CN110092447A - 一种高压放电等离子体高cod乳化废水破乳降解装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种高压放电等离子体设备，主要用于含油乳化液破乳，其最大的特点在于高压极是对环形水柱放电，有利于降低局部放电温度提升放电效率，同时，本发明为一体式设备，除了高压放电高级氧化作用，还设置了吸附、过滤、泡沫还原及气、液混合等功能单元。当降解含有挥发性有机物及大量泡沫和重金属废水时，能体现出其最大优势。多种功能集于一体，体积小、占地少、运行方便、能量利用率高，可用于废水、废气的连续降解。

Description

一种高压放电等离子体高COD乳化废水破乳降解装置

技术领域

本发明属于低温等离子体技术、含油乳化废水破乳及COD降解工艺技术领域，具体为沿面介质阻挡放电等离子体联合n-CSTR及多种功能单元主要处理高COD含油乳化废液的设备。

背景技术

随着石油化工、机械加工、食品加工、金属表面清洗等行业的发展，各种高浓度、难降解含油乳化废水排放急剧增加，由此给水体、土壤、植被、微生物等生态环境造成威胁。高浓度含油乳化废水由于其成分复杂、重金属离子超标、乳化油和表面活性剂难分离，加之含有溶解态和易挥发有毒物质，成为各种工业废水中的处理重点和难点。所谓含油乳化废水是指在生产加工过程中，各种成分的油在不同表面活性剂的作用下形成高度分散和稳定的乳化状态，其能在自然状态下长时间保持乳化态。由于生产工艺的差异，加之含油乳化废水中混入了重金属离子、氰化物、挥发性有机物等，因此，常规的工艺难以降解和分离其中的污染物，更无法直接进行生化处理。

传统处理含油乳化废水的方法主要是通过投加絮凝剂、酸化、气浮、过滤等手段分离乳化废水中的油分，达到消除乳化状态、油水分离的目的，而其中的重金属、难降解溶解性有机物却为得到去除。不仅药剂用量大、工艺繁琐、构筑物多而导致占地大，而且处理后不达标的水直接排放给自然环境及后续处理都造成影响。另一方面，当采用压滤或膜过滤等手段处理含油乳化废水时，其工艺流程得以简化，构筑物占地也大大缩小，但在运行过程中，膜污染及堵塞成为限制该工艺的最大问题，同时，小分子的污染物及重金属离子仍然无法得到有效去除。因此，急需一种高效、全面、简单的方法，切实有效地降解该类废水。

等离子体技术是一种集自由基氧化、臭氧氧化、高能电子轰击、超临界效应、紫外光解、局部热效应等多种作用于一体的高级氧化技术，是物理、化学和环境科学与工程等学科交叉的综合性手段。等离子体是多种活性自由基、高能电子、生态氧、阴阳离子的聚集态，这些粒子能与气体或废水中的有机物污染物分子碰撞，进而发生一系列复杂反应，在极短时间内高效率、无选择性的实现有机物的破坏、断链、氧化分解，达到降解有机污染物的目的。同时，等离子体技术在处理难降解有机废弃物过程中，体现出能耗低、效率高、无二次污染等特点，能有效处理几乎所有有机污染物，但是单独使用等离子体技术存在能量利用率偏低、无机污染物和重金属离子等难处理问题。

因此，对反应器进行了特殊结构设计，主体部分由多级全混式反应器（n-CSTR）和核心放电组件组成，n-CSTR相互之间又形成推流式运行，实现了污染物浓度、活性物质梯度化，能量利用率提升。整个装置分为上半部分和下半部分，前者由填料室一（c）、填料室二（d）、沉淀池（e）组成，用于处理下半部上来水中的无机物，离子态污染物及悬浮物。后者由放电组件（18）、四级全混流反应池（a）、泡沫还原单元（b）组成，形成了多功能、高效率、高传质效率运行模式。和传统单一反应器相比，该装置可解决成分更为复杂的各种有机工业废水难降解问题，且由放电组件产生的光能、电能及各种物理化学能可很好地被利用，减少能量浪费。综上所述，本发明尝试使用以高压放电等离子体为主导，多种后续处理工艺相结合的技术来解决成分复杂、高度乳化的O/W型水性油漆废水。并开发一种新型多功能、低成本、高效率放电等离子体处理设备。

发明内容

鉴于当前破乳工艺及放电等离子体技术中存在上述的一个或多个缺陷，本发明提供了一种基于沿面介质阻挡放电等离子体联合n-CSTR反应器并搭配吸附、过滤、离子交换于一体的废水处理装置。

本装置的结构如附图1所示。主体部分由上半部、下半部和高压放电极及相应地极组成，上下两部分通过法兰连接，方便拆卸和操作，高压电极从导线（1）接入装置。上半部分包含填料池一（c）、填料池二（d）和沉淀池（e）。所述填料池一进水管（5）与蠕动泵（4）连接，从出水管（6）出水，并与填料池二（d）的进水管（7）连接，上端设置进料口（13）；所述填料池二（d）上端设置进料口（12），并经过滤网（8）过滤后排出水进入沉淀池（e）；所述沉淀池（e）设置了出油口（9）和泄水口（10）。下半部分包含反应池（a）、泡沫还原单元（b）和高压放电组件（18）及接地极（16）。进水管（18-2）为乳化液进口,从石英玻璃管（18-3）和有机玻璃管（18-4）的微小空隙之间布水，由于下端与气泡发生器（18-7）相连有一定阻力，可保证进水在石英玻璃管外围均匀分布。进水同样从下端出水口（18-6）进入气泡发生器（18-7），与高压放电后的混合气体完全混合后透过曝气盘（18-9）最终进入反应池（a）。高压电极管即石英玻璃管（18-3）上端进气口（18-1），由下端出气口（18-8）与气泡发生器（18-7）相连。气液混合物从反应池的（a-1）往上至（a-2）再到（a-3），（a-4），（a-5），每一级由多孔隔板（17）分隔，气液混合物逐级透过小孔（17-1）向上渗流。反应后的水从出水口（3）排出并与蠕动泵（4）连接，反应中产生的气体以及乳化液在通气条件下可能会产生的大量泡沫进入泡沫还原单元（b）再由排出口（14）排出，经排出口（14）排出的泡沫和气体混合物可再连接一台蠕动泵，由泄水口（15）暂时回流至反应池（a），泡沫还原单元（b）内填充具有离子交换作用的无极颗粒填料，大量泡沫在通过填料时会被再次还原为乳化液，同时，部分表面活性剂被填料所吸附，经过填料后回流至反应池（a）的乳化液形成泡沫量减少，是的整个放电氧化过程顺利进行。高压电极由石英玻璃管（18-3）、有机玻璃管（18-4）、电极丝（18-5）和气泡发生器（18-7）组成。

采用上述方案，在工作时，该高压电极（18-5）通过导线（1）与高压电源连接，该高压电极丝（18-5）会在石英玻璃管（18-3）中发生放电，催化空气产生大量活性物质。同时经预处理后的乳化液从进水口（18-1）进入有机玻璃管（18-4）并包围在石英玻璃管（18-3）周围提供放电条件。随后从出水口（18-6）进入气泡发生器（18-7）。同时，经放电后的混合气体从出气口（18-8）进入气泡发生器（18-7）与乳化液混合后同时进入反应池（a）。在各级CSTR反应池（a-1,a-2,a-3,a-4,a-5）内，活性物质、乳化液浓度、有机物及重金属产生浓度梯度差，当被处理的乳化液进入第五级(a-5)时，大分子有机物基本被降解为小分子物质，表面活性剂等被分解，废水不再产生大量气泡。此时，由出水口(3)经蠕动泵（4）将处理水从进水口(5)送至填料池（c）进行进一步处理；进一步由填料池(c)的出水口(6)送至填料池(d)进行深度处理；最终经滤网(8)过滤后进入沉淀池(e)静置分离。此外，反应池内还可填充特殊材料强化反应效果，剩余残渣及废液从泄渣口(15)排出，底部仍然采用法兰连接密闭，便于拆卸和维修。

本发明的优势：

第一，本发明废水和气是同时进入气泡发生器，再经过曝气盘均匀布气和水，意味着等离子体第一时间能与废水结合产生氧化作用，大大增强了本装置的实际效果；

第二，本发明由于高压电极位于反应池内，该高压电极被废水淹没可自动降温和冷却，降低放电所处空间的温度，提高活性物质的存活时间、利于有机污染物分解；

第三，本发明采取从高压电极管与有机玻璃管的微小缝隙进水，与电极丝仅隔一层石英玻璃厚度，进一步强化了降温作用，解决了放电部位因局部高温而产生损坏装置的危害；

第四，由于采取从玻璃管中间通气的方式，使得进气能与电极丝充分接触，从而高压放电时也随之均匀，且在此状态下产生的等离子体随着气流的推进，从气泡发生器均匀溢出，逐级达到反应池的各个部位。实现了低能耗和能量利用最大化；

第五，整个放电极的放电空间内长期保持干燥，与电极丝接触的石英玻璃为耐高温的稳定物质，无需涂抹任何胶，避免了普通有机玻璃放电装置在放电过程中发生胶热解、局部漏水、装置老化等现象而产生二次污染物，影响出水水质和操作安全；

第六，由于反应器分为上下两部分，上部分设置了深度处理单元，下部分采用n-CSTR反应器串联起来，使得能量利用最大化，处理效果提升，整体集多个处理单元于一体，各个处理单元有序、合理地结合起来，既实现了装置的多功能化，也使得空间利用率最大化；

第七，本发明既可用于废气的处理，也可以用于废水的处理，还可以用于废气和废水的同步处理，同时，当处理废水时，可在反应池内填充相应的特定材料来强化去除率，利用装置内源源不断的曝气作为材料搅拌的动力，满足对单一或/和复合污染物的处理，具有多功能性，能达到一器多用的目的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是高压放电极及其与气泡发生器的结构详图。

图3是石英玻璃套管及进水管详图

图4是CSTR反应器隔板的结构示意图。

图5是法兰连接部位的连接示意图。

具体实施方式及工作特点

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例：

参见图1-5：一种基于沿面介质阻挡放电等离子体的高COD含油乳化废水破乳降解装置，其包括n-CSTR反应池(a)、高压放电组件(18)、泡沫还原单元(b)、填料室一(c)、二(d)及沉淀池(e)。

所述装置反应池(a)进水口(18-2)通入经过预处理的含油乳化废液，在该反应池内发生复杂的氧化反应。所述反应池(a)出水口(3)与蠕动泵(4)连接，再接入填料池一(c)的进水口(5)，在该填料池内发生吸附、离子交换等反应。其出水口(6)接入填料池二(d)的进水口(7)，在该填料池内发生吸附、过滤等，进一步提升水质和油水分离。最终由出水滤网(8)排出至沉淀池(e)。处理完成的水和油分别由排出管(10)、(9)排出。填料池一(c)和填料池二(d)则分别与进料口(13)和(12)连接。

所述放电组件18包括高压电极中心管也称\石英玻璃管进气管（18-1）、进水管（18-2）、（18-3）、有机玻璃管（18-4）、电极丝（18-5）、出水口（18-6）、气泡发生器（18-7）、出气口（18-8）和曝气盘（18-9）。

所述装置的接地极(16)设置在反应池(a)的底部。具体地，于反应池(a)底部某一位置固定一导体圆环，并留一截伸出装置外，以连接高压放电电源的接地线。

所述n-CSTR反应池(a)的每一层隔板均被高压放电极(18)穿过，且每层隔板与放电组件(18)的外有机玻璃管粘合为一体，便于从下端拆卸，每层隔板均设置孔径相同的小孔（17-1），以利于物质的输送，强化传质效果。

所述泡沫还原单元（b）为本装置的又一重要部分，由于乳化液中含有大量表面活性剂，强化了水气界面膜的强度，在曝气情况下，易产生大量泡沫，且难以得到消除;泡沫还原单元（b）设置成功解决了这一难题，利用几乎不耗能的砂滤原理，泡沫通过填充的沙粒时泡沫破碎，被还原为液体，同时，表面活性剂部分被去除，另一方面，设置泡沫进口（19）高于处理水出口（3），使得泡沫在上升过程中能够绝大部分从（19）排出而不是通过出水口（3）进入深度处理单元，保证了装置的处理效果及出水水质。

所述填料池一(c)和二(d)接收由装置下半部分反应池(a)经高压放电等离子体处理后的排出水，在该位置发生吸附、过滤、离子交换等作用之后，使得部分离子、分子、悬浮物等被捕获，油和水进一步分离。

所述沉淀池(e)接收从填料池二(d)深度处理之后的水，在该位置静置后残余的油在重力作用下从水中浮出，并通过沉淀池(f)上部的排油口(9)分离出油分，而下部的排水口(10)则最终排出处理后的清洁水。整个装置完成一个处理周期。

在本实施例中，与高压放电组件(18)连接的气泡发生器(18-7)位于n-CSTR反应池(a)的最下层，该气泡发生器将高压放电管内产生的等离子体及多余空气第一时间与进水混合，随后在压力推动下由曝气盘（18-9）源源不断输送到反应池(a)的最底端（a-1），再逐渐向上扩散，直至反应池(a)的各个部位。

在本实施例中，本发明有以下几种运行方式：

第一：“填料-进水-放电-深度处理-沉淀”。即为上述完整的运行过程。在该运行模式下，本发明能够发挥最大能效，所有处理单元均发挥作用。

第二：“进水-进气-放电-吸附”。当用于废气处理时，放电组件(18)持续放电，被处理废气取代原本的空气通入高压放电管（18-3），反应池(a)中通入适量清水，关闭出水管(3)，处理后的气体由泡沫进口/进气口(19)进入泡沫还原单元/吸附室(b)进一步吸附后从排气口(14)排出。在该处理模式下，待处理废气在放电组件(18)的放电管间隙中便得到部分降解或/和转化为等离子体，一方面，废气本身被氧化分解，另一方面，等离子体活性物质随着废气进入反应池(a)的清水中，被分解的废气部分转化为小分子可溶性污染物同时溶于水中，进一步地在水体中发生高级氧化反应。

第三：“填料-进水-曝气-深度处理-沉淀”。即放电组件(18)不接通高压电源（即不放电），同样从进水管（18-2）进水，在进气口（18-1）往石英玻璃管中（18-3）通入空气，经气泡发生器（18-7）均匀分配后进入反应池（a），反应池(a)内需填充相应填料介质，空气起到搅拌、加速反应的作用，可处理不同性质的废水。该运行模式为最节能的模式，无需高压放电，利用n-CSTR反应池(a)联合填料介质共同降解有机废水，结合物理、化学、水力学等作用，实现有机物的降解。实现了一个装置，多种用途。

以上详细描述了本发明较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于沿面介质阻挡放电等离子体的高COD含油乳化废水破乳降解装置，其特征在于：整个装置包含n-CSTR反应腔体、高压放电组件、气水混合曝气装置、泡沫还原单元及多级深度处理单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于沿面介质阻挡放电等离子体的高COD含油乳化废水破乳降解装置，其特征在于：其反应腔体可以为圆柱形或棱柱形，CSTR反应器也可以设置不同级数，深度处理单元的填料可以是多种无机材料，如活性炭、沸石、高岭土、各种无机滤料等均可实现。

3.根据权利要求1所述的一种基于沿面介质阻挡放电等离子体的高COD含油乳化废水破乳降解装置，其特征在于：高压放电组件包含的管件可以是石英玻璃管，也可以是聚四氟乙烯管、陶瓷管、有机玻璃管等，其高压放电极也可以是多种金属丝状材料，如钨丝、钢丝、钨铜合金等，也可以为实心或空心的柱状金属，均能达到较好的放电效果。

4.根据权利要求书1、2所述的一种基于沿面介质阻挡放电等离子体的高COD含油乳化废水破乳降解装置，其特征在于：既可用于各种有机废水降解，也能用于有机废气及气水混合物的降解；可以连续运行也可以间歇运行，深度处理单元也可以以不同顺序搭配，更改任意处理单元也能达到相应效果。