CN105836872B - 可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，公开了一种可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，其特征在于：包括以下步骤：a）向水体中填充气体，得到水体与气体的混合物；b）对上一步骤得到的混合物进行搅拌、剪切，使其中的气泡破碎，减小气泡的直径；c）使上一步骤得到的气泡发生电晕产生臭氧微气泡；d）臭氧微气泡溶于水体中并去除水体中的污染物，在电晕之前先将水气混合物中的气泡破碎使其直径减小，以提高在臭氧化时产生的臭氧微气泡的气液传质效率、水溶性，进而提高了臭氧的消毒效率，更好地改变水质。

Description

可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是一种可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法。

背景技术

水环境的有机污染是一个全球性的问题，对人类的生活环境造成各种影响，污水中的很多有机物不易降解，容易在环境中积累，进而造成水质变坏，发臭和发黑，是造成水污染的最重要污染源，已经严重威胁到人类的健康。现有的污水处理方法主要有物理处理方法，化学处理方法，吸附处理方法，生物处理方法等。

但上述的污水处理方法也存在一些不足，比如物理处理方法，对有机污水和含重金属离子的污水处理的效果就不好，化学处理方法、生物处理方法和吸附处理方法均存在处理面窄，容易造成二次污染的问题。

电晕等离子体活化法对有机污水有明显的降解作用，经处理的有机污水COD指标明显下降，BOD先升后降，不会产生其他有害气体和负面效应，各项指标明显优于其他处理方法，COD是一种常用的评价水体污染程度的综合性指标，它反映了水体受到还原性物质污染的程度，由于有机物是水体中最常见还原性物质，因此COD在一定程度上反映了水体受到有机物污染的程度。 电晕发生在处于电击穿点之前的电气受压状态的气体中的尖端或边缘的高电场区，电晕放电时，使高电场区内的气体电离，产生大量臭氧微气泡，反应过程中会生成一些具有强氧化性的离子和自由基，对有机污水有明显的降解作用。电晕发生时有一活性半径，在活性半径体积内，会发生由电晕引发的等离子体化学过程，这种电晕等离子体活化法对流经阴极板，阳极板间的气水混合物不仅进行高速电子轰击，使其臭氧化，还受到电晕紫外光强烈照射，可有效清除水中有害物质，具有杀菌，除臭和脱色等特点，对有机污水有明显的降解作用，不会产生其他有害气体。

臭氧具有很强的氧化性,在饮水消毒及污水深度处理的消毒工艺中应用越来越受到关注,然而，气液传质效率低,水溶性差成为限制臭氧消毒效率和经济性差的主要原因，而减小臭氧气泡直径，来增加臭氧气泡在水中的比表面积，是提高臭氧传质效率的重要手段，因此，利用微气泡技术提高臭氧传质效率的技术备受关注。微气泡即是指直径小于50µm的气泡，相较于毫米级别的气泡，微气泡具有更高的比表面积和内部压力。气泡内部的压力遵循Young-Laplace方程，会随着气泡直径的缩小而增加，根据亨利法则，一个体积正在收缩的气泡其溶解气体的总量，会随着其内部压力的上升而增加，随着气泡的直径不断收缩压破，不断向水中溶解，直至气泡泯灭，直径小于50µm的气泡，在水中会缓慢的缩小，泯灭在水面以下，而直径较大的气泡会随着快速的上升而体积膨胀，最终在气水界面处泯灭。在此过程中，臭氧微气泡周围激发出大量的自由基，并产生高温高压，把吸附的病菌杀死，臭氧微气泡在水体中可存留数月之久。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以减小臭氧气泡直径从而提高臭氧传质效率、水溶性的可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法。

本发明所采用的技术方案是：

可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，其特征在于：包括以下步骤：a）向水体中填充气体，得到水体与气体的混合物；b）对上一步骤得到的混合物进行搅拌、剪切，使其中的气泡破碎，减小气泡的直径；c）使上一步骤得到的气泡发生电晕产生臭氧微气泡；d）臭氧微气泡溶于水体中并去除水体中的污染物。

进一步地，a)步骤中气体通过气泵向从进水管道进入的水体中填充气体；b)步骤中的搅拌、剪切发生在微气泡发生腔中，微气泡发生腔底部设置有将进水管潜水泵，潜水泵的叶轮对混合物进行搅拌、剪切；c）步骤中的电晕发生在电晕高电场区中，使电晕获得的非平衡等离子体在高电场区内臭氧化，产生大量的臭氧微气泡；进水管道连通微气泡发生腔，电晕高电场区设置在绝缘筒内，微气泡发生腔通过节流管道连通绝缘筒，便于将进水管道内混合后的气体和水体抽送至微气泡发生腔通并将其中的气泡破碎使其直径减小，以提高在臭氧化时产生的臭氧微气泡的气液传质效率、水溶性，进而提高了臭氧的消毒效率，更好地改变水质，所述微气泡发生腔、节流管道、绝缘筒同轴设置，绝缘筒的底部的横截面积大于节流管道的横截面积，能够使绝缘筒与节流管道之间产生压差，在绝缘筒的底部处形成微气泡压力释放池，便于将微气泡高速喷发送至微气泡压力释放池内。

进一步地，绝缘筒的内部中段位置设置有两个阳极板，阴极板设置在两阳极板的中间位置，阴极板和阳极板分别联接电源的负极和正极，阴极板与正极板之间形成两个电晕高压电场区，提高电晕的效率，阴极板和阳极板间产生的电晕获得电子温度很高而离子温度很低的非平衡等离子体，使流经阴极板、阳极板的微气泡在高电场区内臭氧化，产生大量的臭氧微气泡。

进一步地，所述的电源为直流高压电源。

进一步地，气泵通过“文丘里”管向进水管道内填充气体，便于测量其入口截面和最小截面处的气体的压力差，由于它的扩散段使流体逐渐减速，减小了湍流度，所以压头损失小。进一步地，绝缘筒为玻璃钢制成的绝缘筒，其底部为弧形结构，在弧形结构内部形成微气泡压力释放池，该弧形结构底部连通绝缘筒的入口，该入口为倒置的漏斗形状，漏斗的横截面积较大的一端与节流管道连通，使被破碎的微气泡进入微气泡压力释放池且压力逐渐变小。

进一步地，节流管道的直径为1-5mm，使被破碎的微气泡高速喷发进入微气泡压力释放池。

进一步地，进水管道入口处设置有滤网，将污水中粒度较大的杂物过滤掉，以便与气泵中提供的气体充分混合并进行下一步的搅拌和剪切。

进一步地，微气泡发生腔的上段横截面积逐渐减小，逐渐增加微气泡发生腔中水体与气泡的混合物的压力，使其进入节流管道时能够快速形成高水压枪，进而向微气泡压力释放池高速喷射微气泡。

进一步地，阳极板为金属丝网状结构，阴极板为针状结构。

本发明的有益效果是：

（1）在气泡发生电晕之前，先采用潜水泵对其搅拌和剪切，以减小气泡的直径，提高了臭氧微气泡的气液传质效率、水溶性，进而提高了臭氧的消毒效率。

（2）本发明的装置用于去除污水中的颗粒物时，先进行臭氧微气泡预氧化，显著提高了颗粒物的去除效果，降低混凝剂用量，提高流速。

（3）本发明的装置用于河流或湖泊的水底时，臭氧微气泡预氧化时可以快速将水底厌氧层转化为好氧层，可加速使河流、湖泊的水质变清澈，其优势远远超过传统微生物活性污泥法。

（4）本发明的装置用于去除水体中的藻类时，臭氧微气泡预氧化之后，臭氧微气泡的负电性所固有的吸附性和带正电性的澡类抱团浮出水面，有效分离了污水中的水藻。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中标记为：1-潜水泵，2-气泵，3-“文丘里”管，4-微气泡发生腔，5-滤网，6-进水管道，7-潜水泵的叶轮，8-节流管道，9-微气泡压力释放池，10-电晕高电场区，11-阴极板，12-阳极板，13-电源，14-绝缘筒，15-臭氧微气泡，a-绝缘筒的入口，b-微气泡发生腔的出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明的可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，气泵2 经“文丘里”管3向微气泡发生腔4内充气，并与经过滤网5从进水管道6流入的污水混合后，被吸入到潜水泵1内部，在潜水泵叶轮7的高速剪切和搅拌下，被破粹的微气泡溶解于微气泡发生腔4中的高压力的水体中，经节流管道8高速喷发进入微气泡压力释放池9，从微气泡压力释放池9高速喷发出的大量微气泡进入电晕高压电场区10内，被电离成臭氧微气泡15后，从臭氧微气泡发生腔4内高速喷发进入水体，逐渐溶解泯灭在水面以下，随着臭氧微气泡发生腔在水体中不断游动，如此重复不停的向水体中高速喷发臭氧微气泡15，使水体富含去除污染物的臭氧微气泡，去除其中的悬浮物、藻类、有害菌落、噬菌体等污染物，进而快速改变水质。

下列为本发明的装置对污水处理前后，污水中各污染物的含量对照表：

污染物	污水范围	处理前平均值	处理后平均值	去除率
					悬浮物/（mg/L）	＜30～800	230		＞99.5%
浊度/NTU	＞100	-	＜0.4	＞99.5%
					BOD/(mg/L)	＜30～650	224	＜4.0	＞97.2%
粪便大肠菌群/（10<sup>6</sup>cfu/100mL	0.9～64	10.1	＜0.00002	＞99.9998%
					粪便链球菌/（10<sup>6</sup>cfu/100mL）	0.1～30	1.32	＜0.00001	＞99.9993%
大肠菌噬菌体/(10<sup>6</sup>pfu/100mL)	＜29～6320	811	＜0.19	＞99.98%

Claims (9)

1.可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，其特征在于：包括以下步骤：a）向水体中填充气体，得到水体与气体的混合物；b）对上一步骤得到的混合物进行搅拌、剪切，使其中的气泡破碎，减小气泡的直径；c）使上一步骤得到的气泡发生电晕产生臭氧微气泡；d）臭氧微气泡溶于水体中并去除水体中的污染物；

步骤中气体通过气泵（2）向从进水管道（6）进入的水体中填充气体；

步骤中的搅拌、剪切发生在微气泡发生腔（4）中，微气泡发生腔（4）底部设置有进水管潜水泵（1），潜水泵的叶轮（7）对混合物进行搅拌、剪切；

c）步骤中的电晕发生在电晕高电场区（10）中；进水管道（6）连通微气泡发生腔（4），电晕高电场区（10）设置在绝缘筒（14）内，微气泡发生腔（4）通过节流管道（8）连通绝缘筒（14），所述微气泡发生腔（4）、节流管道（8）、绝缘筒（14）同轴设置，绝缘筒（14）的底部的横截面积大于节流管道（8）的横截面积，能够使绝缘筒（14）与节流管道（8）之间产生压差，在绝缘筒（14）的底部处形成微气泡压力释放池（9）。

2.按照权利要求1所述的可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，其特征在于：绝缘筒（14）的内部中段位置设置有两个阳极板（12），阴极板（11）设置在两阳极板（12）的中间位置，阴极板（11）和阳极板（12）分别联接电源（13）的负极和正极，阴极板（11）与正极板之间形成电晕高电场区（10）。

3.按照权利要求2所述的可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，其特征在于：所述的电源（13）为直流高压电源。

4.按照权利要求1所述的可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，其特征在于：气泵（2）通过“文丘里”管（3）向进水管道（6）内填充气体。

5.按照权利要求1所述的可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，其特征在于：绝缘筒（14）为玻璃钢制成的绝缘筒（14），其底部为弧形结构，在弧形结构内部形成微气泡压力释放池（9），该弧形结构底部连通绝缘筒的入口（a），该入口为倒置的漏斗形状，漏斗的横截面积较大的一端与节流管道（8）连通。

6.按照权利要求1或5所述的可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，其特征在于：节流管道（8）的直径为1-5mm。

7.按照权利要求1或4所述的可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，其特征在于：进水管道（6）入口处设置有滤网（5）。

8.按照权利要求5所述的可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，其特征在于：微气泡发生腔（4）的上段横截面积逐渐减小，微气泡发生腔的出口（b）的横截面积与漏斗的横截面积较大一端的横截面积相等。

9.按照权利要求2所述的可提高水体臭氧微气泡传质效率的电晕等离子体活化法，其特征在于：阳极板（12）为金属丝网状结构，阴极板（11）为针状结构。