CN105948372A - 基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺及系统 - Google Patents

基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺，包括步骤一：初步处理：采用微滤膜技术结合混凝、吸附法对待处理污水进行初步处理，去除污水中的悬浮颗粒、纤维、细菌；步骤二：高压电脉冲场处理：将微滤后污水经雾化器雾化，雾化后的水雾处于多针板异形电极之间，在电极间施加高压电脉冲，产生高电压脉冲电场，使水雾中有机物质发生降解，实现污水净化。本技术方案不需要外加氧化剂,且反应体系无须辅以高温、高压或外加光源等技术手段，集冲击波、光、电、化学氧化于一体的新型水处理技术，高效且无二次污染。基于上述方法，本发明还公开了一种治理系统。

Description

基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺及系统
技术领域
本发明涉及污水处理和环境治理治理技术领域，特别涉及一种基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺。
背景技术
污水处理是指为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业，交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。
按污水来源分类，污水处理一般分为生产污水处理和生活污水处理。生产污水包括工业污水、农业污水以及医疗污水等，而生活污水就是日常生活产生的污水，是指各种形式的无机物和有机物的复杂混合物，包括：①漂浮和悬浮的大小固体颗粒；②胶状和凝胶状扩散物；③纯溶液。工业污水中含有的有毒有机物质成分复杂多样，其化学结构稳定，降解困难，能够在环境及生物体内中长时间存在和富集，对人类健康造成严重威胁，因此有效降解有毒有机物质是污水治理重点和难点。
目前常用的工业污水治理手段有物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术、低温等离子技术种种，不一而足。面对工业污水中持久性有机污染物种类和含量的增加，这些传统的处理工艺显得力不从心，表现为成本高、操作复杂、降解效率低、能耗高以及治理中易产生二次污染。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺，成本低，能耗低，有机物降解效率高，不产生二次污染；本发明的目的之二是提供一种基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水雾化治理系统；本发明的目的之三是提供一种用于工业污水雾化治理系统的高压电脉冲场处理室。
本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：
该种基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺，包括以下步骤：
步骤一：初步处理：采用微滤膜技术结合混凝、吸附法对待处理污水进行初步处理，去除污水中的悬浮颗粒、纤维、细菌；
步骤二：高压电脉冲场处理：将微滤后污水经雾化器雾化，雾化后的水雾处于多针板异形电极之间，在电极间施加高压电脉冲，产生高电压脉冲电场，在高压脉冲电场作用下，部分带电粒子和电子被加速形成高能粒子或电子，高能粒子或电子将激发有机物质的电离和裂解，使水雾中有机物质发生降解，实现污水净化。
特别地，还包括步骤三：将经过高压电脉冲场处理后得到的液化水进行回收。
特别地，在步骤二中，所述高压电脉冲场处理是在高压电脉冲场处理室中进行，所述高压电脉冲场处理室包括外壳、至少一块多针阳极电极板和对应的至少一块负极接地电极板，所述多针阳极电极板竖直设置于外壳内部，所述负极接地电极板与多针阳极电极板相对设置，所述多针阳极电极板上均匀布置有多根阳极板金属针棒，所述阳极板金属针棒垂直于多针阳极电极板的板面并朝向负极接地电极板，所述多针阳极电极板于高压脉冲电源的正极相连接，所述负极接地电极板与高压脉冲电源的负极相连接并接地。
特别地，所述外壳采用硬质绝缘塑料槽体。
本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：
该种基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水雾化治理系统，包括膜技术微滤装置、雾化器和高压电脉冲场处理室，所述膜技术微滤装置内设置有微滤膜，通过混凝、吸附法对待处理污水进行初步处理后送入高压电脉冲场处理室；
所述雾化器设置在高压电脉冲场处理室的入口通道处，所述高压电脉冲场处理室的内部设置有至少一块多针阳极电极板和至少一块负极接地电极板，所述多针阳极电极板竖直设置于外壳内部，所述负极接地电极板与多针阳极电极板相对设置，所述多针阳极电极板上均匀布置有多根阳极板金属针棒，所述阳极板金属针棒垂直于多针阳极电极板的板面并朝向负极接地电极板，所述多针阳极电极板于高压脉冲电源的正极相连接，所述负极接地电极板与高压脉冲电源的负极相连接并接地。
特别地，所述系统还包括储纳罐，所述储纳罐与高压电脉冲场处理室的出口相连通，用于经高压电脉冲场处理室处理后的雾化水液化回收。
特别地，所述系统还包括双踪示波器。
本发明的目的之三是通过以下技术方案实现的：
该种用于工业污水雾化治理系统的高压电脉冲场处理室，内部设置有至少一块多针阳极电极板和至少一块负极接地电极板，所述多针阳极电极板竖直设置于外壳内部，所述负极接地电极板与多针阳极电极板相对设置，所述多针阳极电极板上均匀布置有多根阳极板金属针棒，所述阳极板金属针棒垂直于多针阳极电极板的板面并朝向负极接地电极板，所述多针阳极电极板于高压脉冲电源的正极相连接，所述负极接地电极板与高压脉冲电源的负极相连接并接地。
特别地，高压电脉冲场处理室的入口通道处设置有雾化器。
特别地，所述高压电脉冲场处理室的外壳采用硬质绝缘塑料槽体。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用微滤膜先进技术进行初步处理，有利于提高污水处理速度和效果，并为污水雾化顺利进行提供保证；
(2)本发明通过采用高压纳秒脉冲电场技术，有利于提高处理效果和降低系统能耗；
(3)本发明采用污水雾化方式，有利于提高活性物质的产生量和产生速度，加大待降解物质和低温等离子活性物质的接触面，提高处理速度和处理效果；
(4)异形多针板电极结构的采用也将有助于增加处理室中电场的强度和覆盖面积，可以采用多组电极阵列式组合，并行运行，可大大提高污水处理效果和速度。
(5)本技术方案不需要外加氧化剂,且反应体系无须辅以高温、高压或外加光源等技术手段，充分利用纳秒脉冲技术，其快速上升沿能有效提高降解效果，同时降低电源系统的功率损耗，提高效率，本发明集冲击波、光、电、化学氧化于一体的新型水处理技术，高效且无二次污染，具有较大的推广应用价值。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为高压电脉冲场处理室的结构示意图，图中，1：多针阳极电极板；2：外壳；3：负极接地电极板；4：阴极板卡槽位；5：高压电极接头；6：阳极板金属针棒；7：示波器探头；8：阴极板卡槽位置；
图3为采用了两块针阳极电极板的高压电脉冲场处理室内部结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示，本发明的基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水雾化治理系统，包括膜技术微滤装置和高压电脉冲场处理室，膜技术微滤装置内设置有微滤膜，通过混凝、吸附法对待处理污水进行初步处理后送入高压电脉冲场处理室；
如图2所示，高压电脉冲场处理室的入口通道处设置有雾化器，本实施例中，高压电脉冲场处理室的内部设置有一块多针阳极电极板1和对应的一块负极接地电极板3，多针阳极电极板1竖直设置于外壳内部，负极接地电极板与多针阳极电极板相对设置，多针阳极电极板上均匀布置有多根阳极板金属针棒6，阳极板金属针棒6垂直于多针阳极电极板1的板面并朝向负极接地电极板，多针阳极电极板于高压脉冲电源正极的高压电极接头5相连接，负极接地电极板与高压脉冲电源的负极相连接并接地。本实施例中，高压电脉冲处理室的外壳2采用硬质绝缘塑料槽体，可以起到良好的绝缘和密封作用。
电极板为多针板结构，电极间距可以根据需要进行调整，电极间施加高压纳秒级电脉冲，电压幅值可在5k～30kv间进行调整。为保证达到较高的处理速度和效果，电场强度应提高到1kv/cm以上，并以不发生火花放电为宜。
需要说明的是，本发明中的多针阳极电极板和负极接地电极板的数量可以根据实际需要进行设置，如图3所示，该种结构采用了两块多针阳极电极板的形式，即将图1中的负极接地电极板移到了阴极板卡槽位4，然后将原阴极板卡槽位置8上增加了一块多针阳极电极板，这样的处理可以提供更强的高压脉冲电场，产生更多的高能粒子或电子来激发有机物质的电离和裂解，适用于更大规模的污水处理场合。
作为进一步的改进，还可以将一整块多针阳极电极板改为多个小块的多针阳极电极板排列而成，如图3中的左右方多针阳极电极板，由8块构成阵列式布局，中间共用地电极，这种方式可以使得脉冲高压电源在不增加容量的情况下并列运行，因为高压电源价格随容量的增加急速上升，远较几个较小容量的电源价格高，这样的结构有利于降低整个系统装置的费用。
作为进一步的改进，系统还包括储纳罐，储纳罐与高压电脉冲场处理室的出口相连通，用于经高压电脉冲场处理室处理后的雾化水液化回收，回收后的水可以用于多种途径。
作为进一步的改进，系统还包括双踪示波器，7为示波器探头，能随时监控高压脉冲的强度和相位关系。
本发明的基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺，包括以下步骤：
步骤一：初步处理：采用微滤膜技术结合混凝、吸附法对待处理污水进行初步处理，去除污水中的悬浮颗粒、纤维、细菌；
步骤二：高压电脉冲场处理：将微滤后污水经雾化器雾化，雾化后的水雾处于多针板异形电极之间，在电极间施加高压电脉冲，产生高电压脉冲电场，在高压脉冲电场作用下，部分带电粒子和电子被加速形成高能粒子或电子，高能粒子或电子将激发有机物质的电离和裂解，使水雾中有机物质发生降解，实现污水净化。
步骤三：将经过高压电脉冲场处理后得到的液化水进行回收。
本发明的技术原理如下：在高压脉冲电场作用下，部分带电粒子和电子被加速形成高能粒子或电子，高能粒子或电子将激发有机物质的电离和裂解，此过程中将发生复杂的物理效应和化学效应，其中产生的紫外线和冲击波属于物理效应，其强度由放电能量决定，而化学效应主要是活性物质的生成，如羟基、臭氧及过氧化氢等。多种因素协同作用使水雾中有机物质发生降解，从而达到污水净化的目的。高压电脉冲产生的电场，有助于提高各种反应的速度，同时降低能量的消耗，此方式不会产生大量的热，有助于提高能量利用率。采用污水雾化后处理方式有利于低温等离子体与待降解有机分子的接触，雾化传质面积加大，可达到最佳的能量利用率。在此种处理方式中全部低温等离子区几乎都包含在水溶液雾化区之中，低温等离子活性物质最浓处也将是处理水雾最密处。异形多针板电极结构的采用也将有助于增加处理室中电场的强度和覆盖面积。可以采用多组电极阵列式组合，并行运行。可大大提高污水处理效果和速度。
本发明经过多次试验，得到的净化水根据国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中的管网水标准，对浑浊度、色度、臭和味、肉眼可见物、余氯、细菌总数、总大肠菌群、耐热大肠菌群、CODMn等指标进行检验，总合格率在96％以上。
最后说明的是，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：
步骤一：初步处理：采用微滤膜技术结合混凝、吸附法对待处理污水进行初步处理，去除污水中的悬浮颗粒、纤维、细菌；
步骤二：高压电脉冲场处理：将微滤后污水经雾化器雾化，雾化后的水雾处于多针板异形电极之间，在电极间施加高压电脉冲，产生高电压脉冲电场，在高压脉冲电场作用下，部分带电粒子和电子被加速形成高能粒子或电子，高能粒子或电子将激发有机物质的电离和裂解，使水雾中有机物质发生降解，实现污水净化。
2.根据权利要求1所述的基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺，其特征在于：还包括步骤三：将经过高压电脉冲场处理后得到的液化水进行回收。
3.根据权利要求1或2所述的基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺，其特征在于：在步骤二中，所述高压电脉冲场处理是在高压电脉冲场处理室中进行，所述高压电脉冲场处理室包括外壳、至少一块多针阳极电极板和对应的至少一块负极接地电极板，所述多针阳极电极板竖直设置于外壳内部，所述负极接地电极板与多针阳极电极板相对设置，所述多针阳极电极板上均匀布置有多根阳极板金属针棒，所述阳极板金属针棒垂直于多针阳极电极板的板面并朝向负极接地电极板，所述多针阳极电极板于高压脉冲电源的正极相连接，所述负极接地电极板与高压脉冲电源的负极相连接并接地。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺，其特征在于：所述外壳采用硬质绝缘塑料槽体。
5.基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水雾化治理系统，其特征在于：包括膜技术微滤装置、雾化器和高压电脉冲场处理室，所述膜技术微滤装置内设置有微滤膜，通过混凝、吸附法对待处理污水进行初步处理后送入高压电脉冲场处理室；
所述雾化器设置在高压电脉冲场处理室的入口通道处，所述高压电脉冲场处理室的内部设置有至少一块多针阳极电极板和至少一块负极接地电极板，所述多针阳极电极板竖直设置于外壳内部，所述负极接地电极板与多针阳极电极板相对设置，所述多针阳极电极板上均匀布置有多根阳极板金属针棒，所述阳极板金属针棒垂直于多针阳极电极板的板面并朝向负极接地电极板，所述多针阳极电极板于高压脉冲电源的正极相连接，所述负极接地电极板与高压脉冲电源的负极相连接并接地。
6.根据权利要求5所述的基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水雾化治理系统，其特征在于：所述系统还包括储纳罐，所述储纳罐与高压电脉冲场处理室的出口相连通，用于经高压电脉冲场处理室处理后的雾化水液化回收。
7.根据权利要求5或6所述的基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水雾化治理系统，其特征在于：所述系统还包括双踪示波器。
8.用于如权利要求5所述的工业污水雾化治理系统的高压电脉冲场处理室，其特征在于：所述高压电脉冲场处理室的内部设置有至少一块多针阳极电极板和至少一块负极接地电极板，所述多针阳极电极板竖直设置于外壳内部，所述负极接地电极板与多针阳极电极板相对设置，所述多针阳极电极板上均匀布置有多根阳极板金属针棒，所述阳极板金属针棒垂直于多针阳极电极板的板面并朝向负极接地电极板，所述多针阳极电极板于高压脉冲电源的正极相连接，所述负极接地电极板与高压脉冲电源的负极相连接并接地。
9.如权利要求8所述的高压电脉冲场处理室，其特征在于：所述高压电脉冲场处理室的入口通道处设置有雾化器。
10.如权利要求8所述的高压电脉冲场处理室，其特征在于：所述高压电脉冲场处理室的外壳采用硬质绝缘塑料槽体。
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