CN106395995A - 一种放电等离子体净化废水的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种放电等离子体净化废水的方法和装置，属于大气污染控制和环境保护技术领域，该方法的处理过程是把废水通过废水喷淋器导入装置，所述的装置内设置有的正负(或正地)交替的多组电极对，并与高压电源连通，同时所述的装置一端的气体入口导入反应气体，从所述废水喷淋器喷淋出来的废水水滴与所述的电极接触造成正负电极之间瞬间导通放电，使周围气体电离，形成由高能电子、原子和自由基等组成的气液接触放电等离子体区内，废水中的有害物被氧化和降解，达到净化目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种净化废水中有害物的方法及其专用装置，特别涉及从废水中去除COD、有机物、氨氮和色度等污染物，属于废水处理和环境保护技术领域。
背景技术
随着化学工业的迅猛发展，各种人工合成物种类日益繁多，并被广泛使用在化学、制药、半导体和涂装工业等各种生产过程，这些化合物在使用后很多随着废水排出或进入水体。这些化合物很多是挥发性有机物，具有化学结构稳定、不易降解的特点，给环保治理带来很大的困难，且大多有毒，往往具有“三致”(致癌、致畸、致突)特性，给人类的健康造成严重威胁。我国GB3838-2002《地表水环境质量标准》对水中有机物含量有明确的规定；GB8978-1996《污水综合排放标准》对排放的废水中含有的有害物也有明确的规定，含这些有害物的废水需要进行处理达标后才能排入水体。
目前，对这些含有挥发性有害物的废水的处理通常采用生化处理的方式，经厌氧和好氧曝气处理使废水达到排放标准后排放。但是，在这个处理过程中废水中的挥发性有害物，尤其是恶臭气体，如甲苯、甲醛、甲醇、硫化物和胺类等各种有机物和硫化氢、氨等无机物，通过挥发进入大气环境，从而严重影响生态和社会环境，危害人体健康。
非平衡等离子体作为一项新型污染治理技术，已开始在工业过程应用，其基本原理是利用气体放电产生大量高能电子、原子和自由基。这些高能电子、原子和自由基与有害物分子反应并使其氧化或离解，最终转化为无害物。
本发明的目的是设计和提供一种放电等离子体净化废水的方法和装置，从废水中去除COD、有机物、氨氮和色度等有害物，具有净化效率高、能耗低，操作方便的有点特点。
发明内容
本发明采用的技术方案为：一种放电等离子体净化废水的方法，其特征在于把含有害物的废水通过废水喷淋器导入装置，所述的装置内设置有的正负(或正地)交替的多组电极对，并与高压电源连通，同时所述的装置一端的气体入口导入反应气体，从所述废水喷淋器喷淋出来的废水水滴与所述的电极接触造成正负电极之间瞬间导通放电，使周围气体电离，形成由高能电子、原子和自由基等组成的气液接触放电等离子体区内，废水中的有害物被氧化和降解，最终转化为无害物，净化后的废水经所述的装置下部的废水排出口排出，所述的反应气体通过设置在装置另一端的气体出口排出。
根据上述技术方案的一种放电等离子体净化废水的装置，其特征在于所述的装置的结构类似吸收塔，由气体进口、气体分布器、废水进口、废水喷淋器、气液接触放电等离子体区、气体出口和废水排出口组成。所述的气液接触放电等离子体区设置在装置的中间，由正负(或正地)交替的电极对组成，电极由高压电源供电，所述的装置的两端设置有气体进口和气体出口，废水喷淋器设置在所述的装置的上部，装置下部设置有废水排出口。
本发明所述的电极结构一般为对称网状板结构，也可为针-网式，线-网式和线-板式等，可水平放置也可垂直放置，具体可依据装置的结构形状和气、液流动方向设计和确定。电极材料一般为不锈钢、钛和钨等导电良好的金属材料以及相关复合材料，所述复合材料包括不锈钢或钛基二氧化钌(或铱)、二氧化钛、二氧化铅，二氧化锰和二氧化锡等复合电极，这些复合材料同时还具有一定的催化功能，能提高整体降解率约5％以上。以网板电极为例，网孔一般为圆形或多边形，网孔大小应保证气体和/或液体流过，流阻小，单个网孔面积一般应在0.03cm2以上，优选0.2cm2-50cm2，具体可视装置流通截面大小而定，气流正对电极网板流动时，单个网孔面积一般应小于流通截面的1/10，两相邻正负电极距离一般为1mm以上，优选5mm-150mm，电极除放电工作部分外，其他部分作绝缘处理，可采用聚四氟乙烯和陶瓷等绝缘材料。本发明所采用电极的供电方式包括直流、脉冲和交流，其中直流和脉冲供电的电压一般均为±1kV-±200kV，此时负极均为接地极，脉冲供电的脉冲重复频率一般为1Hz以上，优选10Hz-500Hz，频率增加，有害物降解率提高，脉冲重复频率为500Hz以上时，实际效果提高幅度不太，交流供电的电压一般为1kV-200kV，频率一般为1Hz以上，优选10Hz-1000Hz，频率为1000Hz以上时，实际效果提高幅度不太。电极施加电压与电极间距有关，电极间距离越大，施加电压可越高，一般电极距离每增加10mm，电压可增加5kV-10kV，电压高能量释放大，有害物降解效率高，电极对越多，输入功率越大，去除效果越好。
所述废水喷淋器废水的喷淋方式包括微孔滴喷或气流吹喷等形式，效果相当。气流吹喷可以废水喷射真空泵等形式气液后混合导入，水喷射真空泵可参看相关化工手册。通过调节废水喷淋量和喷淋频率来调节放电强度和废水降解效果，一般采用间隔喷淋，间隔喷淋的间隔时间，具体可依据装置的结构尺寸和废水的降解负荷和降解率要求等参数确定，被处理废水在放电等离子体区的停留时间一般为0.2s以上，停留时间越长，降解效果越好。废水导电性差时，可加入少量的如硫酸钠和氯化钠等电解质增加其导电性，也可调整吸收液pH以有利吸收降解产物，如对含氮和含卤素类等物质的废水可调整吸收液pH为碱性，以有利吸收有害物降解产生的酸性气体，所述的反应气体的主要功能是在废水喷淋过程中使吸收液滴与正负电极之间接触导通后放电使气体电离，形成由高能电子、原子和自由基等组成的气液接触放电等离子体区，促进废水的氧化和降解。所述的反应气体一般为空气，也可采用氮气、氧气和氩气等气体的一种或其混合气体，效果大体相当，气体流量没有特殊要求。装置内可以为常压，也可以为正压和负压，效果差别不大，常压容易实现，运行费用相对较低。
本发明的优点是：本发明采用废水喷淋液与装置中的正负电极接触并使之导通放电使气体电离，形成气液接触放电等离子体区，使废水中的有害物被氧化和降解，从而达到废水净化的目的，进一步通过采用催化电极，促进了有害物的降解，提高了能源利用效率。具有去除效率高，操作简单，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明所述的一种放电等离子体净化废水的装置结构示意图，其中：1气体进口；2气体分布器；3气液接触放电等离子体区；4废水进口；5气体出口；6废水喷淋器；7电极组的正极；8电极组的负极；9废水排出口。
图2为本发明所述的一种放电等离子体净化废水的装置网状电极结构示意图，其中：10网状电极接线柱。正负电极结构相同。
图3为本发明所述的一种放电等离子体净化废水的装置的卧式结构示意图(其中上图为正视图，下图为俯视图)，其中：1气体进口；2网状电极组；3气流分布板(气体进出口各一)；4废水喷淋器；5气体出口；6废水排出口；7废水进口；8电极组的正极接线柱；9电极组的负极接线柱。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：本发明所述的一种放电等离子体净化废水的装置如图1所示。装置为圆筒形，筒体材质PP，外形尺寸为Φ150mm×1200mm，立式放置。电极为如图2所述的圆盘形网状电极，电极材料为316L不锈钢，冲压成型，网孔为矩形，电极外形尺寸为Φ140mm×2mm，单孔尺寸为10mm×10mm，电极间距离约15mm，共12组。电极供电方式为交流，交流电压约为6kV，交流频率约为50Hz，电源功率约100W。
处理工艺如下：把反应气体通过气体进口1经气体分布器2导入所述装置的气液接触放电等离子体区，把所述正负交替的网状电极的正极7与交流高压电源一端连通，把所述的网状电极的负极8接交流高压的另一端，把待处理废水由废水进口4导入废水喷淋器6喷淋到气液接触放电等离子体区，使废水水滴与电极接触造成正负电极之间导通放电，使废水中的有害物被氧化和降解，净化后的废水通过废水排出口9排出，反应气体由气体出口5排出。
实验条件为：废水选取有代表性的食品、化工、印染生产工艺、综合污水站废水以及模拟有机物污染的地表水，废水喷淋频率约1次/s，稳定运行15min分钟后测定。反应气体为空气，流量约1m3/h，气体温度为常温。实验结果如下。
实验结果如表1-1到1-5所示：
表1-1某食品加工厂生产工艺废水的处理情况
表1-2某化工医药中间体生产工艺废水的处理情况
表1-3某印染生产工艺废水的处理情况
表1-4某工业园区综合污水站废水的处理情况
表1-5模拟有机物污染的地表水的处理情况(各含一种污染物)
实施例2：电极材料为钛基二氧化钌复合电极，电极间距离约30mm。电极供电方式为脉冲，脉冲电压约为15kV，脉冲频率约50Hz。废水喷淋频率约1.5次/s。其他实验条件同实施例1。实验结果如表2-1到2-2所示。
表2-1某工业园区综合污水站废水的处理情况
表2-2模拟有机物污染的地表水的处理情况(各含一种污染物)
实施例3：本发明所述的一种放电等离子体净化废水的装置如图3所示。装置主体为长方体形，材质PP，主体外形尺寸为200mm×150×450mm，卧式放置。电极为长方形网状电极，电极材料为316L不锈钢，冲压成型，网孔为矩形，外形尺寸为180mm×130×2mm，单孔尺寸为10mm×10mm，电极间距离约10mm，共12组，水平放置。电极供电方式为直流，电压约为4kV，电源功率约为100W。
处理工艺流程如下：把反应气体通过气体进口1经气体分布器3(进口)导入所述装置的气液接触放电等离子体区，把所述正负交替的网状电极的正极8与高压电源连通，把所述的网状电极的负极9接地，把待处理的废水由废水进口7导入废水喷淋器4喷淋到气液接触放电等离子体区，使废水水滴与电极接触造成正负电极之间瞬间导通放电，使废水中的有害物被氧化和降解，净化后的废水通过废水排出口6排出，反应气体由气体出口5排出。其他实验条件同实施例1。
实验结果如表3-1到3-2所示。
表3-1某工业园区综合污水站废水的处理情况
表3-2模拟有机物污染的地表水的处理情况(各含一种污染物)
应该说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，本发明的保护范围不限于此。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中的部分技术特征进行任何等同替换、修改、变化和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种放电等离子体净化废水的方法，其特征在于把废水通过废水喷淋器导入装置，所述的装置内设置有的正负(或正地)交替的多组电极对，并与高压电源连通，同时所述的装置一端的气体入口导入反应气体，从所述废水喷淋器喷淋出来的废水水滴与所述的电极接触造成正负电极之间瞬间导通放电，周围气体被电离，形成由高能电子、原子和自由基等组成的气液接触放电等离子体区，废水中的有害物被氧化和降解，达到净化目的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的电极包括网-网板式、针-网板式和线-网板式，电极材料包括为不锈钢、钛或钨以及相关复合材料，所述的复合材料包括不锈钢或钛基二氧化钌(或铱)、二氧化钛、二氧化铅，二氧化锰和二氧化锡等复合电极。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的网板电极，网孔为圆形或多边形，单个网孔面积在0.03cm2以上，优选0.2cm2-50cm2。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的电极的供电方式包括直流、脉冲和交流，其中直流和脉冲供电的电压一般为±1kV-±200kV，脉冲供电的脉冲重复频率为1Hz以上，交流供电的电压为1kV-200kV，频率为1Hz以上，两相邻正负电极距离为1mm以上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述废水喷淋包括微孔滴喷或气流喷淋。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的反应气体所述为空气，或氮气、氧气和氩气的一种或其混合气体。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的废水中的有害物指标包括COD、有机物、氨氮和色度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的废水在所述的放电等离子体区的停留时间为0.2s以上。
9.根据权利要求1所述的方法的装置，其特征在于所述的装置由气体进口、气体分布器、废水进口、废水喷淋器、气液接触放电等离子体区、气体出口和废水排出口组成，所述的气液接触放电等离子体区设置在装置的中间，由正负(或正地)交替的电极对组成，电极由高压电源供电，所述的装置的两端设置有气体进口和气体出口，废水喷淋器设置在所述的装置的上部，装置下部设置有废水排出口。
10.根据权利要求9所述的方法的装置，其特征在于所述的装置可以立式放置或卧式放置，电极对可以水平放置或垂直放置。
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