括预处理装置、雾化喷淋装置，所述的预处理装置包括过滤池和调质池，待处理废液经过预处理装置处理后直接流入所述的雾化喷淋装置，所述的雾化喷淋装置通过气液循环泵连接至雾化喷嘴，所述的雾化喷嘴经所述的绝缘盖上雾化喷淋口安装于反应器顶部；所述的气体排出口通过管道连接到冷凝器，然后分别接至气液循环泵的进气口和进液口。

2.按照权利要求1所述的气液混合介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：所述的高压电极一端被绝缘介质材料完全包覆并插入反应器内接近于反应器底部，另一端接等离子体电源高压端，所述的高压电极为金属材质或其它导电体材料。

3.按照权利要求1所述的气液混合介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：所述的等离子体电源为高压交流电源或双极性高压脉冲电源。

4.利用权利要求1所述的装置处理废水的方法，其特征在于：所述的气液混合介质阻挡放电水处理方法为：

 (1)、通过进液口加入待处理废水进入过滤池；

 (2)、废水中颗粒物的去除达到要求后，开启水泵，将废水导入调质池，对废水pH值、电导率进行调节，添加催化剂，开启气液循环泵；

 (3)、调质池的废水通过气液循环泵经雾化喷嘴进入反应器中，待废水浸没部分高压电极后，开启等离子体电源，产生等离子体，降解水中有机污染物；

 (4)、反应器中混有废水蒸汽的气体通过气体排出口进入冷凝器，回收的液体和气体分别经气液循环泵进液口和进气口回到反应器中；

 (5)、反应器中被处理的废水经检测达到标准要求后，通过控制阀控制将水从反应器的出液口排出。