CN103896361A - 水等离子体炬处理有机废水装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水等离子体炬处理有机废水装置与方法，包括有水等离子体炬处理废水反应器，通过直接将待处理的有机废水作为水等离子体炬工作介质，产生蒸汽等离子体射流，并将蒸汽等离子体射流引入有机废水中处理水有机污染物，其优越性在于能量利用效率高，有机废水降解速率快，同时还可以将有机废水转化为合成气，实现有机废水资源化和能源化的转化，该装置与方法特别适合高浓度难降解有机废水的处理。

Description

水等离子体炬处理有机废水装置与方法
技术领域
    本发明涉及一种利用水等离子体炬产生的水蒸汽等离子体射流处理有机废水的装置与方法，属于环境工程与等离子体科学领域。
背景技术
    目前处理高浓度难降解有机废水（液）的技术与方法主要有化学氧化法、焚烧法、电化学氧化法、光催化法、湿法氧化法等。然而，这些技术和方法均存在这不同程度的缺陷，如超临界水氧化法的反应条件苛刻（高温、高压），对反应设备材质要求高和无机盐对反应器和管路的堵塞等问题；焚烧法能耗高，且产生烟气、飞灰等对环境造成二次污染；化学氧化、电化学氧化、光化学氧化等虽比焚烧法具有更高的能量利用效率，但这些过程存在反应速率慢，反应不彻底，产物需进一步处理等缺点。
    放电等离子体水处理技术是近20年来发展的具有工艺灵活，无二次污染的新型水处理高级氧化技术。物理和化学的协同作用以及对有机污染物降解的无选择性是等离子体技术处理有机废水的优势之一。激发产生等离子体的过程中，伴生的各种自由基、电场、强紫外线辐射、高压激波、臭氧和高能电子均可以有效的对水中有机污染物起到降解的作用。因此，等离子体处理有机废水技术的研究为这一问题的解决带来了希望。和其他等离子体技术相比，高温、高焓值的水蒸汽热等离子体由于水分解产生的大量自由基（H●、O●、OH●和HO2 ●等）使其具有更高的活性，因此水蒸汽等离子体处理有机废弃物技术成为环境应用领域最具前景的技术之一。
发明内容
    针对现有技术的不足，本发明提供一种以有机废水直接作为等离子体工作介质，结构简单、稳定、高效的低温等离子体废水处理装置。
    为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种水等离子体炬处理有机废水装置，其特征在于：包括有水等离子体炬处理废水反应器，所述的水等离子体炬处理废水反应器包括有反应罐，所述的反应罐顶部设置有多个连通罐体内部的通孔，其中的一个通孔穿过有水等离子体炬，并固定安装在反应罐顶部；所述的水等离子体炬包括有金属圆管形阳极，放置于金属圆管形阳极内部并与其同轴的有蒸发器和柱形阴极，金属圆管形阳极与蒸发器之间填充有耐高温吸水材料，柱形阴极与蒸发器之间由绝缘管隔开；所述的金属圆管形阳极的侧壁设置有注水口；所述的金属圆管形阳极和柱形阴极分别接等离子体直流电源的正极和负极；另外的通孔分别为进液口、气体排放口和测量窗口；所述的反应罐底部设有一通孔为排液口；所述的排液口由蠕动泵通过管路连接至水等离子体炬注水口；所述的气体排放口连通有排气管道并通向反应罐外部，所述排气管道外接冷凝器。
所述的水等离子体炬处理有机废水装置，其特征在于：所述的反应罐的壳体采用双层结构，中间通冷却水，反应罐外壳分别设置有冷却水进水口和出水口。
所述的水等离子体炬处理有机废水装置，其特征在于：所述的金属圆管形阳极、柱形阴极外与等离子体直流电源构成的回路中设置有电流调节器。
所述的装置处理有机废水的方法，其特征在于：所述的水等离子体炬处理有机废水的处理方法为：
(1)、首先通过注液口将废水注入反应罐内，同时开启蠕动泵将有机废水通过水等离子体炬的注水口导入水等离子体炬中，当水等离子体炬中的废水注满时，关闭蠕动泵，始终保持水面高度位于水等离子体炬喷嘴口下方5至10毫米；
(2)、然后开启等离子体直流电源，采用高频引弧方式，或者采用将水等离子体炬的阴极和阳极短路接触引弧方式，产生等离子体射流，调节电流调节器确定合适的电源输出功率，待等离子体射流稳定运行后，开启蠕动泵并调节至适当的流量；
(3)、产生的气体在反应罐内压力作用下，经所述反应器顶部排气通道，然后经过冷凝实现气水分离，液体流入设置于冷凝器下方的容器中，气体可通过净化后回收利用；
(4)、反应器中被处理废水经检测达到标准要求后，通过底部的排水口由阀控制排出。
所述的水等离子体炬处理有机废水的处理方法，其特征在于：所述的水等离子体炬处理废水反应器为全封闭装置，所述的反应罐内运行在常压工作状态。
所述的水等离子体炬处理有机废水的处理方法，其特征在于：所述的有机废水经水等离子体炬处理后，有机污染物在水蒸气热等离子体作用下，快速降解，并最终生成CO2 、 H2O和以H2、CO为主要成分的合成气。
本发明的有益效果在于：
本发明能量利用效率高，有机废水降解速率快，同时还可以将有机废水转化为合成气，实现有机废水资源化和能源化的转化，该装置与方法特别适合高浓度难降解有机废水的处理。
附图说明
    图1为本发明的设备的工艺流程示意图。
    图2为本发明的水等离子体炬处理废水反应器主视图。
具体实施方式
    参见图1和2，一种水等离子体炬处理有机废水装置包括有反应罐1，反应罐的壳体采用双层结构，中间通冷却水，反应罐外壳分别设置有冷却水进水口2和出水口3，反应罐1顶部设置有多个连通罐体内部的通孔，其中的一个通孔穿过有水等离子体炬4，并固定安装在反应罐顶部，水等离子体炬4包括有金属圆管形阳极5，放置于金属圆管形阳极5内部并与其同轴的有蒸发器6和柱形阴极7，金属圆管形阳极5与蒸发器6之间填充有耐高温吸水材料8，柱形阴极7与蒸发器6之间由绝缘管9隔开，金属圆管形阳极5侧壁设置有注水口10，水等离子体炬的金属圆管形阳极5和柱形阴极7通过电缆分别连接至等离子体直流电源11的正极和负极，电源回路中设置有电流调节器12，反应罐1顶部的其它通孔分别为进液口13、气体排放口14和测量窗口15；反应罐底部设有一通孔为排液口16，由阀17控制，蠕动泵18通过管路由阀17的上端连接至水等离子体炬注水口10；气体排放口连通有排气管道并通向反应罐1外部，并通过排气管道外接冷凝器19，冷凝器出液口的下放设有容器20。

Claims (6)

1.一种水等离子体炬处理有机废水装置，其特征在于：包括有水等离子体炬处理废水反应器，所述的水等离子体炬处理废水反应器包括有反应罐，所述的反应罐顶部设置有多个连通罐体内部的通孔，其中的一个通孔穿过有水等离子体炬，并固定安装在反应罐顶部；所述的水等离子体炬包括有金属圆管形阳极，放置于金属圆管形阳极内部并与其同轴的有蒸发器和柱形阴极，金属圆管形阳极与蒸发器之间填充有耐高温吸水材料，柱形阴极与蒸发器之间由绝缘管隔开；所述的金属圆管形阳极的侧壁设置有注水口；所述的金属圆管形阳极和柱形阴极分别接等离子体直流电源的正极和负极；另外的通孔分别为进液口、气体排放口和测量窗口；所述的反应罐底部设有一通孔为排液口；所述的排液口由蠕动泵通过管路连接至水等离子体炬注水口；所述的气体排放口连通有排气管道并通向反应罐外部，所述排气管道外接冷凝器。
2.根据权利要求1所述的水等离子体炬处理有机废水装置，其特征在于：所述的反应罐的壳体采用双层结构，中间通冷却水，反应罐外壳分别设置有冷却水进水口和出水口。
3.根据权利要求1所述的水等离子体炬处理有机废水装置，其特征在于：所述的金属圆管形阳极、柱形阴极外与等离子体直流电源构成的回路中设置有电流调节器。
4.利用权利要求1所述的装置处理有机废水的方法，其特征在于：所述的水等离子体炬处理有机废水的处理方法为：
(1)、首先通过注液口将废水注入反应罐内，同时开启蠕动泵将有机废水通过水等离子体炬的注水口导入水等离子体炬中，当水等离子体炬中的废水注满时，关闭蠕动泵，始终保持水面高度位于水等离子体炬喷嘴口下方5至10毫米；
(2)、然后开启等离子体直流电源，采用高频引弧方式，或者采用将水等离子体炬的阴极和阳极短路接触引弧方式，产生等离子体射流，调节电流调节器确定合适的电源输出功率，待等离子体射流稳定运行后，开启蠕动泵并调节至适当的流量；
(3)、产生的气体在反应罐内压力作用下，经所述反应器顶部排气通道，然后经过冷凝实现气水分离，液体流入设置于冷凝器下方的容器中，气体可通过净化后回收利用；
(4)、反应器中被处理废水经检测达到标准要求后，通过底部的排水口由阀控制排出。
5.根据权利要求4所述的水等离子体炬处理有机废水的处理方法，其特征在于：所述的水等离子体炬处理废水反应器为全封闭装置，所述的反应罐内运行在常压工作状态。
6.根据权利要求4所述的水等离子体炬处理有机废水的处理方法，其特征在于：所述的有机废水经水等离子体炬处理后，有机污染物在水蒸气热等离子体作用下，快速降解，并最终生成CO2 、 H2O和以H2、CO为主要成分的合成气。
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