CN107673445B - 一种文式喉管放电等离子体处理废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种文式喉管放电等离子体处理废水的方法，其将待处理的废水通入文丘里管处理装置中，同时通过文丘里管处理装置上的进气管通入空气或氧气，在文丘里管处理装置的喉管处，使用低电压进行电晕放电或介质阻挡放电使气体电离，在液相中产生富含活性自由基和O3的低温等离子体，低温等离子体与文丘里管处理装置喉管处设置的环状接地电极上的催化涂层发生作用，增大反应体系自由基浓度，同时结合放电过程中产生的紫外线、空化流、冲击波，快速降解污染物；该方法可灵活应用于废水处理，低温等离子体与高毒污染物发生原位反应，适用范围广，无二次污染，并且该装置占地面积小、处理流程短、能耗低，可快速有效处理废水。

Description

一种文式喉管放电等离子体处理废水的方法
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及一种文式喉管放电等离子体处理废水的方法。
背景技术
等离子体水处理技术主要通过放电产生大量活性自由基、氧原子、臭氧等强氧化性物质与废水中的有机物反应，实现有机物的破环、断链，从而有效的处理难降解废水。等离子体水处理技术对处理对象无选择性，且处理时间短效率高，因而该技术成为近年来研究的热点。
但该技术目前还存在以下问题：(1)对电源要求高，通常需要上万伏高压电源，废水处理能量利用率较低；(2)低温等离子体产生后未与污染物直接反应，低温等离子体向液相传质效率低，自由基不能被充分利用，影响水处理效果。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种低电压、高效应用低温等离子体、深层次氧化高毒难降解有机物的方法，即一种文式喉管放电等离子体处理废水的方法。
本发明是将待处理的废水通入文丘里管处理装置中，同时通过文丘里管处理装置上的进气管通入空气或氧气，在文丘里管处理装置的喉管处，使用低电压进行电晕放电或介质阻挡放电使气体电离，在液相中产生富含活性自由基和O3的低温等离子体，其中气体流量为1～3m3/h，液体流量为2～5m3/h，低电压为0.5～5kV；低温等离子体与文丘里管处理装置喉管处设置的环状接地电极上的催化涂层发生作用，增大反应体系自由基浓度，同时结合放电过程中产生的紫外线、空化流、冲击波，快速降解污染物。
所述文丘里管处理装置为一个文丘里管或由2个以上的文丘里管串联而成，进气管设置在起始(第一个)文丘里管的喉管上，每个文丘里管喉管内设置有环状接地电极和放电电极，放电电极设置在环状接地电极内，放电电极与电源连接，环状接地电极与放电电极不接触。
所述采用电晕放电产生低温等离子体时，起始(第一个)文丘里管的喉管处设置的放电电极为中空棒状电极，中空棒状电极上开有曝气孔，中空棒状电极外表面设置有针电极，中空棒状电极与进气管连通；其余文丘里管的喉管处设置的放电电极为棒状电极，棒状电极外表面设置有针电极。
所述采用介质阻挡放电产生低温等离子体时，放电电极为棒状电极，放电电极表面覆盖一层绝缘介质层，进气管位于喉管入口处。
所述多级文丘里管处理装置进口压力100～400kPa，出口压力50～200kPa。
所述文丘里管进口直径40～80mm，喉管直径10～20mm，喉管长度50～100mm。
所述中空棒状电极与喉管等长，中空棒状电极直径为3～8mm；曝气孔直径0.5～1mm；针电极长度为2～4mm。
所述棒状电极与喉管等长，棒状电极直径为3～8mm；绝缘介质层厚度为1～3mm，绝缘材料为陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙烯或有机玻璃。
所述环状接地电极内侧覆盖的催化涂层厚度为0.2～0.5mm，催化涂层材料为TiO2、MnO2、Al2O3、CuO、Fe2O3或ZnO。
所述文丘里管道采用绝缘材料。
本发明的有益效果在于：
(1)采用文式喉管放电方式产生低温等离子体处理废水，具有设备简单、占地面积小、流程短、能耗低的特点。
(2)低温等离子体在液相产生，可与高毒污染物发生原位反应，提高自由基利用率。
(3)催化涂层与低温等离子体发生作用，形成气液固三相反应，增大自由基产量，高毒污染物降解效率提高。
(4)本方法既可用于废水预处理，提高废水可生化性，也可用于废水深度处理，去除难降解污染物及灭活有害微生物，设备安装灵活、适用范围广且无二次污染。
附图说明
图1为本发明电晕放电一级处理装置结构示意图；
图2为中空棒状电极结构示意图；
图3为本发明电晕放电二级处理装置结构示意图；
图4为本发明介质阻挡放电二级处理装置结构示意图；
图中：1-中空棒状电极；2-针电极；3-曝气孔；4-环状接地电极；5-绝缘保护套；6-进气管；7-电源；8-棒状电极；9-绝缘介质层；10-文丘里管。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本实施例采用电晕放电方式产生低温等离子体对污水处理厂二级出水进行一级深度处理，具体内容如下：
如图1、2所示，将待处理的污水通入文丘里管处理装置中，同时通过文丘里管处理装置上的进气管通入空气，在文丘里管处理装置的喉管处，使用0.5kV低电压进行电晕放电放电使气体电离，在液相中产生富含活性自由基和O3的低温等离子体，其中气体流量为1m3/h，液体流量为4m3/h；低温等离子体与文丘里管处理装置喉管处设置的环状接地电极上的MnO2催化涂层发生作用，提高O3氧化性能，增大反应体系自由基浓度，同时结合放电过程中产生的紫外线、空化流、冲击波，快速降解污水中的微污染物质。
其中文丘里管处理装置为一个文丘里管10，进气管6设置在文丘里管的喉管中部，文丘里管喉管内壁上设置有环状接地电极4，中空棒状电极1设置在喉管内且位于环状接地电极4内，环状接地电极与中空棒状电极不接触；中空棒状电极1上开有曝气孔3，中空棒状电极外表面设置有针电极2，中空棒状电极1与进气管连通；中空棒状电极1与电源7连接且连接处有绝缘保护套5；文丘里管采用绝缘材料；文丘里管进口压力300kPa，出口压力150kPa；文丘里管进口直径80mm，喉管直径20mm，喉管长度50mm；中空棒状电极1与喉管等长，中空棒状电极直径为8mm，曝气孔直径1mm；针电极长度为4mm；环状接地电极内侧覆盖催化涂层，催化涂层厚度为0.5mm，催化涂层采用MnO2材料。
污水处理厂二级出水水质：COD 50～75mg/L，BOD5 15～25mg/L，NH3-N 10～25mg/L，流经文式喉管放电等离子体装置处理后，COD 20～30mg/L，BOD5 4～8mg/L，NH3-N 1～5mg/L，出水水质稳定，可回用作市政用水、工业冷却水等。
实施例2：本实施例采用电晕放电方式产生低温等离子体对焦化废水进行二级预处理，具体内容如下：
如图2、3所示，将待处理的焦化废水通入文丘里管处理装置中，同时通过文丘里管处理装置上的进气管通入氧气，在文丘里管处理装置的喉管处，使用4kV的电压使氧气电离，在焦化废水中产生富含·OH、·HO2、·O等活性自由基和O3的低温等离子体；其中氧气流量为2.5m3/h，焦化废水流量为3m3/h；低温等离子体与焦化废水中的杂环化合物、挥发酚、氰化物等难降解物质快速反应；同时低温等离子体与文丘里管处理装置喉管处设置的环状接地电极上的催化涂层CuO发生作用，CuO可增大溶解态O3含量，催化O3产生更多的自由基，同时结合放电过程中产生的紫外线、空化流、冲击波等，使难降解物质发生开环、断链，生成易生物降解的小分子物质，提高废水可生化性。文丘里管处理装置由2个文丘里管串联而成，在第一个文丘里管的喉管处设置进气管6，第一个文丘里管的喉管内壁上设置有环状接地电极4，中空棒状电极1设置在喉管内且位于环状接地电极4内，环状接地电极与中空棒状电极不接触；中空棒状电极1上开有曝气孔3，中空棒状电极外表面设置有针电极2，中空棒状电极1与进气管6连通；中空棒状电极1与电源7连接且连接处有绝缘保护套；文丘里管采用绝缘材料；文丘里管道进口压力250kPa，出口压力100kPa；文丘里管道进口直径50mm，喉管直径15mm，喉管长度50mm；中空棒状电极与喉管等长，中空棒状电极直径为5mm，曝气孔直径0.5mm，针电极长度为3mm；环状接地电极内侧覆盖催化涂层，催化涂层厚度为0.4mm，催化涂层采用CuO材料。
在第二个文丘里管的喉管内壁上设置有环状接地电极，环状接地电极内设置棒状电极8，棒状电极外表面设置有针电极，棒状电极与电源7连接且连接处有绝缘保护套；焦化废水在第一个文丘里管中处理后，出水直接进入第二个文丘里管进行二次处理，第二个文丘里管处理条件和装置参数同第一个文丘里管。
焦化废水原液水质：COD 3500～4000mg/L，B/C 0.18～0.23，流经文式喉管放电装置进行二级处理后，COD 2800～3200mg/L，B/C 0.31～0.38，废水可生化性得到提高，后续可进行生物处理。
实施例3：本实施例采用介质阻挡放电方式产生低温等离子体对制药废水生化尾水进行二级深度处理，具体内容如下：
如图4所示，将待处理的生化尾水通入文丘里管处理装置中，同时通过文丘里管处理装置上的进气管通入氧气，在文丘里管处理装置的喉管处，使用0.8kV的电压使氧气电离，在制药废水生化尾水中产生富含·OH、·HO2、·O等活性自由基和O3的低温等离子体；其中空气流量为1m3/h，制药废水生化尾水流量为2m3/h；低温等离子体与制药废水生化尾水中有毒有害污染物发生反应；同时低温等离子体与文丘里管处理装置喉管处设置的环状接地电极上的TiO2发生作用，TiO2催化涂层表面不但可以吸附有机物，还可直接与O3发生氧化还原反应，促进O3分解，生成的氧化态物质和自由基直接氧化有机物，同时结合放电过程中产生的紫外线、空化流、冲击波等，使难生物降解物质最终被氧化为CO2和H2O。
本方法中文丘里管处理装置由2个文丘里管串联而成，在第一个文丘里管的喉管入口处设置进气管6，每个文丘里管的喉管内壁上设置有环状接地电极4，棒状电极8设置在环状接地电极4内，环状接地电极与棒状电极不接触；棒状电极表面覆盖一层绝缘介质层9，棒状电极8与电源7连接且连接处有绝缘保护套5；文丘里管采用绝缘材料；文丘里管进口压力200kPa，出口压力50kPa；文丘里管进口直径45mm，喉管直径12.5mm，喉管长度100mm；棒状电极与喉管等长，棒状电极直径为3mm，绝缘介质材料采用聚四氟乙烯材料，厚度为1mm；环状接地电极内侧覆盖催化涂层，催化涂层厚度为0.5mm，催化涂层采用TiO2材料；制药废水生化尾水在第一个文丘里管中处理后，出水直接进入第二个文丘里管进行二次处理，第二个文丘里管处理条件和装置参数同第一个文丘里管。
制药废水生化尾水水质：COD120～135mg/L，TOC 64～70mg/L，B/C 0.2～0.24，流经文式喉管放电装置进行二级深度处理后，COD40～50mg/L，TOC 35～40mg/L，B/C 0.37～0.41，废水可生化性得到提高，生物毒性降低。
以上描述了本发明的基本原理。凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种文式喉管放电等离子体处理废水的方法，其特征在于：将待处理的废水通入文丘里管处理装置中，同时通过文丘里管处理装置上的进气管通入空气或氧气，在文丘里管处理装置的喉管处，使用低电压进行电晕放电或介质阻挡放电使气体电离，在液相中产生富含活性自由基和O3的低温等离子体，其中气体流量为1～3m3/h，液体流量为2～5m3/h，低电压为0.5～5kV；低温等离子体与文丘里管处理装置喉管处设置的环状接地电极上的催化涂层发生作用，增大反应体系自由基浓度，同时结合放电过程中产生的紫外线、空化流、冲击波，快速降解污染物；
所述文丘里管处理装置为一个文丘里管或由2个以上的文丘里管串联而成，进气管设置在起始文丘里管的喉管上，每个文丘里管喉管内设置有环状接地电极和放电电极，放电电极设置在环状接地电极内，放电电极与电源连接，环状接地电极与放电电极不接触；
采用电晕放电产生低温等离子体时，起始文丘里管的喉管处设置的放电电极为中空棒状电极，中空棒状电极上开有曝气孔，中空棒状电极外表面设置有针电极，中空棒状电极与进气管连通；其余文丘里管的喉管处设置的放电电极为棒状电极，棒状电极外表面设置有针电极；
采用介质阻挡放电产生低温等离子体时，放电电极为棒状电极，棒状电极表面覆盖一层绝缘介质层，进气管位于喉管入口处。
2.根据利要求1所述的文式喉管放电等离子体处理废水的方法，其特征在于：文丘里管处理装置进口压力100～400kPa，出口压力50～200kPa。
3.根据利要求1所述的文式喉管放电等离子体处理废水的方法，其特征在于：文丘里管进口直径40～80mm，喉管直径10～20mm，喉管长度50～100mm。
4.根据利要求1所述的文式喉管放电等离子体处理废水的方法，其特征在于：中空棒状电极与喉管等长，中空棒状电极直径为3～8mm；曝气孔直径0.5～1mm；针电极长度为2～4mm。
5.根据利要求1所述的文式喉管放电等离子体处理废水的方法，其特征在于：棒状电极与喉管等长，棒状电极直径为3～8mm；绝缘介质层厚度为1～3mm，绝缘材料为陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙烯或有机玻璃。
6.根据利要求1所述的文式喉管放电等离子体处理废水的方法，其特征在于：环状接地电极内侧覆盖的催化涂层厚度为0.2～0.5mm，催化涂层材料为TiO2、MnO2、Al2O3、CuO、Fe2O3或ZnO。
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