CN107311272B - 一种气体放电净化废水的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种气体放电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气体瞬间导通放电，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放电反应区，废水中的有害物被氧化和降解，达到净化目的。

Description

一种气体放电净化废水的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种气体放电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气体放电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：一种气体放电净化废水的方法，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或负地交替的多组电极对，并与高压电源连通，从吸收液喷淋器出来的废水液滴流过所述电极对及其之间的空间时造成正负或正地或负地电极之间的气体瞬间被电离，形成由高能电子、原子和自由基等组成的气液放电反应区，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气体放电净化废水的装置，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、气液放电反应区、气体出口和废水排出口组成。所述的气液放电反应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，废水喷淋器可设置在所述的放电反应区的上部和两侧，也可以设置在所述放电反应区的下部，效果相当，装置的下部设置有废水循环池，所述废水循池通过管道和循环泵与废水喷淋器连通。废水处理后通过装置下部的废水排出口排出，也可循环后进一步处理。

本发明所述的电极对的结构一般为网板-网板结构，也可为针-网板式、针-板式、线-网板式、线-线、线-板式和板-板等多种结构组合，所述针和线等放电电极的结构类似静电除尘器的电晕放电电极，具体可参看相关设计手册，电极对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，不同结构的电极对效果大体相当。所述电极材料一般为不锈钢、钛、锆、钽、铅和合金等导电良好的金属材料以及相关复合材料，材料性能大体相当，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氧化功能，能提高一氧化氮氧化率约5％以上，可根据具体情况选用。废水酸性较强时，也可采用塑料和陶瓷等不导电的材料作为电极材料，此时的电极的导电方式是通过电极表面积存的水溶液导电，其放电方式与金属电极相同，效果大体相当。电极结构以网板电极为例说明，网孔一般为圆形或多边形，可以整体成型或同心圆管或多排圆管等按一定间隔焊接等工艺制备，网孔大小应保证气体和/或液体流过，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，所述电极对的距离一般为2mm以上，优选15mm-150mm，电极除放电区外，其他部分可作绝缘处理，可采用聚四氟乙烯、尼龙和陶瓷等绝缘材料。本发明所采用电极的供电方式包括直流(包括高频直流，效果相当)、脉冲和交流，其中直流和脉冲供电的电压一般为±1kV-±300kV，常用±1kV-±100kV，其中一电极为接地极，另一电极接高压电源，施加正电压和负电压的效果大体相当，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，输入能量增加，有害物的去除率提高，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-300kV，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，电压可增加约5kV-10kV，电压高能量释放大，氧化效率高，电极对越多，输入功率越大，去除效果越好。

本发明所述的一种气体放电净化废水的装置为直筒形，电极为网板电极(也可以是多孔圆盘，或多环圆盘等结构)，冲压成型，网板-网板对称结构，在装置内水平放置。处理工艺是把正负交替的网状电极组的正极与高压电源连接，把网状电极组的负极接地或接电源另一端，把把反应气体通过气体进口导入所述装置的气液放电反应区，把待处理废水由废水进口导入废水喷淋器喷淋到气液放电反应区，使废水水滴与电极对之间的空间气体电离放电，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排出，反应后气体由气体出口排出。

本发明所述的一种气体放电净化废水的装置为长方体形，电极为网状电极(也可以是多孔圆盘，或多环圆盘等结构)，冲压成型，网板-网板结构，电极水平放置。处理工艺是把含有反应气体的气流由气体进口经气体分布器进入所述装置的气液放电反应区，把所述正负交替的网状电极的正极与高压电源连接，把所述的网状电极的负极接地，开动循环泵并调节好流量，使废水喷淋器喷淋的下来的废水液滴通过高压电极对及其空间造成正负电极之间气体放电，废水被氧化、降解和吸收，得到去除，净化后的废水通过废水排出口排出，反应后气体由气体出口排出。

本发明所述的一种气体放电净化废水的装置为长方体形，电极为网状电极(也可以是多孔圆盘，或多环圆盘等结构)，冲压成型，网板-网板结构，电极立式放置。处理工艺是把反应气体由气体进口经气体分布器进入所述装置的气液放电反应区，把所述正负交替的网状电极的正极与高压电源连接，把所述的网状电极的负极接地，开动循环泵并调节好流量，使废水喷淋器喷淋的下来的吸收液滴通过高压电极对及其空间造成正负电极之间气体放电，废水被氧化、降解和吸收，得到去除，净化后的废水通过废水排出口排出，反应后气体由气体出口排出。

本发明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，可通过气动和电磁等控制方式调节吸收液的滴淋和喷淋量和频率来调节放电强度，滴淋或喷淋间隔无特殊要求，优选2次/s-0.2次/s。废水喷淋量与反应气体流量之比大体与喷淋吸收塔液气比相当或小一些，无特殊要求，具体可依据电极结构、液滴大小和喷淋密度、去除率要求等参数而定，优选1L/m³-10L/m³，也可依据试验确定。尽量使电极对之间不形成水流的导电通道，导致能耗增加，具体可依据装置的结构尺寸和废水中有害物的负荷和吸收率要求等参数确定，被处理废水在放电反应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及其混合气体，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：本发明采用废水滴淋或喷淋的液滴通过装置中的电极对之间空间使气体电离放电，形成由高能电子、原子和自由基等组成的气液放电反应区，使被处理的废水中的有害物得到氧化或降解，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。

附图说明

图1为本发明所述的一种气体放电净化废水的装置结构示意图。

图2为本发明所述的一种气体放电净化废水的装置网状电极结构示意图，正负电极结构相同。

图3为本发明所述的一种气体放电净化废水的装置结构示意图，图4为其俯视图。

图5为本发明所述的一种气体放电净化废水的装置结构示意图，图6为其俯视图。

图中：1循环泵；2循环泵进液管；3废水循环池；4加液口；5气体进口；6气体分布器；7循环泵出液管；8废水进口；9气体出口；10废水喷淋器；11电极组的正极；12电极组的负极；13废水排出口；14网状电极接线柱；15废水收集区；16连通管；17废水循环池出液口。

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：本发明所述的一种气体放电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(尺寸单位，下同)，立式放置。电极为如图2所述的圆盘形网状电极14，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Φ140×2，单孔尺寸为10×10，电极间距离约15，共12组。电极供电方式分别为直流电压约为6kV，负极接地，电源功率约为60W。

处理工艺流程是把空气由气体进口(5)经气体分布器(6)进入所述装置的气液放电反应区，把所述正负交替的网状电极对的正极(11)与高压电源连通，负极(12)接地，开动循环水泵(1)并调节好流量使废水喷淋器(10)喷淋下来的废水液滴通过网状电极对区组成气液放电反应区，气体放电，形成气液放电反应区，废水中的有害物被氧化和降解，得到去除。

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1-2m³/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25kV，脉冲频率约50Hz。废水喷淋频率约0.5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：本发明所述的一种气体放电净化废水的装置如图3所示。装置为长方体形，材质PP，主体外形尺寸为200×150×450。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180×130×2，单孔尺寸为10×10，电极间距离约10，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80W。

处理工艺流程是把含30％氧气的氩气由气体进口(5)经气体分布器(6)进入所述装置的气液放电反应区，把所述正负交替的网状电极的正极(11)与高压电源连通，把所述的网状电极的负极(12)接地，开动循环水泵(1)并调节好流量使废水喷淋器(10)喷淋下来的废水液滴通过网状电极对区组成气液放电反应区，气体放电，形成气液放电反应区，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(13)排出，反应气体由气体出口(9)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)

电极供电方式为交流时，交流频率约为50Hz，其他不变，废水中的有害物去除效果约降低10％。

实施例4：本发明所述的一种气体放电净化废水的装置如图5所示。装置为长方体形，材质PP，主体外形尺寸为600×150×450。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180×130×2，单孔尺寸为10×10，电极间距离约40，共12组，立式放置。电极供电方式为直流，电压约为35kV，电源功率约100W。

处理工艺流程是把含由气体进口(5)经气体分布器(6)进入所述装置的气液放电反应区，把所述正负交替的网状电极的正极(11)与高压电源连通，把所述的网状电极的负极(12)接地，开动循环水泵(1)并调节好流量使废水喷淋器(10)喷淋下来的废水液滴通过网状电极对区组成气液放电反应区，气体放电，形成气液放电反应区，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(13)排出，反应气体由气体出口(9)排出。其他实验条件同实施例1。

处理工艺流程是把含空气由气体进口(5)经气体分布器(6)进入所述装置的气液放电反应区，把所述正负交替的网状电极的正极(11)与高压电源连通，把所述的网状电极的负极(12)接地，开动循环水泵(1)并调节好流量使废水喷淋器(10)喷淋下来的废水液滴通过网状电极对区组成气液放电反应区，气体放电，形成气液放电反应区，使废水中的有害物被氧化和降解，净化后的废水从所述装置下部的废水收集区(15)收集后经连通管(16)连通到废水循环水槽(3)经废水循环水槽出液口(17)和循环水泵(1)和进液口(8)循环处理。

其他实验条件同实施例1。

实验结果如表4-1到4-2所示。

表4-1某食品加工厂生产工艺废水的处理情况

表4-2某化工医药中间体生产工艺废水的处理情况

其他条件不变，电极间距离增加到50mm，电压增加到为50kV，电源功率约为120W，废水中有害物的平均去除率提高约15％；电极间距离增加到70mm，电压增加到为80kV，电源功率约为150W，废水中有害物的平均去除率提高约25％；电极间距离增加到约100mm，电压增加到为100kV，电源功率约为180W，废水中有害物的平均去除率提高约35％。

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 (9)

1.一种气体放电净化废水的方法，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或负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液滴通过所述电极对及其之间空间，使电极导通放电，所述电极对之间气体瞬间被电离，形成由高能电子、原子和自由基等组成的气液放电反应区，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对包括网-网、针-网、针-板、线-网、线-线、线-板和板-板组合结构的一种。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的电极为网板，网孔为圆形或多边形，单孔面积在0.03cm²以上。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述电极的供电方式包括直流或高频直流、脉冲和交流，其中直流和脉冲供电电压为±1kV-±300kV，脉冲供电的脉冲频率为1Hz以上，交流供电电压为1kV-300kV，频率为1Hz以上，两相邻正负电极距离为2mm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方式包括滴淋或间隔喷淋。

6.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反应区的停留时间为0.2s以上。

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。

8.一种用于根据权利要求1所述方法的气体放电净化废水的装置，其特征在于该装置由气体进口、气液放电反应区、气体出口、废水喷淋器和废水循环系统组成，所述的气液放电反应区由正负或正地或负地交替的网状电极对组成，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净化后气体出口，所述的装置设置有针对气液放电反应区的废水喷淋器，装置下部设置有废水循环水池通过管道和循环水泵与废水喷淋器连通。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于该装置立式放置或卧式放置，电极对水平放置或垂直放置。

Images