CN104310678A - 一种连续式催化等离子体水污染净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续式催化等离子体水污染净化装置，该装置包括等离子体放电系统、反应容器和设置在反应容器底部的搅拌器，所述的等离子体放电系统包括高频高压电源和分别与高频高压电源的正极和负极相连接的中空电极和极性电极，所述的中空电极用于配合设置在反应容器内的极性电极放电并向反应容器内通入气体；所述的反应容器上设有排气进水口和排水口，所述的反应容器内设有空气分散板用于分散反应容器内的气体，所述的反应容器内还设有微孔过滤膜用于将净化处理后的废水过滤后通过排水口排出。整个装置工作具有性能稳定可靠、结构简单、实用性强、处理效果高、能量利用率高、处理量高等优点，并可广泛应用于污水处理的领域。

Description

一种连续式催化等离子体水污染净化装置

技术领域

本发明属于水污染净化处理领域，具体涉及到一种连续式催化等离子体水污染净化装置。

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。

等离子体技术是近年来出现的一种较为前沿的高级氧化技术，并首先被应用到环境治理中。它兼具有臭氧氧化、紫外光降解、自由基氧化、热解和高能电子辐射等多种作用为一体，能有效去除废水中的各种污染物，放电是低温等离子体产生的主要方法，放电等离子体中有氧化性极强的·OH、·H、·O、O₃等活性粒子，并伴随着高温氧化、紫外辐射、冲击波等效应，有机物在这些综合效应的作用下，最终将降解为CO₂、H₂O或其它有机物质。具有处理周期短、效率高、无二次污染、适用范围广等优点。目前已经逐渐被应用于水环境污染的处理领域中，但是目前等离子体技术仍然存在一些不足，如效率不高，处理成本相对较高及降解效果的方法和手段针对性不强等。

低温等离子体作为一种有效的分子活化技术手段，与催化剂的交叉学科研究越来越密切，等离子体是由多种粒子组成的复杂体系，当催化剂与等离子体接触时，催化剂的物理化学性能等发生了变化，从而降低了活化能，有效的提高了催化剂的活性。但是就目前研究来说，大多的催化剂属于粉末或者颗粒状催化剂，在催化剂的回收利用上存在一定的缺陷和不足，导致了该技术的成本相对较高，应用局限等缺点。

由此可见，寻找一种高效、简单、避免二次污染的污水处理装置或方法迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种连续式催化等离子体水污染净化装置，本装置设计简单、投资低、处理效果好、反应效率高、无二次污染等优点，便于催化剂的循环使用，可以应用于有机污染废水领域的连续循环处理。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种连续式催化等离子体水污染净化装置，该装置包括等离子体放电系统、反应容器和设置在反应容器底部的搅拌器，所述的等离子体放电系统包括高频高压电源和分别与高频高压电源的正、负极相连接的中空电极和极性电极，所述中空电极的一端连通空气泵的气体出口端，另一端通过设置在反应容器上的绝缘塞引入反应容器内用于配合设置在反应容器内的极性电极放电并向反应容器内通入气体；所述的反应容器上设有排气进水口和排水口，所述的反应容器内设有空气分散板用于分散反应容器内的气体，所述的反应容器内还设有微孔过滤膜用于将净化处理后的废水过滤后通过排水口排出。反应容器内的催化剂通过搅拌的方式悬浮于反应体系中并与放电等离子体发生协同作用。所述的催化剂为粉末状光催化剂，如二氧化钛，钼酸铋等粉末状纳米催化剂。

所述的中空电极为中空针式电极，优选为中空钢针。

所述的极性电极为针式电极或板式电极。

所述的空气分散板为多孔性结构，且倾斜设置在反应容器内。

所述空气分散板在反应容器内的倾斜坡度为30°～60°。

所述微孔过滤膜的两端分别通过相应的膜架固定于所述反应容器内的上接触面和下接触面。

所述微孔过滤膜垂直固定在所述的反应容器内。

所述反应容器的上部为半球形结构，所述的反应容器的材质为非导体材质。

所述的搅拌器为磁力搅拌器。

等离子体催化技术处理有机污染废水可以显著的提高等离子体去除效率，具有处理范围广、效果好、无二次污染、可在常温常压下进行。在充分利用等离子体激发的物理化学效应的同时，利用催化剂有效地降低反应所需的活化能，更好的提高了污染物的去除效率和降低能耗。所以将有可能成为未来高浓度有机废水处理的发展方向。

本发明的有益效果：

本发明的装置具有实用性广、处理效率高、设备成本低、运行费用低、利用率高、连续性强、经济环保并且运行稳定等优点，解决了目前处理技术中存在的处理效果低、催化剂利用的可重复性差、处理量少及放电不稳定等问题，可以广泛运用于有机污染废水的处理领域。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

其中，1—反应容器，2—搅拌器，3—空气泵，4—空气分散板，5—微孔过滤膜，6—中空电极，7—绝缘塞，8—高频高压电源，9—极性电极，10—排气进水口，11—排水口。

具体实施方式

如图1所示，一种连续式催化等离子体水污染净化装置，该装置包括等离子体放电系统、反应容器1和设置在反应容器1底部的搅拌器2，所述的等离子体放电系统包括高频高压电源8和分别与高频高压电源8的正、负极相连接的中空电极6和极性电极9，所述中空电极6的一端连通空气泵3的气体出口端，另一端通过设置在反应容器1上的绝缘塞7引入反应容器1内用于配合设置在反应容器内的极性电极9放电并向反应容器内通入气体；所述的反应容器1上设有排气进水口10和排水口11，所述的反应容器1内设有空气分散板4用于分散反应容器1内的气体，所述的反应容器1内还设有微孔过滤膜5用于将净化处理后的废水过滤后通过排水口11排出。所述的空气泵3为微型空气泵。

所述的中空电极6为中空针式电极，优选为中空钢针。所述的极性电极9为针式电极或板式电极。

所述的空气分散板4为多孔性结构，且倾斜设置在反应容器1内，倾斜坡度为30°～60°。所述微孔过滤膜5的两端分别通过相应的膜架固定于所述反应容器1内的上接触面和下接触面。作为一种优选技术方案，所述微孔过滤膜5垂直固定在所述的反应容器1内。

所述反应容器1的上部为半球形结构，材质为非导体材质。所述的搅拌器2为磁力搅拌器。反应容器1内的催化剂通过磁力搅拌的方式悬浮于反应体系中并与放电等离子体发生协同作用。所述的催化剂为粉末状光催化剂，如二氧化钛，钼酸铋等。

采用本发明的装置净化处理污染水体的过程原理如下：预处理的水体通过设在反应容器1顶部的排气进水口10载入反应容器1中，一定量的粉末状光催化剂加入到反应容器1中，反应容器1中的溶液和催化剂在磁力搅拌器2的作用下充分混合并且使得催化剂处于悬浮状态，与此同时，将高频高压电源8的正负极分别连接于中空电极6和极性电极9，并连通空气泵3和中空电极6钢针将空气导入反应容器1中，此时由于鼓气的作用，会在钢针尖端形成气液交换面。在高频高压电源8的作用下，会在该界面区域形成等离子体电场，空气中的氧气和水等多种分子受激发可产生大量的·OH、e_eq ^-、·O、HO₂·、O₃等活性物质这些活性物质与混合的污染物分子发生强烈的氧化反应。与此同时，也会伴有较强的紫外光和可见光等产生，溶液中的催化剂会被这些光子激发并发挥一定的催化效应，从而协同了等离子体与催化技术将其目标污染物降解成为CO₂、H₂O或其它有机物质，反应过程中生成的大量O₃、H₂O₂等活性物质会经过空气分散板4分散成气泡，为水体污染物与活性物质提供了充分的接触时间。当反应容器1中的污染物达到处理标准后可以通过微孔过滤膜5分离出来，而溶液中的催化剂被阻留在反应容器1内部，并且在曝气和强搅拌的作用下会重新均匀分布于处理水体中，反应中的高压高频电源8和空气泵3均可调，可以根据出水水质灵活调整，同时也可以根据尾水的出水水质来进行循环多次处理，从而形成了集吸附、等离子体、光催化等一系列的物理化学反应为一体，从而可以有效的对水体中的污染物进行去除，达到净化的目的。

该处理装置具有操作简单、去除污染物效率高、设备投资小、处理成本低、可连续催化、适用范围广、高速、高效、无二次污染等优点，尤其是对难降解的有机污染物及有特殊处理要求的污染物效果较为显著，具有可观的潜在应用前景，有望在今后的水体污染处理工艺中得到广泛的推广和运用。

Claims (9)

1.一种连续式催化等离子体水污染净化装置，其特征在于该装置包括等离子体放电系统、反应容器(1)和设置在反应容器(1)底部的搅拌器(2)，所述的等离子体放电系统包括高频高压电源(8)和分别与高频高压电源(8)的正、负极相连接的中空电极(6)和极性电极(9)，所述中空电极(6)的一端连通空气泵(3)的气体出口端，另一端通过设置在反应容器(1)上的绝缘塞(7)引入反应容器(1)内用于配合设置在反应容器内的极性电极(9)放电并向反应容器内通入气体；所述的反应容器(1)上设有排气进水口(10)和排水口(11)，所述的反应容器(1)内设有空气分散板(4)用于分散反应容器(1)内的气体，所述的反应容器(1)内还设有微孔过滤膜(5)用于将净化处理后的废水过滤后通过排水口(11)排出。

2.根据权利要求1所述的连续式催化等离子体水污染净化装置，其特征在于所述的中空电极(6)为中空针式电极。

3.根据权利要求1所述的连续式催化等离子体水污染净化装置，其特征在于所述的极性电极(9)为针式电极或板式电极。

4.根据权利要求1所述的连续式催化等离子体水污染净化装置，其特征在于所述的空气分散板(4)为多孔性结构，且倾斜设置在反应容器(1)内。

5.根据权利要求4所述的连续式催化等离子体水污染净化装置，其特征在于所述空气分散板(4)在反应容器(1)内的倾斜坡度为30°～60°。

6.根据权利1所述的连续式催化等离子体水污染净化装置，其特征在于所述微孔过滤膜(5)的两端分别通过相应的膜架固定于所述反应容器(1)内的上接触面和下接触面。

7.根据权利1或6所述的连续式催化等离子体水污染净化装置，其特征在于所述微孔过滤膜(5)垂直固定在所述的反应容器(1)内。

8.根据权利要求1所述的连续式催化等离子体水污染净化装置，其特征在于所述反应容器(1)的上部为半球形结构，材质为非导体材质。

9.根据权利要求1所述的连续式催化等离子体水污染净化装置，其特征在于所述的搅拌器(2)为磁力搅拌器。