CN104370346A - 两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，包括装置支架和安装于装置支架上的反应器；所述反应器采用相互垂直的二级放电电极结构。本发明通过两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置可以连续处理废水，不需要较长的停留时间，污染物去除效果好。在进行废水处理时，不需要添加反应试剂，处理过程简单，容易实现控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，属于环境污染治理技术领域。
背景技术
水资源污染是当今世界面临的严峻挑战。随着世界经济、科技水平的发展，印染、制药、化工、石油等行业产生的大量难降解有机工业废水造成了严重的环境污染，难降解有机工业废水的综合治理一直是环保领域的一个重要课题。
目前处理废水的方法主要有物理处理法、化学处理法、生物处理法以及联合工艺。物理化学方法处理废水的效果较好，但只是把污染物从一相转移到另一相，产生二次污染。生物处理法对有毒、色度高、可生化性差的废水处理不能达到满意的效果。联合工艺在废水COD去除率方面具有较好的处理效果，但是废水的色度去除率方面常难以达标或不稳定。现有水处理方法消除水中污染物的基本特征是：依靠外加计量反应试剂（如Cl2、ClO2、H2O2、O3等）产生有效活性物种（如自由基等）和污染物反应进行消除，或通过絮凝剂、活性炭等吸附剂、过滤膜等使污染物分离转移，对消除一般性污染物有效且经济，但对高毒性、难降解污染物既缺乏有效性也缺乏经济性。因此，研究开发新型、高效的废水处理技术具有重要的实际意义。
介质阻挡放电具有均匀、漫散和稳定的特点，产生的等离子体所处的电磁场强，等离子体中的活性粒子能量较高，较其他等离子体形式安全性更高、电极寿命更长。介质阻挡放电技术已应用于大型臭氧发生器，为应用于废水处理奠定技术基础，特别是在难降解废水处理方面有着广泛的应用前景，越来越受到研究者的重视。介质阻挡放电形成富集高能电子、离子、自由基以及激发态的原子和分子等高活性粒子的空间，其降解废水的机理是以各种自由基为基础，即利用放电诱发产生多种强氧化性的活性物质（·OH、H2O2、O3 、O·、HO2 +等），与废水中的有机污染物反应，可使难降解有机污染物分子激发、电离或断键，将废水中的复杂大分子污染物转变为简单小分子安全物质，或使废水中的有毒有害物质变成无毒无害物质或低毒低害物质，从而将难生化降解的有机污染物降解去除。同时，DBD等离子体还具有独特的光、热、电等物理性能，可使有机物分子产生多种复杂的物理化学变化，提高废水的可生化性，尤其是印染废水这种可生化但是又不易生化的废水。
尽管国内外对DBD等离子体在废水处理中的应用原理已有较多的讨论，但等离子体废水处理装置的设计只着眼于实验研究，处理量小，很难放大到实际工程中。国内外尚未有利用两级新型介质阻挡放电等离子体处理废水的研究或报道。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置。
本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：一种两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，包括装置支架和安装于装置支架上的反应器；所述反应器采用密封结构，并安装有相互垂直的两级放电电极。
进一步的，所述反应器包括筒体、安装在筒体底部的绝缘底座、安装与筒体顶部的盖板，在盖板上设置有一级高压电极和气体采样口，在绝缘底座上设置有废水入口、处理水出口、一级低压电极，在筒体外圆周面上设置有二级高压电极；在一级高压电极表面设置有绝缘介质层。
更进一步的，所述反应器筒体为同轴内外双层圆柱型筒体，在靠近盖板处的内筒低于外筒而形成开口，液体分布器安装在此开口中。
更进一步的，所述处理水出口管上设置液体取样口。
更进一步的，所述一级高压电极为圆形平板结构，一级高压电极与盖板采用升降式安装，其升降范围是使一级高压电极和内筒内待处理水液面之间为0-15mm，用于调节放电间距；一级低压电极为圆形平板、棒状、针状、球状的一种。
更进一步的，所述二级高压电极为螺旋管形金属丝、金属网或金属带的一种，安装于筒体外中部，位于筒体内的待处理水为二级低压电极。
更进一步的，所述一级高压电极和二级高压电极串联连接电源的高压输出端接线柱，一级低压电极连接电源的低压输出端接线柱，两级共用一台电源。
更进一步的，所述绝缘介质层采用石英玻璃或陶瓷的一种。
更进一步的，所述筒体采用石英玻璃或有机玻璃制成。
进一步的，所述装置支架包括支撑底脚和支撑杆。
本发明的有益效果是：两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置可以连续处理废水，不需要较长的停留时间，污染物去除效果好。在进行废水处理时，不需要添加反应试剂，处理过程简单，容易实现控制。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。
图1 为本发明结构示意图。
图中：1、一级高压电极，2、一级低压电极，3、待处理水，4、二级高压电极，5、气体采样口，6、盖板，7、绝缘介质层，8、液体分布器，9、支撑杆，10、绝缘底座，11、支撑底脚，12、处理水出口，13、废水入口，14、筒体。
具体实施方式
如图1所示的一种两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，包括装置支架和安装于装置支架上的反应器；所述反应器采用密封结构，并安装有相互垂直的两级放电电极。
所述反应器包括筒体14、安装在筒体底部的绝缘底座10、安装与筒体顶部的盖板6，在盖板上设置有一级高压电极1和气体采样口5，在绝缘底座上设置有废水入口13、处理水出口12、一级低压电极2，在筒体外圆周面上设置有二级高压电极4；在一级高压电极1表面设置有绝缘介质层7。
所述反应器筒体14为同轴内外双层圆柱型筒体，在靠近盖板处的内筒低于外筒而形成开口，液体分布器（8）安装在此开口中。
内筒外壁和外筒内壁之间的放电间距可调。
所述一级高压电极1为圆形平板结构，一级高压电极与盖板采用升降式安装，其升降范围是使一级高压电极1和内筒内待处理水3液面之间为0-15mm，用于调节放电间距；一级低压电极2为圆形平板、棒状、针状、球状的一种。
所述二级高压电极4为螺旋管形金属丝、金属网或金属带的一种，安装于筒体14外中部，位于筒体内的待处理水3为二级低压电极。二级高压电极4采用螺旋管形状金属丝、金属网或金属带等结构附在外管外表面上，与外管的外表面紧密接触。
该装置包含两级放电，其中一级高压电极为悬于水面上方一定距离的覆有绝缘层的平板电极，一级低压电极为置于水中的平板电极。第一级放电发生后，两平板电极附近的废水在放电产生的高能电子、臭氧及紫外光的作用下得到一定程度的处理。由于废水的导电性，内管内的废水即可视为第二级等离子体的低压电极，外筒外表面的电极为第二级等离子体的高压电极，等离子体在两管之间的环形空间内形成，从而使内管外表面的废水得到处理。通过污水的连续流动及反应器的套筒结构，巧妙地实现了两级放电与废水连续处理，有效地提高了空间利用率，增大了等离子体与废水的接触面积。
所述一级高压电极1和二级高压电极4串联连接电源的高压输出端接线柱，一级低压电极2连接电源的低压输出端接线柱，两级共用一台电源。
待水面超过液体分布器后，在高压放电电极和低压放电电极之间施加交流电压，在一级高压电极1和一级低压电极2之间以及两管之间的环形空间内产生等离子体，巧妙地实现两级连续放电。废水先经过高压电极1和低压电极2之间的等离子体区域，得到一定程度的处理后，再经过两管之间的环形空间的等离子体区域，得到进一步的深度处理，不仅能够实现废水的连续处理，其巧妙设计也有效地提高了空间利用率，增大了等离子体与废水的接触面积。此外，反应器采用密封结构，使放电过程中产生的活性物质和紫外辐射能够得到充分的利用，提高废水的处理效果。
所述绝缘介质层7采用石英玻璃或陶瓷的一种。
所述筒体14采用石英玻璃或有机玻璃制成。
所述装置支架包括支撑底脚11和支撑杆9；所述处理水出口12管上设置液体取样口。
实施例1
废水品种：亚甲基蓝废水
处理方法：配置100mg/L的亚甲基蓝废水，电导率为17.82μs/cm，pH为5.60，以150mL/min的流速进入等离子体反应器中，调节电压为100V，电流为1.75A。
处理结果：
原溶液，COD=103.488mg/L，吸光度A=2.667。
反应2.5h后，COD=19.712 mg/L，吸光度A=0.059。
COD降解率为80.95%，脱色率为97.79%。
实施例2
废水品种：铬黑T
处理方法：配置75mg/L的铬黑T废水，电导率为47.30μs/cm，pH为5.30，以150mL/min的流速进入等离子体反应器中，调节电压为90V，电流为1.85A。
处理结果：
原溶液，COD=108.664mg/L，吸光度A=0.164。
反应0.5h后，COD=102.272 mg/L，吸光度A=0。
COD降解率为6%，脱色率为100%。
反应4h后，COD=60.085 mg/L，吸光度A=0。
COD降解率为44%，脱色率为100%。
实施例3
废水品种：酸性橙Ⅱ废水
处理方法：配置200mg/L的酸性橙Ⅱ废水，电导率为35.30μs/cm，pH为6.40，以150mL/min的流速进入等离子体反应器中，调节电压为90V，电流为1.10A。
处理结果：
原溶液，COD=177.480mg/L，吸光度A=1.463。
反应5h后，COD=126.000 mg/L，吸光度A=0.020。
COD降解率为29.01%，脱色率为98.63%。
通过内外套筒的精巧设计，实现两级放电，以获取尽可能大的空间利用率及等离子体与废水的接触面积，并解决连续流动废水的处理。不需要较长的停留时间，污染物去除效果好。在进行废水处理时，不需要添加反应试剂，处理过程简单，容易实现控制。
上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，包括装置支架和安装于装置支架上的反应器；其特征在于：所述反应器采用密封结构，并安装有相互垂直的两级放电电极。
2.根据权利要求1所述的两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，其特征在于：所述反应器包括筒体（14）、安装在筒体底部的绝缘底座（10）、安装于筒体顶部的盖板（6），在盖板上设置有一级高压电极（1）和气体采样口（5），在绝缘底座上设置有废水入口（13）、处理水出口（12）、一级低压电极（2），在筒体外圆周周面上设置有二级高压电极（4），位于筒体内的待处理水（3）为二级低压电极；在一级高压电极（1）表面设置有绝缘介质层（7）。
3.根据权利要求2所述的两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，其特征在于：所述反应器筒体（14）为同轴内外双层圆柱型筒体，在靠近盖板处的内筒低于外筒而形成开口，液体分布器（8）安装在此开口中。
4.根据权利要求2所述的两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，其特征在于：所述一级高压电极（1）为圆形平板结构，一级高压电极与盖板采用升降式安装，其升降范围是使一级高压电极（1）和待处理水（3）液面之间为0-15mm，用于调节放电间距；一级低压电极（2）为圆形平板、棒状、针状、球状的一种。
5.根据权利要求2所述的两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，其特征在于：所述二级高压电极（4）为螺旋管形金属丝、金属网或金属带的一种，安装于筒体（14）外中部。
6.根据权利要求2所述的两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，其特征在于：所述一级高压电极（1）和二级高压电极（4）串联连接电源的高压输出端接线柱，一级低压电极（2）连接电源的低压输出端接线柱，两级共用一台电源。
7.根据权利要求2所述的两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，其特征在于：所述处理水出口（12）管上设置液体取样口。
8.根据权利要求2所述的两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，其特征在于：所述绝缘介质层（7）采用石英玻璃或陶瓷的一种。
9.根据权利要求2所述的两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，其特征在于：所述筒体（14）采用石英玻璃或有机玻璃制成。
10.根据权利要求1所述的两级新型介质阻挡放电等离子体废水处理装置，其特征在于：所述装置支架包括支撑底脚（11）和支撑杆（9）。
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