CN114716077A - 等离子体污水处理装置、污水处理系统及污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种等离子体污水处理装置、污水处理系统及污水处理方法,所述等离子体污水处理装置包括:壳体,所述壳体具有进液口和出液口,内部设置有连通所述进液口和出液口的污水处理腔;第一电极,所述第一电极置于所述污水处理腔内,外部包裹有介质阻挡层;第二电极,所述第二电极相对所述第一电极设置,所述第二电极为中空结构,且其朝着第一电极的侧壁带有出气孔。本申请的等离子体污水装置能够诱导产生大量的含氧活性物质以及纳米气泡,其中纳米气泡能够提升气液传质效率,以促进含氧活性物质的分散,实现对污水的有效处理。
Description
技术领域
本申请涉及水处理技术领域,特别是涉及一种等离子体污水处理装置、污水处理系统及污水处理方法。
背景技术
随着水资源短缺和水污染问题的日益严重,传统的废水处理技术已难以有效治理有机污水废水。近年来,等离子体水处理技术逐渐替代传统废水处理技术,被广泛应用于水处理技术领域。
等离子体水处理技术主要通过放电产生含氧活性物质(ROS),如过氧化氢、超氧化物、原子氧、羟基自由基(OH)、过羟基自由基和单线态氧等。这些含氧活性物质能与废水中的有机物反应,实现有机物的降解,减小废水的毒性。但由于羟基自由剂和超氧化物是半衰期非常短,现有的水处理装置很难有效保留这些含氧活性物质或将这些传递到目标废水中,导致处理效果不佳。
发明内容
为解决现有技术问题,本申请提供了一种等离子体污水处理装置,不仅能够高效产生含氧活性物质,还可提升气液传质的效率,实现对污水的有效处理。
本申请中,等离子体污水处理装置包括:
壳体,所述壳体具有进液口和出液口,内部设置有连通所述进液口和出液口的污水处理腔;
第一电极,所述第一电极置于所述污水处理腔内,外部包裹有介质阻挡层;
第二电极,所述第二电极相对所述第一电极设置,所述第二电极为中空结构,且其朝着第一电极的侧壁带有出气孔。
以下还提供了若干可选方式,但并不作为对上述总体方案的额外限定,仅仅是进一步的增补或优选,在没有技术或逻辑矛盾的前提下,各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合,还可以是多个可选方式之间进行组合。
可选的,所述第一电极为金属网,所述第二电极为带型腔的烧结碳化硅板,其侧壁的出气孔的孔径为50-100nm。
可选的,所述介质阻挡层为石英玻璃,两层石英玻璃夹持所述金属网。
可选的,所述烧结碳化硅板具有长度方向和宽度方向,所述型腔的内部具有沿烧结碳化硅板的长度方向延伸分布、将其分隔成多个部分的隔板。
可选的,所述烧结碳化硅的两端具有封堵所述型腔开口的堵头。
可选的,所述第一电极和第二电极的间隔距离为6-10mm。
可选的,所述壳体的横截面为矩形结构,所述第一电极横置在所述壳体的中间位置,且将所述污水处理腔分隔为第一处理腔和第二处理腔;
所述第二电极为两个,分别置于第一处理腔和第二处理腔内。
可选的,所述壳体具有相对的第一侧和第二侧,所述进液口和出液口设置于第一侧,所述第二侧具有连通所述第一处理腔和第二处理腔的接头。
本申请还提供了一种污水处理系统,包括:
壳体,所述壳体具有进液口和出液口,内部设置有连通所述进液口和出液口的污水处理腔;
第一电极,所述第一电极置于所述污水处理腔内,外部包裹有介质阻挡层;
第二电极,所述第二电极相对所述第一电极设置,所述第二电极为中空结构,且其朝着第一电极的侧壁带有出气孔;
高频调压电源,其高压输出端与所述第一电极和第二电极连接;
氧气输送装置,通过管路与所述第二电极的内部腔体连通;
液体输送装置,通过管路与所述进液口连通。
本申请还提供了一种污水处理方法,包括:
向污水处理腔内通入待处理的污水,以及向第二电极内通入氧气;
在第一电极和第二电极间施加高频电压;
其中,污水的流速控制在5-10m/s,氧气的输入压力高于液体压力的1-1.5kg,高频电压的方波为1-100千赫。
与现有技术相比,本申请至少具有以下技术效果:
等离子体污水处理装置通过介电阻挡放电产生等离子体,从而促进含氧活性物质的产生;
在电场作用下,等离子体污水处理装置通过集成导电、带微孔的碳化硅电极诱导气升效应,产生超富氧的纳米气泡(20-100nm),这些纳米气泡有助于输送物质并诱导对流,促进气液的混合,提高传质效率;
在纳米气泡形成过程中,等离子体放电发射的紫外辐射可进一步促进过氧化氢和臭氧等溶解物质的分解,产生更多的羟基自由基(OH)。
附图说明
图1为一实施例中等离子体污水处理装置的结构示意图;
图2为另一实施例中第二电极的结构示意图;
图3为一实施例中污水处理系统的结构示意图。
图中附图标记说明如下:
10、壳体;11、第一侧;12、第二侧;13、进液口;14、出液口;15、污水处理腔;151、第一处理腔;152、第二处理腔;16、接头;
20、第一电极;
30、介质阻挡层;
40、第二电极;41、型腔;42、侧壁;43、堵头;44、隔板;
50、高频调压电源;
60、氧气输送装置;
70、液体输送装置;
80、管路。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,当组件被称为与另一个组件“连接”时,它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件,它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
等离子体水处理技术主要通过放电产生含氧活性物质(ROS),这些含氧活性物质能够降解废水中的污染物,净化水体。现有的水处理装置存在产生含氧活性物质的效率低和气液传质慢等问题,导致污水处理效果不佳。
为解决上述技术问题,一实施例提供的等离子体污水处理装置,包括壳体10、第一电极20和第二电极40,参见图1,其中壳体10具有进液口13和出液口14,内部设置有连通进液口13和出液口14的污水处理腔15;第一电极20位于该污水处理腔15内,第二电极40相对第一电极20设置,二者均可与电源相连或其中一者与电源相连,另一者接地,从而保证两电源之间能够产生均匀的电场。为诱导微小气泡的产生,第二电极40为中空结构,以用于传输气体,其朝着第一电极20的侧壁42带有出气孔(图未示),气体可以为空气或氧气,经出气孔可形成负载气体的气泡,在电场的作用下,这些释放的气泡被拉长变形,同时接触角变小,导致气泡被切割而尺寸变小,形成大量的微小气泡。
为了产生更多的含氧活性物质,第一电极20的外部包裹有介质阻挡层30,当在两电极之间施加一定频率的交流电压时,第二电极40内的气体会被击穿,产生介质阻挡气体放电,分解并释放大量的等离子体,促使气体成分的变化,例如将气体中的氧气转变为臭氧。进一步的,经出气孔形成微小气泡形成过程中,由于等离子体放电发射的紫外辐射在纳米气泡的表面是可用的,可以促进含氧活性物质的进一步分解,例如臭氧进一步分解形成羟基自由基。由于微小气泡具有较大的表面积和体积比,这有助于含氧活性物质的输送并诱导对流,促进污水中物质的混合,提高了气液传质效率。由上述可知,第二电极40为分散富含等离子体产物的微小气泡的喷射器。
上述第一电极20可以为金属网,例如铜网,导电效率高;介质阻挡层30为石英玻璃,用作等离子体所需的电介质阻挡层,其包裹第一电极20的方式可以为:两层石英玻璃夹持金属网,以提升等离子体放电的均匀性。
考虑到第二电极40的导电性能和产气泡效果,第二电极40为带型腔41的烧结碳化硅板,其侧壁42的出气孔的孔径为50-100nm,参见图1、2。第二电极40上气体入口的位置与型腔41位置对应;在电场的作用下,第二电极40可产生直径为20~100nm的纳米气泡。为了防止气体逃逸,烧结碳化硅板的两端具有封堵型腔41开口的堵头43。
进一步的,烧结碳化硅板具有一长度方向和宽度方向,型腔41的内部具有沿烧结碳化硅的长度方向延伸分布、将其分隔成多个部分的隔板44,参见图2,以提供更好的机械强度,避免受高压而损坏。隔板44的材料可与烧结碳化硅板的一样,相对于烧结碳化硅板,隔板44可以分体设置,也可一体设置,例如采用模具,由碳化硅原料一体烧结而成。
等离子体污水装置在作业时,第一电极20和第二电极40之间填充有液体,两电极之间的间隔距离即为等离子体的放电间隙,为了保证放电效果,要求两电极的间隔距离在6-10mm,若间隔距离过大,则需外部电源提供更高的电压来点燃等离子体,导致含氧活性物质的生产效率低;若间隔距离太小,则会影响液体的流量,潜在地减少了含氧活性物质的总量。
在一实施例中,壳体10的横截面为矩形结构,第一电极20横置在壳体10的中间位置,且将污水处理腔15分隔成第一处理腔151和第二处理腔152;第二电极40为两个,分别置于第一处理腔151和第二处理腔152内,有助于提升污水处理效率。
在一实施例中,两个第二电极40背向第一电极20的一侧与壳体10的侧壁42密封固定,使型腔41内的气体只从朝向第一电极20的一侧释放,有助于充分电解释放的气体,产生更多的含氧活性物质。
进一步的,壳体10具有相对的第一侧11和第二侧12,进液口13和出液口14设置于一侧,例如第一侧11,第二侧12则具有连通第一处理腔151和第二处理腔152的接头16,污水可依次经过两处理腔,与含氧活性物质混合,不断被净化处理,处理效果更好。
参见图3,本申请还提供了一种污水处理系统,包括壳体10、第一电极20、第二电极40、高频调压电源50、氧气输送装置60以及液体输送装置70,其中壳体10具有进液口13和出液口14,内部设置有连通进液口13和出液口14的污水处理腔15;第一电极20设置与污水处理腔15内,外部包裹有介质阻挡层30;第二电极40相对第一电极20设置,第二电极40为中空结构,且其朝向第一电极20的侧壁42带有出气孔;;高频调压电源50的高压输出端与第一电极20和第二电极40连接;氧气输送装置60通过管路80与第二电极40的内部腔体连通;液体输送装置70通过管路80与液体进口连通,将待处理污水输送至污水处理腔15内。
高频调压电源50可采用全桥谐振电源,其内部搭建电源装置,包括隔离变压器、环形降压器、整流器、全桥电路以及谐振变压器,以输入电压为220V为例,首先使用隔离变压器进行隔离,然后经环形降压器降压到60V,再由整流器转变为直流电,并通过直流输出端馈入全桥电路,形成高频方波,然后经谐振变压器产生不同的输出电压。
基于上述污水处理系统,一实施例提供了一种污水处理方法,包括:
向污水处理腔15内通入待处理的污水,以及向第二电极40内通入氧气;
在第一电极20和第二电极40间施加高频电压。
其中,污水的流速控制在5-10m/s,氧气的输入压力高于液体压力的1-1.5kg,高频电压的方波为1-100千赫,电压值为2千-1万伏特。
在1-100千赫方波的作用下,第一电极20产生大量的等离子体,促使氧气转变为臭氧,并可进一步分解形成其他含氧活性物质,丰富了含氧活性物质的种类和总含量;在电场的作用下,在第二电极40上诱导气升效应,产生大量的纳米气泡,有助于输送并诱导对流,提升气液传质效果,大幅度提高污水处理效果。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时,可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.等离子体污水处理装置,其特征在于,包括:
壳体,所述壳体具有进液口和出液口,内部设置有连通所述进液口和出液口的污水处理腔;
第一电极,所述第一电极置于所述污水处理腔内,外部包裹有介质阻挡层;
第二电极,所述第二电极相对所述第一电极设置,所述第二电极为中空结构,且其朝着第一电极的侧壁带有出气孔。
2.根据权利要求1所述的等离子体污水处理装置,其特征在于,所述第一电极为金属网,所述第二电极为带型腔的烧结碳化硅板,其侧壁的出气孔的孔径为50-100nm。
3.根据权利要求2所述的等离子体污水处理装置,其特征在于,所述介质阻挡层为石英玻璃,且为两层石英玻璃夹持所述金属网。
4.根据权利要求2所述的等离子体污水处理装置,其特征在于,所述烧结碳化硅板具有长度方向和宽度方向,所述型腔的内部具有沿烧结碳化硅板的长度方向延伸分布、将其分隔成多个部分的隔板。
5.根据权利要求4所述的等离子体污水处理装置,其特征在于,所述烧结碳化硅的两端具有封堵所述型腔开口的堵头。
6.根据权利要求2所述的等离子体污水处理装置,其特征在于,所述第一电极和第二电极的间隔距离为6-10mm。
7.根据权利要求2所述的等离子体污水处理装置,其特征在于,所述壳体的横截面为矩形结构,所述第一电极横置在所述壳体的中间位置,且将所述污水处理腔分隔为第一处理腔和第二处理腔;
所述第二电极为两个,分别置于第一处理腔和第二处理腔内。
8.根据权利要求7所述的等离子体污水处理装置,其特征在于,所述壳体具有相对的第一侧和第二侧,所述进液口和出液口设置于第一侧,所述第二侧具有连通所述第一处理腔和第二处理腔的接头。
9.一种污水处理系统,其特征在于,包括:
壳体,所述壳体具有进液口和出液口,内部设置有连通所述进液口和出液口的污水处理腔;
第一电极,所述第一电极置于所述污水处理腔内,外部包裹有介质阻挡层;
第二电极,所述第二电极相对所述第一电极设置,所述第二电极为中空结构,且其朝着第一电极的侧壁带有出气孔;
高频调压电源,其高压输出端与所述第一电极和第二电极连接;
气体输送装置,通过管路与所述第二电极的内部腔体连通。
10.一种污水处理方法,其特征在于,包括:
向污水处理腔内通入待处理的污水,以及向第二电极内通入氧气;
在第一电极和第二电极间施加高频电压;
其中,污水的流速控制在5-10m/s,氧气的输入压力高于液体压力的1-1.5kg,高频电压的方波为1-100千赫。
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JP2004268003A (ja) * | 2003-03-06 | 2004-09-30 | Masayuki Sato | 水中放電プラズマ方法及び液体処理装置 |
CN204324933U (zh) * | 2014-09-29 | 2015-05-13 | 北京石油化工学院 | 大流量水质气浮净化处理用微细气泡发生器 |
CN105905976A (zh) * | 2016-05-25 | 2016-08-31 | 东华大学 | 一种微气泡气液两相流低温等离子体水处理技术及方法 |
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2022
- 2022-03-14 CN CN202210247293.8A patent/CN114716077B/zh active Active
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