CN109896677A

CN109896677A - 等离子体与超声波联合处理有机废水系统及其处理废水的方法

Info

Publication number: CN109896677A
Application number: CN201711399366.0A
Authority: CN
Inventors: 李斌; 张贤清; 黄树威
Original assignee: JIANGSU LIGANG RARE EARTH MATERIAL CO Ltd
Current assignee: JIANGSU LIGANG RARE EARTH MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2019-06-18

Abstract

本发明涉及一种等离子体与超声波联合处理有机废水系统，其包括：废水收集器、超声波发生器以及与超声波发生器连接的等离子体处理系统；用本系统处理废水的方法，包括以下步骤：有机废水经废水进水管道由废水循环泵将废水从喷头喷入超声波发生器中进行超声破碎处理，超声处理完毕后进入到高压电极与地电极形成的等离子体中进行等离子处理，处理完毕后通过出水管道回流到废水收集器进行下一轮的废水循环处理，通过取样口取样废水，检测废水中各个成分的量，达到指标后，停止循环处理。本发明有效处理有机废水通过等离子体反应产生的羟基自由基将难降解的有毒有机污染物有效地分解，直至彻底地转化为无害的有机物。

Description

等离子体与超声波联合处理有机废水系统及其处理废水的方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及一种等离子体与超声波联合处理有机废水系统及其处理废水的方法。

背景技术

随着工业的快速发展，我国经济和人们的生活水平不断提高，随之而来的环境问题日益突出，毒性大浓度高且难以生化降解的印染废水、焦化废水、EDTA废水，石油废水、化工废水，苯酚废水、城市生活废水等有机废水已成为当前水处理研究的热点。

据有关数据统计，我国目前的年排污量大约为350亿～400亿立方米。但城市的废水处理率仅为15.8％，而西方发达国家已达90％以上。全国有大约超过80％的城市直接排放未经过任何处理的废水到附近的水体，导致水污染加剧。尤其在全国2000多座县城和19000 多个城镇中，其污水的排放量约占全国总量的一半以上，但这些中小城镇的废水处理能力远远低于全国平均水平，突出表现在污水处理基础设施严重贫乏。

处理好经济可持续发展与废水处理关系，是走高效率、低能耗、操作简单、可推广的技术路线的关键，它关系到我国城市化进程的进一步发展，更是影响我国未来经济建设的重要因素。因此，我们必须高度重视并处理好其与经济建设、可持续发展的关系，不断探索创新，走出一条高效率、低能耗、简易的废水处理技术新路子。高级氧化技术被认为是处理废水重要的途径和拥有广泛应用前景的技术路线。

高级氧化技术(Advanced oxidation process Aop)是指氧化能力超过所有常见氧化剂或氧化电位接近或达到羟基自由基HO·水平，可与有机污染物进行系列自由基链反应，从而破坏其结构，使其逐步降解为无害的低分子量的有机物，最后降解为CO₂，H₂O和其他矿物盐的技术。

催化臭氧氧化技术是一种常见的处理有机废水的高级氧化技术，臭氧在水溶液中可与羟基OH-反应生成羟基自由基HO·，通过HO·与有机物进行氧化反应。虽然臭氧的氧化能力很强，但是臭氧氧化技术要通过臭氧本身转化为羟基自由基，效率低下，所以单独使用臭氧的氧化能力比不上羟基自由基。单独使用臭氧氧化技术缺点是：虽然有较强的脱色和去除有机污染物的能力，但运行费用较高，对有机物的氧化具有选择性，在低剂量下和短时间内不能完全矿化污染物，且分解生成的中间产物会阻止臭氧的氧化进程；反应的选择性较强，O₃对有机物的矿化能力明显受剂量和时间的限制；臭氧对各种金属和非金属都有很强的腐蚀性，故对设备的耐腐蚀性要求较高。

电解催化氧化技术是通过阳极表面上放电产生的羟基自由基HO·的氧化作用，与吸附在阳极上有机物发生氧化反应，从而去除污染物的一项技术。其缺点是：可溶性的电极消耗过大，电流效率偏低，反应器效率不高；用电化学法彻底分解废水中有机物，能耗较高，设备成本也较高，这是电化学技术单独使用时需要克服的问题。

发明内容

本发明提供了一种能够克服上述缺陷，有效处理有机废水通过等离子体反应产生的羟基自由基将难降解的有毒有机污染物有效地分解，直至彻底地转化为无害的有机物的等离子体与超声波联合处理有机废水系统及其处理废水的方法。

本发明的技术方案：

一种等离子体与超声波联合处理有机废水系统，其包括：废水收集器、超声波发生器以及与超声波发生器连接的等离子体处理系统；所述废水收集器与超声波发生器之间通过进水管道连接，所述进水管道上设置有废水循环泵，所述进水管道一端位于废水收集器底部，另一端的末端设置有喷头，所述喷头设置于超声波发生器内；所述等离子体处理系统包括脉冲电源、高压电极、地电极和接地装置，所述高压电极上部与超声波发生器下部连接，所述高压电极与地电极之间设置有固定盘，所述地电极连接接地装置，所述高压电极连接脉冲电源，所述地电极下方设置有出水管道，所述出水管道下端连接废水收集器；所述废水收集器侧壁底部设置有取样口。

进一步的，等离子体与超声波联合处理有机废水系统处理废水的方法，有机废水经废水进水管道由废水循环泵将废水从喷头喷入超声波发生器中进行超声破碎处理，超声处理完毕后进入到高压电极与地电极形成的等离子体中进行等离子处理，处理完毕后通过出水管道回流到废水收集器进行下一轮的废水循环处理，通过取样口取样废水，检测废水中各个成分的量，达到指标后，停止循环处理。

进一步的，喷头喷出废水的流量为100L/min-300L/min，超声波发生器横向发出超声波，实现超声雾化超声频率为28kHz，超声波发生器的功率为60w，超声波发生器的尺寸为59*68mm，超声波发生器的振子采用CN2850-58HBP8，相邻两个振子水平距离3-5cm排列。

进一步的，脉冲电源为高压等离子脉冲偏压电源，交流输入电源AC220V，输出电压10KV-50KV，效率≥0.86，占空比10-90％，连续可调，输出频率为0Hz-1KHz。

进一步的，所述高压电极由一组直径为4-6mm金属圆柱棒和2mm有机玻璃外壁构成的电极线组成，金属圆柱棒为铜棒或不锈钢棒，相邻两个电极线水平距离为5-10mm，电极线与脉冲电源相连。

进一步的，地电极由厚为2-4mm，长为100cm-200cm，宽为100cm-200cm金属板组成，高压电极与地电极交叉排列，两者垂直距离为5-10mm，地电极与接地装置相连。

进一步的，所述的废水为造纸废水、苯酚和苯胺废水、印刷板企业废水、含氰化物废水或黑色印染废水。

本发明的有益效果：(1)本发明高压电极选择用有机玻璃进行介质阻挡，保护了电极，延长了电极的使用寿命，同时获得稳定的放电；(2)本发明电极采用阵列式排布，可以进行模块重复排列，实现大面积放电，并具有在空间可扩展可缩减的优点；(3)本发明通过将废水进行超声雾化而后注入等离子体反应器中，进行气液两相放电，更容易实现稳定的放电，同时采用超声波进行雾化比普通雾化效果更佳，因超声波在液体介质中产生的空化效应产生微激波而产生雾化现象，雾化液滴比表面积更大；(4)本发明超声波雾化与等离子体联合处理，由于雾状液滴比表面积大，当等离子体通道或放电流光产生时，活性粒子和高能电子与处理液体接触面积变大了几个数量级，有利于有机物分子的降解；(5)本发明通过等离子体反应产生的羟基自由基将难降解的有毒有机污染物有效地分解，直至彻底地转化为无害的有机物，如CO₂、N₂、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、O₂、H₂O等，没有二次污染，这是其它氧化方法难以达到的；(6)本发明不需要土建，可分散或集中安装处理，接电通水即可使用，如能安装在拖车上就更方便；(7)本发明只需电力，不必添加任何化学品，既无二次污染也不转移污染，同时处理时间短，反应速度快，且过程可以控制，能将多种有机污染物全部降解。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图。

附图中，1-脉冲电源、2-地电极、23-固定盘、3-高压电极、4-接地装置、5-废水循环泵、6-喷头、7-废水收集器、8-超声波发生器、9-进水管道、10-出水管道、11-取样口。

具体实施方式

如图1所示，一种等离子体与超声波联合处理有机废水系统，其包括：废水收集器7、超声波发生器8以及与超声波发生器连接的等离子体处理系统；所述废水收集器7与超声波发生器8之间通过进水管道9连接，所述进水管道9上设置有废水循环泵5，所述进水管道9一端位于废水收集器7底部，另一端的末端设置有喷头6，所述喷头6设置于超声波发生器8内；所述等离子体处理系统包括脉冲电源1、高压电极3、地电极2和接地装置4，所述高压电极3上部与超声波发生器8下部连接，所述高压电极3与地电极2之间设置有固定盘23，所述地电极2连接接地装置4，所述高压电极3连接脉冲电源1，所述地电极2下方设置有出水管道10，所述出水管道10下端连接废水收集器7；所述废水收集器7侧壁底部设置有取样口11。

进一步的，等离子体与超声波联合处理有机废水系统处理废水的方法，有机废水经废水进水管道9由废水循环泵5将废水从喷头6喷入超声波发生器8中进行超声破碎处理，超声处理完毕后进入到高压电极3与地电极2形成的等离子体中进行等离子处理，处理完毕后通过出水管10道回流到废水收集器7进行下一轮的废水循环处理，通过取样口11取样废水，检测废水中各个成分的量，达到指标后，停止循环处理。

进一步的，喷头6喷出废水的流量为100L/min-300L/min，超声波发生器8横向发出超声波，实现超声雾化超声频率为28kHz，超声波发生器8的功率为60w，超声波发生器8 的尺寸为59*68mm，超声波发生器8的振子采用CN2850-58HBP8，相邻两个振子水平距离 3-5cm排列。

进一步的，脉冲电源1为高压等离子脉冲偏压电源，交流输入电源AC220V，输出电压10KV-50KV，效率≥0.86，占空比10-90％，连续可调，输出频率为0Hz-1KHz。

进一步的，所述高压电极3由一组直径为4-6mm金属圆柱棒和2mm有机玻璃外壁构成的电极线组成，金属圆柱棒为铜棒或不锈钢棒，相邻两个电极线水平距离为5-10mm，电极线与脉冲电源相连。

进一步的，地电极2由厚为2-4mm，长为100cm-200cm，宽为100cm-200cm金属板组成，高压电极3与地电极2交叉排列，两者垂直距离为5-10mm，地电极2与接地装置4相连。

上述系统及其方法在处理造纸废水、苯酚和苯胺废水、印刷板企业废水、含氰化物废水或黑色印染废水的实验效果如下：

(1)处理造纸废水效果

表1是采用本发明处理300L造纸废水，喷头流量控制在150L/min，等离子体电源控制输出电压为15KV，频率为0.5KHz，处理时间为5min，废水中聚乙烯醇(PVA)、COD、pH及 BOD/COD比值的变化情况，如下表1：

表1

水样	W(PVA)/％	COD/mg/L	pH	BOD/COD
					原水	0.3	4652	10.8	0.05
处理后	0.0	42	7.6	0.68

由表1可知，处理5min后，已检查不到聚乙烯醇，pH由10.8降至7.6，COD下降了99.1％，以低于排放标准，BOD/COD比值由0.05增至0.68，说明水中COD的可生化性大幅提高。

(2)处理苯酚和苯胺废水的效果

表2是采用本发明处理200L苯酚和苯胺废水，喷头流量控制在200L/min，等离子体电源控制输出电压为17KV，频率为0.4KHz，处理时间为10min，该系统处理苯胺和苯酚污水的效果如下表2：

表2

由表2可知，苯酚的去除率已达99.96％，几乎检测不出苯酚；苯胺的去除率也高达99.98％， COD的去除率达80.2％。

(3)印刷板企业废水处理效果

采用本发明处理400L印刷板企业废水，喷头流量控制在250L/min，等离子体电源控制输出电压为13KV，频率为0.5KHz，处理时间为10min，详细数据见下表3：

表3

由表3可知，用本发明处理EDTA化学镀铜液的效果很好，铜、甲醛和EDTA的去除率几乎接近100％。

(4)处理氰化物废水效果

采用本发明处理100L含氰化物废水，喷头流量控制在100L/min，等离子体电源控制输出电压为15KV，频率为0.5KHz，处理时间为30min，氰化物废水处理前后的数据对比见下表4：

表4

由表4可知，用本发明处理氰化物废水30min后，氰化物废水中各种金属离子和氰根已近 100％被除去，废水的颜色也由棕绿色变为无色透明，氰化物和重金属均达到排放标准。

(5)处理黑色印染废水的效果

采用本发明处理300L黑色印染废水，喷头流量控制在200L/min，等离子体电源控制输出电压为20KV，频率为0.5KHz，处理时间为25min，处理前处理后数据的对比见下表5：

表5

水样	COD(mg/L)	总氮(mg/L)	总磷(mg/L)
				处理前	683	30.6	2.14
处理后	30.8	3.5	0.602

由表5可知，本发明COD、总氮和总磷的去除率分别达到93.88％、89％和82％，并且达到排放标准。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明专利的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种等离子体与超声波联合处理有机废水系统，其特征在于，其包括：废水收集器、超声波发生器以及与超声波发生器连接的等离子体处理系统；所述废水收集器与超声波发生器之间通过进水管道连接，所述进水管道上设置有废水循环泵，所述进水管道一端位于废水收集器底部，另一端的末端设置有喷头，所述喷头设置于超声波发生器内；所述等离子体处理系统包括脉冲电源、高压电极、地电极和接地装置，所述高压电极上部与超声波发生器下部连接，所述高压电极与地电极之间设置有固定盘，所述地电极连接接地装置，所述高压电极连接脉冲电源，所述地电极下方设置有出水管道，所述出水管道下端连接废水收集器；所述废水收集器侧壁底部设置有取样口。

2.权利要求1所述的等离子体与超声波联合处理有机废水系统处理废水的方法，其特征在于，有机废水经废水进水管道由废水循环泵将废水从喷头喷入超声波发生器中进行超声破碎处理，超声处理完毕后进入到高压电极与地电极形成的等离子体中进行等离子处理，处理完毕后通过出水管道回流到废水收集器进行下一轮的废水循环处理，通过取样口取样废水，检测废水中各个成分的量，达到指标后，停止循环处理。

3.根据权利要求2所述的处理废水的方法，其特征在于，喷头喷出废水的流量为100L/min-300L/min，超声波发生器横向发出超声波，实现超声雾化超声频率为28kHz，超声波发生器的功率为60w，超声波发生器的尺寸为59*68mm，超声波发生器的振子采用CN2850-58HBP8，相邻两个振子水平距离3-5cm排列。

4.根据权利要求2所述的处理废水的方法，其特征在于，脉冲电源为高压等离子脉冲偏压电源，交流输入电源AC220V，输出电压10KV-50KV，效率≥0.86，占空比10-90％，连续可调，输出频率为0Hz-1KHz。

5.根据权利要求2所述的处理废水的方法，其特征在于，所述高压电极由一组直径为4-6mm金属圆柱棒和2mm有机玻璃外壁构成的电极线组成，金属圆柱棒为铜棒或不锈钢棒，相邻两个电极线水平距离为5-10mm，电极线与脉冲电源相连。

6.根据权利要求2所述的处理废水的方法，其特征在于，地电极由厚为2-4mm，长为100cm-200cm，宽为100cm-200cm金属板组成，高压电极与地电极交叉排列，两者垂直距离为5-10mm，地电极与接地装置相连。

7.根据权利要求2-6任一项所述的处理废水的方法，其特征在于，所述的废水为造纸废水、苯酚和苯胺废水、印刷板企业废水、含氰化物废水或黑色印染废水。