CN108675388A - 一种难降解废水的净化装置及净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种难降解废水的净化装置及净化方法。净化装置包括等离子体反应器、配水系统和出水管道；等离子体反应器包括至少一个等离子体反应单元，每个等离子体反应单元包括高压电极、等离子体放电板和接地板。等离子体放电板和接地板分别设置在等离子体反应器相对的两侧且面平行布置。配水系统为涌流式和喷淋式设置在接地板一侧。等离子体放电板包括若干个轴向平行设置的列管，列管选用套管式结构。若干个等离子体反应单元呈面平行均匀设置。废水在接地板上形成水膜。相邻等离子体放电板和接地板之间形成介质阻挡放电，激发产生非平衡态等离子体，降解污染物。本发明具有结构简单、可以模块化组装、操作方便、净化效率高、无二次污染等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种难降解废水的净化装置及净化方法，尤其涉及一种基于非平衡态等离子体技术采用介质阻挡放电方式难降解废水的净化装置，属于污水处理技术领域。
背景技术
随着我国经济水平快速发展，煤化工、石化、印染等行业产生的大量难降解废水严重污染区域生态环境，危害人体健康和人类生存空间，难降解废水的安全、高效处理受到社会各界广泛关注与重视。
针对废水中含有高浓度难降解有机物，常规污水处理技术难以对其进行有效净化，非平衡态等离子体技术在常温常压条件下即可产生大量高能电子、羟基自由基、臭氧等具有强氧化性的活性粒子，与废水中污染物分子反应降解生成CO2、H2O等其他无毒或低毒性小分子物质，该技术具有净化效率高、运行管理方便、能耗低等诸多优点被广泛应用在污水处理领域。
现有污水净化的等离子体反应器存在电极易腐蚀、使用寿命短、处理效率低等问题，处理后的污水中残留部分未能彻底分解的污染物，甚至产生恶臭异味气体，对环境造成二次污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种难降解废水的净化装置及净化方法，经过对等离子体反应器关键结构的优化改进，具有结构简单、可以模块化组装、操作方便、降解效率高、能耗低、使用寿命长、无二次污染等优点。
本发明是通过如下技术方案实现的。
一种难降解废水的净化装置，所述装置包括等离子体反应器、配水系统和出水管道；所述等离子体反应器包括至少一个等离子体反应单元，所述等离子体反应单元包括高压电极、与高压电极相连的等离子体放电板和接地板；所述等离子体放电板和所述接地板分别设置在所述等离子体反应器相对的两侧且呈面平行布置；所述配水系统设置在所述接地板一侧；所述配水系统包括进水管和进水廊道，所述进水廊道与所述等离子体反应器通过所述接地板顶部连通；所述出水管道设置在所述等离子体反应器下部。
上述技术方案中，所述等离子体反应单元设置两个以上，所述两个以上等离子体反应单元呈面平行均匀设置在所述等离子体反应器内，且位于最外侧的等离子体放电板和所述接地板分别设置在所述等离子体反应器相对的两侧；所述配水系统的进水廊道设置为并联布置的进水子廊道，所述进水子廊道与所述等离子体反应单元一一对应，且所述进水子廊道配置在所述每个等离子体反应单元的接地板侧。
上述技术方案中，所述等离子体放电板包括若干个轴向平行设置的列管。
上述技术方案中，所述列管选用套管式结构，其内部为金属材质电极管且外部为石英管。
上述技术方案中，所述若干个列管在所述等离子体放电板平面内水平或竖直均匀布置。
上述技术方案中，所述出水管道在等离子体反应器内靠近其下部设置若干个汇水口，所述汇水口设置在每一个相邻的等离子体放电板和接地板之间。
当等离子体反应单元设置一个时，一种难降解废水的净化方法包括：
将含有难降解有机污染物的废水通入配水系统，使废水通过进水廊道或进水子廊道上涌，通过溢流从接地板进入等离子体反应器，并在接地板的内壁面形成水帘；
启动高压电极，使等离子体反应单元内的等离子体放电板和接地板之间形成介质阻挡放电，激发气体和/或液体介质产生非平衡态等离子体，形成包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，与难降解有机污染物反应，使废水得到净化；
净化后的废水从出水管道汇集排出净化装置。
当等离子体反应单元设置两个以上时，一种难降解废水的净化方法包括：
将含有难降解有机污染物的废水通入配水系统，使废水通过进水廊道或进水子廊道上涌，通过溢流从接地板进入等离子体反应器，并在接地板的内壁面形成水帘；
启动高压电极，使每个等离子体反应单元内的等离子体放电板和接地板之间形成介质阻挡放电，激发气体和/或液体介质产生非平衡态等离子体，形成包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，与难降解有机污染物反应，使废水得到净化；
相邻的等离子体反应单元之间的等离子体放电板与接地板之间也形成介质阻挡放电，激发气体或液体介质产生非平衡态等离子体，进一步形成包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，使难降解有机污染物得到高效净化；
净化后的废水从出水管道汇集排出净化装置。
一种难降解废水的净化装置，所述装置包括等离子体反应器、配水系统和出水管道；所述等离子体反应器包括至少一个等离子体反应单元，所述等离子体反应单元包括高压电极、与高压电极相连的等离子体放电板和接地板；所述等离子体放电板和所述接地板分别设置在所述等离子体反应器相对的两侧且呈面平行布置；所述配水系统设置在所述接地板一侧；所述配水系统包括进水管和喷头组，喷头组包括若干个喷雾头，所述若干个喷雾头设置在所述接地板顶部，且沿所述接地板长度方向均匀设置；所述出水管道设置在所述等离子体反应器下部。
上述技术方案中，所述等离子体反应单元设置两个以上，所述两个以上等离子体反应单元呈面平行均匀设置在所述等离子体反应器内，且位于最外侧的等离子体放电板和所述接地板分别设置在所述等离子体反应器相对的两侧；所述配水系统的喷头组设置为并联布置的若干组，且与所述等离子体反应单元一一对应，所述每组喷头组包括若干个喷雾头，所述若干个喷雾头设置在所述每个等离子体反应单元的接地板顶部，且沿所述接地板长度方向均匀设置。
上述技术方案中，所述等离子体放电板包括若干个轴向平行设置的列管。
上述技术方案中，所述列管选用套管式结构，其内部为金属材质电极管且外部为石英管。
上述技术方案中，所述若干个列管在所述等离子体放电板平面内水平或竖直均匀布置。
上述技术方案中，喷雾头倾斜朝向所述接地板内壁面设置；所述喷雾头倾斜角为5~35°。
上述技术方案中，喷雾头倾斜朝向所述接地板内壁面设置；所述喷雾头倾斜角为5~35°。
上述技术方案中，所述出水管道在等离子体反应器内靠近其下部设置若干个汇水口，所述汇水口设置在每一个相邻的等离子体放电板和接地板之间。
当等离子体反应单元设置一个时，一种难降解废水的净化方法包括：
将含有难降解有机污染物的废水通入配水系统，使废水进入喷头组通过喷雾头喷洒到接地板内壁面，并在接地板的内壁面形成水膜；
启动高压电极，使等离子体反应单元内的等离子体放电板和接地板之间形成介质阻挡放电，激发气体和/或液体介质产生非平衡态等离子体，形成包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，与难降解有机污染物反应，使废水得到净化；
净化后的废水从出水管道汇集排出净化装置。
当等离子体反应单元设置两个以上时，一种难降解废水的净化方法包括：
远离等离子体反应器壁面的接地板视为中间接地板，调节等离子体反应器中间接地板上的喷头组的角度，按照废水通过喷雾头喷洒到中间接地板能够在中间接地板的两侧壁面形成水膜来设置；
将含有难降解有机污染物的废水通入配水系统，使废水进入若干个喷头组通过喷雾头喷洒到每一个等离子体反应单元的接地板，并在接地板的内壁面和/或两侧壁面形成水膜；
启动高压电极，使每一个等离子体反应单元内的等离子体放电板和接地板之间形成介质阻挡放电，激发气体和/或液体介质产生非平衡态等离子体，形成包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，与难降解有机污染物反应，使废水得到净化；
相邻的两个等离子体反应单元之间的等离子体放电板与接地板之间也形成介质阻挡放电，在位于等离子体反应器中间的接地板两侧都激发气体或液体介质产生非平衡态等离子体，形成包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，使难降解有机污染物得到高效净化；
净化后的废水从出水管道汇集排出净化装置。
本发明具有以下突出优点及效果：装置结构简单，可以模块化组装，占地面积小，即停即用，具有操作方便，运行稳定，接触面积大，流速快，处理效率高，能耗低，无二次污染等优点。
附图说明
图1是本发明所涉及的其中一种配水实施方式的难降解废水的净化装置示意图。
图2是图1所示配水实施方式的两个等离子体反应单元布置示意图。
图3是本发明所涉及的另一种配水实施方式的难降解废水的净化装置示意图。
图4是图3所示配水实施方式的两个等离子体反应单元布置示意图。
图中：1―等离子体反应器；2―高压电极；3―配水系统：4―等离子体放电板；5―接地板；6―列管；7―出水管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
本发明所提供的一种难降解废水的净化装置，主体是基于非平衡态等离子技术在水处理领域应用的等离子反应器。
如图1至图4所示，一种难降解废水的净化装置，包括等离子体反应器1、配水系统3和出水管道7。等离子体反应器1包括至少一个等离子体反应单元，每一个等离子体反应单元均包括高压电极2、与高压电极2相连的等离子体放电板4和接地板5。
等离子体放电板4和接地板5分别设置在等离子体反应器1相对的两侧且面平行布置，如前后或者左右两侧。等离子体放电板4和接地板5均呈竖直立面布置。等离子体放电板4优选紧靠等离子体反应器1的一侧壁面布置。而接地板5则与等离子体反应器1相对侧的壁面间留有水流通道。
等离子体放电板4包括若干个轴向平行的列管6。列管6选用套管式结构，其内部为金属材质电极管且外部为石英管。这些列管6在等离子体放电板4平面内水平或竖直均匀布置。等离子体放电板4通过列管6的电极管与高压电极2连接，在等离子体放电板4和接地板5之间形成介质阻挡发电。
配水系统3设置在接地板5一侧。出水管道7设置在等离子体反应器1下部的侧面。
配水系统3至少包括两种实施方式。
如图1和图2所示，其中图1是一个等离子体反应单元的实施例，而图2是两个等离子体反应单元的实施例。本领域一般技术人员能够理解两个以上等离子体反应单元可以均匀设置在等离子体反应器中。配水系统3包括进水管和进水廊道，进水廊道以接地板5为一侧壁面，设置在接地板5远离等离子体放电板4的另一侧。进水廊道与等离子体反应器1等高且通过接地板5顶部与等离子体反应器1连通。废水通过进水管进入进水廊道，然后逐渐上涌，通过接地板5溢流进入等离子体反应器1，在此过程中在接地板5表面形成水膜或者水帘。当等离子体放电板4和接地板5之间形成介质阻挡发电时，水膜或水帘以及等离子体反应器1内的空气被激发产生等离子体，大量的高能电子、羟基自由基、臭氧等具有强氧化性的活性粒子与废水中污染物分子反应，从而达到降解有机污染物净化废水的功效。此时由于废水从接地板5的外侧进入，因此出水管道7可以设置在等离子体反应器1内靠近接地板5的另一侧壁面下部。当等离子体反应单元设置若干个时，配水系统3的进水廊道设置为并联布置的进水子廊道，进水子廊道与等离子体反应单元一一对应，且进水子廊道配置在每个等离子体反应单元的接地板侧。相应的，出水管道7在等离子体反应器1内靠近其下部设置若干个汇水口，汇水口设置在每一个相邻的等离子体放电板和接地板之间。此时，等离子体放电板与其相邻的两个接地板或者接地板与其相邻的两个等离子体放电板之间都会由于激发产生等离子体，从而使得除最外侧的进水子廊道外，位于等离子反应器中间（非壁面侧）接地板的进水侧也可能会形成反应区，从而提高了废水净化效率，增强系统净化能力。
另一种实施方式如图3和图4所示，其中图3是一个等离子体反应单元的实施例，而图4是两个等离子体反应单元的实施例。本领域一般技术人员能够理解两个以上等离子体反应单元可以均匀设置在等离子体反应器中。配水系统3包括进水管和喷头组，喷头组包括若干个喷雾头，若干个喷雾头设置在接地板5顶部，且沿接地板5长度方向（即纵深方向）均匀设置。喷雾头倾斜朝向接地板5内壁面设置，同一个等离子体反应单元里接地板5朝向等离子体放电板4的那个面视为接地板5内壁面。喷雾头倾斜角度，即喷雾头中心线与竖直方向的夹角为5~35°。如图3所示只有一个等离子体反应单元时，此时喷雾头按照喷出的废水被雾化并主要在接地板5内壁面上形成均匀的薄水膜来设置。当等离子体放电板4和接地板5之间形成介质阻挡发电时，水膜或水帘以及等离子体反应器1内的空气被激发产生等离子体，大量的高能电子、羟基自由基、臭氧等具有强氧化性的活性粒子与废水中污染物分子反应，从而达到降解有机污染物净化废水的功效。当设置若干个等离子体反应单元时，每个等离子体反应单元都对应的设置有一组喷头组，废水来水均匀分配到若干组喷头组上，除最外侧的接地板5上设置的喷头组外，其余接地板（中间接地板，远离等离子体反应器壁面的接地板）上的喷头组还可以按照喷出的废水被雾化并在接地板两侧壁面形成均匀薄水膜来设置。此时，相邻的两个等离子体反应单元的接地板5与等离子体放电板4之间构成二级等离子体反应单元，亦即等离子体放电板在其相邻的两个接地板之间均由于激发产生了非平衡态等离子体，或者说，接地板与其相邻的两个等离子体放电板之间都由于激发产生了非平衡态等离子体。从而相当于在接地板两侧壁都形成反应区，提高了系统对废水的处理净化能力。此外，电场的存在还增加了喷雾头的雾化效果，相当于增加了反应接触面积，提高了降解效果。
为便于出水，出水管道7汇水口设置在等离子体反应器1下部，且在每一个等离子体反应单元之间。
实际应用过程中，根据废水量、废水中难降解有机污染物浓度及其难降解程度，还可以将上述等离子体反应器并联或处理使用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种难降解废水的净化装置，其特征在于：所述装置包括等离子体反应器（1）、配水系统（3）和出水管道（7）；所述等离子体反应器（1）包括至少一个等离子体反应单元，所述等离子体反应单元包括高压电极（2）、与高压电极（2）相连的等离子体放电板（4）和接地板（5）；所述等离子体放电板（4）和所述接地板（5）分别设置在所述等离子体反应器（1）相对的两侧且呈面平行布置；所述配水系统（3）设置在所述接地板（5）一侧；所述配水系统（3）包括进水管和进水廊道，所述进水廊道与所述等离子体反应器（1）通过所述接地板（5）顶部连通；所述出水管道（7）设置在所述等离子体反应器（1）下部。
2.根据权利要求1所述的一种难降解废水的净化装置，其特征在于：所述等离子体反应单元设置两个以上，所述两个以上等离子体反应单元呈面平行均匀设置在所述等离子体反应器（1）内，且位于最外侧的等离子体放电板（4）和所述接地板（5）分别设置在所述等离子体反应器（1）相对的两侧；所述配水系统（3）的进水廊道设置为并联布置的进水子廊道，所述进水子廊道与所述等离子体反应单元一一对应，且所述进水子廊道配置在所述每个等离子体反应单元的接地板侧。
3.根据权利要求1或2所述的一种难降解废水的净化装置，其特征在于：所述等离子体放电板（4）包括若干个轴向平行设置的列管（6）；所述若干个列管（6）在所述等离子体放电板（4）平面内水平或竖直均匀布置。
4.根据权利要求3所述的一种难降解废水的净化装置，其特征在于：所述列管（6）选用套管式结构，其内部为金属材质电极管且外部为石英管。
5.一种难降解废水的净化方法，其使用如权利要求1或2所述一种难降解废水的净化装置，其特征在于：所述方法包括
将含有难降解有机污染物的废水通入配水系统（3），使废水通过进水廊道或进水子廊道上涌，通过溢流从接地板（5）进入等离子体反应器（1），并在接地板（5）的内壁面形成水帘；
启动高压电极（2），使等离子体反应单元内的等离子体放电板（4）和接地板（5）之间形成介质阻挡放电，激发气体和/或液体介质产生非平衡态等离子体，形成包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，与难降解有机污染物反应，使废水得到净化；
当等离子体反应单元设置两个以上时，相邻的等离子体反应单元之间的等离子体放电板（4）与接地板（5）之间也形成介质阻挡放电，激发气体或液体介质产生非平衡态等离子体，进一步形成包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，使难降解有机污染物得到高效净化；
净化后的废水从出水管道（7）汇集排出净化装置。
6.一种难降解废水的净化装置，其特征在于：所述装置包括等离子体反应器（1）、配水系统（3）和出水管道（7）；所述等离子体反应器（1）包括至少一个等离子体反应单元，所述等离子体反应单元包括高压电极（2）、与高压电极（2）相连的等离子体放电板（4）和接地板（5）；所述等离子体放电板（4）和所述接地板（5）分别设置在所述等离子体反应器（1）相对的两侧且呈面平行布置；所述配水系统（3）设置在所述接地板（5）一侧；所述配水系统（3）包括进水管和喷头组，喷头组包括若干个喷雾头，所述若干个喷雾头设置在所述接地板（5）顶部，且沿所述接地板（5）长度方向均匀设置；所述出水管道（7）设置在所述等离子体反应器（1）下部。
7.根据权利要求6所述的一种难降解废水的净化装置，其特征在于：所述等离子体反应单元设置两个以上，所述两个以上等离子体反应单元呈面平行均匀设置在所述等离子体反应器（1）内，且位于最外侧的等离子体放电板（4）和所述接地板（5）分别设置在所述等离子体反应器（1）相对的两侧；所述配水系统（3）的喷头组设置为并联布置的若干组，且与所述等离子体反应单元一一对应，所述每组喷头组包括若干个喷雾头，所述若干个喷雾头设置在所述每个等离子体反应单元的接地板（5）顶部，且沿所述接地板（5）长度方向均匀设置。
8.根据权利要求6或7所述的一种难降解废水的净化装置，其特征在于：所述等离子体放电板（4）包括若干个轴向平行设置的列管（6）；所述若干个列管（6）在所述等离子体放电板（4）平面内水平或竖直均匀布置；所述列管（6）选用套管式结构，其内部为金属材质电极管且外部为石英管。
9.根据权利要求6或7所述的一种难降解废水的净化装置，其特征在于：所述喷雾头倾斜朝向所述接地板（5）内壁面设置；所述喷雾头的倾斜角为5~35°。
10.一种难降解废水的净化方法，其使用如权利要求6或7所述一种难降解废水的净化装置，其特征在于：所述方法包括
将含有难降解有机污染物的废水通入配水系统（3），使废水进入喷头组通过喷雾头喷洒到接地板（5）内壁面，并在接地板（5）的内壁面形成水膜；
启动高压电极（2），使等离子体反应单元内的等离子体放电板（4）和接地板（5）之间形成介质阻挡放电，激发气体和/或液体介质产生非平衡态等离子体，形成包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，与难降解有机污染物反应，使废水得到净化；
当等离子体反应单元设置两个以上时，调节等离子体反应器中的接地板上的喷头组的角度，使废水通过喷雾头喷洒到接地板，在接地板的内壁面和/或两侧壁面形成水膜；此时相邻的等离子体反应单元之间的等离子体放电板（4）与接地板（5）之间也形成介质阻挡放电，在位于等离子体反应器中的接地板两侧都激发气体或液体介质产生非平衡态等离子体，形成包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，使难降解有机污染物得到高效净化；
净化后的废水从出水管道（7）汇集排出净化装置。
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