CN115093061B - 一种等离子污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的等离子污水处理系统，包括原位放电单元、异位预处理单元和连接单元；原位放电单元通过连接单元与异位预处理单元连接；原位放电单元的交流高电压发生器与高压电极相连，高压电极与阻挡介质相连，阻挡介质和非均相催化床之间组成放电通道，非均相催化床与接地电极相连，进水通道的一端连接放电通道、另一端连接曝气池；放电通道远离进水通道的一端连接有排水通道，阻挡介质的两侧上分别安装有进气通道和排气通道；异位预处理单元包括曝气池；一级曝气池与二级曝气池串联连接，曝气池内设置有曝气管，本发明解决现有的活性物质接触不充分和能量未得到充分利用问题；等离子体技术的声、光、化学能优势不同步问题，导致不宜新型的弊端。

Description

一种等离子污水处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种新型的等离子污水处理系统。

背景技术

等离子体技术在水处理领域的应用，在市场尚未有新型的案例，仅少数中小试规模的以杀菌、消毒为目的的医疗领域废水处理应用实例。其原因在于除了仅直接利用放电效应产生的强氧化物质，而气液两相低温等离子体的其他能量效应(如冲击波、高频振动、紫外光辐射)没有得到充分利用，导致与其他的高级氧化技术相比，低温等离子的能量利用效率较低，阻碍了其工业化的应用的脚步。

等离子放电发生单元，产生以臭氧、羟基自由基为代表的强氧化物质，同时还伴随紫外光辐射、高能电子辐射、光化学氧化、冲击波等形式的能量。综合分析电能转化的能量物质和能量形式可分为两类，一类即时性的，不具备转移能力，如紫外光、高能电子辐射、冲击波；另一类是可转移的，如臭氧、激发态分子。

有研究和申请专利为克服低能量利用效率的弊端，设计多种低温等离子水处理的结构和思路。

公开号为CN 110104853 A，分离式多相介质阻挡放电等离子处理反应器，其主要解决金属反应装置在有机废水中被腐蚀问题，连续运行时电离组分与污水的接触时间有限；

公开号为CN 111498941 A，一种便携式等离子水溶液处理装置，其突出便携特点，放电单元与曝气单元完全分离，电离过程的能量形式未得到应用；

公开号为CN 104211137 A，一种等离子体水处理装置，是将电离、曝气过程置于溶液内，解决了气液传质问题，面临电离组分与液体接触时间短的问题，且紫外光在水体中的作用距离有限；

公开号为CN 105314705 B，一种具备臭氧和紫外催化功能的低温等离子体水处理装置及方法，其充分利用了伴随低温等离子生成的臭氧和紫外线，但其未考虑到在新型时，大体量流体经过装置后，停留时间短、接触不充分以及紫外线作用深度有限的限制。

公开号为CN 105905976 A，一种微气泡气液两相低温等离子水处理技术及方法，其主要解决等离子水处理技术的气液传质的问题，其未解决放电即时产生的紫外光能、冲击波等能量利用问题。

但上述研究和专利均未充分利用到低温等离子的能量形式及其优劣势特征，使得要么活性物质接触不充分、要么即时性的物质或能量未得到充分应用，未能从根本上解决等离子体技术中冲击波、高频振动、紫外光辐射等的优势不同步问题；以及现有的曝气装置还存在着曝气效果有限，曝气范围较小的问题。

发明内容

本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种新型的等离子污水处理系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种新型的等离子污水处理系统，包括原位放电单元、异位预处理单元和连接单元；原位放电单元通过连接单元与异位预处理单元连接；原位放电单元的交流高电压发生器与高压电极相连，高压电极与阻挡介质相连，阻挡介质和非均相催化床之间组成放电通道，非均相催化床与接地电极相连，原位放电单元的进水通道上安装有进水泵，进水通道的一端连接放电通道、另一端连接曝气池；放电通道远离进水通道的一端连接有排水通道，阻挡介质的两侧上分别安装有进气通道和排气通道；

异位预处理单元包括曝气池；曝气池包括一级曝气池和二级曝气池，一级曝气池与二级曝气池串联连接，曝气池内设置有曝气管，曝气管的进气端处设置有曝气泵，曝气管的出气端处均匀设置有多个曝气头。

作为本发明进一步的方案：连接单元包括排水回流通道；排水回流通道的一端与排水通道连接、另一端与二级曝气池连接。

作为本发明进一步的方案：非均相催化床为光催化氧化的固定床或臭氧催化氧化的固定床。

作为本发明进一步的方案：一级曝气池的水流停留时间为0.5-20min，二级曝气池水流停留时间为1-2h。

作为本发明进一步的方案：曝气管采用直型管，曝气管延伸至曝气池内；曝气管上设置有分散装置，分散装置的基板对称安装在曝气池的内壁上，基板的中部设置有用于设置曝气管的贯穿孔，两个基板之间通过伸缩扩张机构环形阵列设置有多个曝气支管，曝气管通过连接软管与曝气支管连接，其中一个基板上设置有连接套，连接套延伸出曝气池，并与曝气池通过密封轴承连接，连接套上设置有皮带轮组。

作为本发明进一步的方案：伸缩扩张机构为：基板的侧壁上环形阵列设置有滑槽，滑槽内设置有滑杆，滑杆的一端延伸至基板内的贯穿孔，并与球体连接，滑杆的另一端设置有安装块，滑杆与基板滑动连接，滑杆上套设有弹簧；在曝气管的侧壁上设置有环形阵列设置有多个与球体相适配的凹槽。

作为本发明进一步的方案：凹槽为弧形槽。

作为本发明进一步的方案：基板上设置有齿轮连接件，并通过齿轮连接件与搅拌机构连接，搅拌机构以环形阵列的方式安装在曝气池的内腔侧壁位置处。

作为本发明进一步的方案：齿轮连接件为：基板的侧壁上设置有连接杆，并通过连接杆与主动齿轮连接，主动齿轮与从动齿轮啮合连接，从动齿轮安装在搅拌轴的两端。

作为本发明进一步的方案：搅拌机构包括搅拌轴，搅拌轴上设置多个搅拌桨，搅拌轴的两端通过支杆转动安装在曝气池的内壁上。

本发明的有益效果：

通过原位放电和异位预处理的控制的，实现臭氧等活性物质和紫外、震动能量的最佳降解组合，解决等离子体装置在处理废水过程中等优势不同步问题：通过异位预处理的两级曝气池控制，可以将臭氧的降解作用最大化，控制难降解有机物、大分子有机物的破坏、断链，进而在紫外光催化作用下快速实现小分子降解，提高整体处理速率。特别的，本发明的臭氧一级曝气池的预曝气对时间和空间的控制需严格执行，且有别于单纯的臭氧氧化技术。本发明中预曝气使水体中富含臭氧，同时控制停留时间能够让污水中有机物和臭氧混合均匀，在进入原位放电模块时，实现紫外-臭氧-催化的最佳降解组合，进而有效提高该方法对污染物中特别是难降解有机物的降解。降解效率将同功耗情况下对COD的去除率提升30％以上；得益于原位放电单元和异位处理单元的分时控制，本发明具备连续进水的能力，即可实现大体量的污水的治理工作；排水回流通道可控制处理污水的回流比，使得进出水水质指标控制更加方便，增加了该系统处理污水的弹性范围和处理深度；通过原位放电单元和异位预处理单元的优势同步后，使得低温等离子的工业化应用的最大阻碍能量效率偏低问题得到缓解，处理时长大幅缩短，效率显著提升，还可以实现规模化处理；

通过皮带轮组带动连接套转动，连接套通过基板带动多个曝气支管沿着曝气池旋转；同时，利用伸缩扩张机构，使得在曝气支管在旋转的基础上，沿着曝气池往返进行移动；以及通过齿轮组件带动搅拌桨进行转动，使得曝气产生的气体可以在曝气池内均匀地分散，并大大提高曝气的作用面积。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统流程图；

图2为原位放电单元的结构示意图；

图3为异位预处理单元的结构示意图；

图4是本发明皮带轮组与曝气池连接关系的结构示意图；

图5是本发明分散装置的结构示意图；

图6是本发明伸缩扩张机构的结构示意图；

图7是本发明齿轮连接件的结构示意图。

图中：11、交流高电压发生器；12、高压电极；13、阻挡介质；14、非均相催化床；15、接地电极；16、进气通道；17、排气通道；18、进水通道；19、排水通道；110、放电通道；21、一级曝气池；22、二级曝气池；23、曝气管；24、曝气头；25、曝气泵；31、排水回流通道；

231、皮带轮组；232、连接套；233、基板；234、连接软管；235、曝气支管；236、曝气孔；237、主动齿轮；238、从动齿轮；239、搅拌轴；2310、支杆；2311、搅拌桨；2312、连接杆；2313、凹槽；2314、滑槽；2315、安装块；2316、滑杆；2317、弹簧；2318、球体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-3所示，本发明为一种新型的等离子污水处理系统，包括原位放电单元、异位预处理单元和连接单元；

原位放电单元通过连接单元与异位预处理单元连接；

原位放电单元是以等离子放电装置为核心的放电发生单元；原位放电单元包括交流高电压发生器11、高压电极12、阻挡介质13、非均相催化床14、接地电极15、进气通道16、排气通道17、进水通道18、排水通道19、放电通道110；交流高电压发生器11与高压电极12相连，高压电极12与阻挡介质13相连，阻挡介质13和非均相催化床14之间组成放电通道110，非均相催化床14与接地电极15相连，进水通道18上安装有进水泵，进水通道18的一端连接放电通道110、另一端连接曝气池；放电通道110远离进水通道18的一端连接有排水通道19，阻挡介质13的两侧上分别安装有进气通道16和排气通道17；原位放电单元是以低温等离子发生器为核心的单元，主要在局部利用高压产生电流丝，在窄通道内击穿空气形成臭氧、羟基自由基、氧自由基、烷氧基、激发态氧分子等活性物质的等离子束，其中大部分自由基和激发态分子在纳秒到微秒的时间内即失去活性，而其中臭氧的时效性在远长于活性自由基，能达到几十分钟；放电单元在高压形成的电流击穿空气的同时，伴随着紫外光辐射、超频振动等形式的能量，这部分能量不随流体运动而转移，是具有即时性的；

异位预处理单元是以两级串联的水池为核心的预曝气处理单元，异位预处理单元包括曝气池、曝气管23、曝气头24、曝气泵25；曝气池包括一级曝气池21和二级曝气池22，一级曝气池21与二级曝气池22串联连接，曝气池内设置有曝气管23，曝气管23的进气端处设置有曝气泵25，曝气管23的出气端处均匀设置有多个曝气头24；异位预处理单元的主要设计是延长可转移活性物质与处理污水的接触时间，同时部分可转移活性物质本身具有降解能力，在本发明中，该可转移活性物质主要是以臭氧为代表的活性物质。但受限于臭氧的半衰期只有几十分钟，其在水中浓度衰减较快，因此需要控制其进入等离子装置的停留时间。臭氧的异位预处理，发明的设计思路切合实际运行效果，UV/O₃/催化剂的降解效率要高于单独UV处理、臭氧处理；

连接单元包括排水回流通道31；排水回流通道31的一端与排水通道19连接、另一端与二级曝气池22连接；连接单元的设计是保证原位放电单元和异位预处理单元的有序连通，同时使本发明设计具备连续运行能力和出水水质可调的功能。

其中，非均相催化床14设计为光催化氧化的固定床或臭氧催化氧化的固定床，催化剂范畴包括但不限于具有催化效果的二氧化钛等钛族催化剂、铑和钯等稀有金属复合催化剂、过渡金属复合催化剂(如Al、Cu、Mn等)和活性炭等无机类催化剂等；流体经过催化剂固定床，在放电通道110范围内的紫外光、高能电子辐射对经过预处理的富含臭氧、激发态分子的污水进行光催化氧化降解，使臭氧等物质定向的向羟基自由基等物质快速有序转化，充分利用即时性的且不可转移的紫外光能，提高处理废水中活性物质浓度；

一级曝气池21的水流停留时间为0.5-20min，二级曝气池22水流停留时间为1-2h；两级曝气池水利停留时间精确控制，使其在进入放电区时，保持较高的臭氧浓度，进一步的使臭氧在紫外光、高能电子辐射、冲击波等形式的能量下转化成预期目标的具备强降解能力的活性组分，包括过氧自由基和羟基自由基等，加速有机物的去除和矿化；

一级曝气池21为封闭池，通过进排水管和进排气管与进水通道18和二级曝气池22相连，二级曝气池22不做特殊要求；一级曝气池21的溢出气体可以无动力的进入二级曝气池22，提高曝气效率和气体中物质在水中的溶解率。

实施例2

请参阅图4-7所示，基于上述实施例1，为了实现曝气池内的曝气管23，可以具有更大的曝气范围，以及提高在水中曝气的均匀性，曝气管23采用直型管，曝气管23延伸至曝气池内；曝气管23上设置有分散装置，该分散装置包括皮带轮组231、连接套232、基板233、连接软管234、曝气支管235、曝气孔236；

基板233对称设置有两组，分别安装在曝气池的内壁上，基板233为环形板，基板233的中部设置有用于设置曝气管23的贯穿孔，两个基板233之间通过伸缩扩张机构环形阵列设置有多个曝气支管235，曝气支管235的侧壁上均匀设置有多个曝气孔236；曝气管23通过连接软管234与曝气支管235连接，其中一个基板233上设置有连接套232，连接套232延伸出曝气池，并与曝气池通过密封轴承连接，连接套232上设置有皮带轮组231；通过皮带轮组231带动连接套232转动，连接套232通过基板233带动多个曝气支管235沿着曝气池旋转；并且由于该曝气管23和曝气支管235呈水平放置，使得该气体可以充分分散在曝气池中；

其中，连接套232通过密封轴承与曝气管23转动连接；

伸缩扩张机构包括滑槽2314、安装块2315、滑杆2316、弹簧2317、球体2318，基板233的侧壁上环形阵列设置有滑槽2314，滑槽2314内设置有滑杆2316，滑杆2316的一端延伸至基板233内的贯穿孔，并与球体2318连接，滑杆2316的另一端设置有安装块2315，滑杆2316与基板233滑动连接，滑杆2316上套设有弹簧2317，弹簧2317的一端与滑槽2314的内壁连接，弹簧2317的另一端与安装块2315连接；在曝气管23的侧壁上设置有环形阵列设置有多个与球体2318相适配的凹槽2313；凹槽2313为弧形槽；

所以，当皮带轮组231带动基板233上的曝气支管235进行转动时，伸缩扩张机构也将跟随进行旋转，此时球体2318将沿着曝气管23进行转动，利用曝气管23上的凹槽2313设计，以及滑杆2316和弹簧2317的配合，使得曝气支管235将沿着滑槽2314往复移动，从而使得在曝气支管235在旋转的基础上，沿着曝气池往返进行移动，从而进一步扩大了曝气的范围；

基板233上设置有齿轮连接件，并通过齿轮连接件与搅拌机构连接，搅拌机构以环形阵列的方式安装在曝气池的内腔侧壁位置处；

搅拌机构包括搅拌轴239、支杆2310、搅拌桨2311，搅拌轴239水平设置，搅拌轴239上设置多个搅拌桨2311，搅拌轴239的两端通过支杆2310转动安装在曝气池的内壁上；

齿轮连接件包括主动齿轮237、从动齿轮238、连接杆2312，基板233的侧壁上设置有连接杆2312，并通过连接杆2312与主动齿轮237连接，主动齿轮237与从动齿轮238啮合连接，从动齿轮238安装在搅拌轴239的两端；

工作时，皮带轮组231带动基板233转动，基板233通过主动齿轮237和从动齿轮238之间的啮合作用，将带动搅拌轴239进行转动，搅拌轴239带动搅拌桨2311进行转动，从而加大曝气池内水的流动性，使得水可以更好地与曝气的气体溶解。

本发明的工作原理：在使用该新型的等离子污水处理系统时，先开启进水泵，使液相流过放电通道110的非均相催化剂固定床，启动时回流管路设置成100％回流。开启低温等离子体放电装置，开启进气泵，气相以水流相反方向进出气，电离产生的富含活性组分的物质连同未电离的空气一道先进入一级曝气池21，再通过管路进入二级曝气池22；处理一定时长后，调节回流管路，设置合适的回流比；同时进气泵可设置成连续小气量进气，也可设置成间歇式进气；待处理效果稳定后，将污水连续输入二级曝气池22，进入系统处理，通过排水管将达标污水排出系统；

曝气的气体沿着曝气管23输入到曝气池内，然后连接软管234分流进入到各个曝气支管235内，并从曝气孔236进入到水中，同时通过皮带轮组231带动连接套232转动，连接套232通过基板233带动多个曝气支管235沿着曝气池旋转；

当皮带轮组231带动基板233上的曝气支管235进行转动时，伸缩扩张机构也将跟随进行旋转，此时球体2318将沿着曝气管23进行转动，利用曝气管23上的凹槽2313设计，以及滑杆2316和弹簧2317的配合，使得曝气支管235将沿着滑槽2314往复移动，从而使得在曝气支管235在旋转的基础上，沿着曝气池往返进行移动；

并且皮带轮组231带动基板233转动时，基板233通过主动齿轮237和从动齿轮238之间的啮合作用，将带动搅拌轴239进行转动，搅拌轴239带动搅拌桨2311进行转动。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种等离子污水处理系统，其特征在于，包括原位放电单元、异位预处理单元和连接单元；原位放电单元通过连接单元与异位预处理单元连接；原位放电单元的交流高电压发生器(11)与高压电极(12)相连，高压电极(12)与阻挡介质(13)相连，阻挡介质(13)和非均相催化床(14)之间组成放电通道(110)，非均相催化床(14)与接地电极(15)相连，原位放电单元的进水通道(18)上安装有进水泵，进水通道(18)的一端连接放电通道(110)、另一端连接曝气池；放电通道(110)远离进水通道(18)的一端连接有排水通道(19)，阻挡介质(13)的两侧上分别安装有进气通道(16)和排气通道(17)；

异位预处理单元包括曝气池；曝气池包括一级曝气池(21)和二级曝气池(22)，一级曝气池(21)与二级曝气池(22)串联连接，曝气池内设置有曝气管(23)，曝气管(23)的进气端处设置有曝气泵(25)，曝气管(23)的出气端处均匀设置有多个曝气头(24)；

曝气管(23)采用直型管，曝气管(23)延伸至曝气池内；曝气管(23)上设置有分散装置，分散装置的基板(233)对称安装在曝气池的内壁上，基板(233)的中部设置有用于设置曝气管(23)的贯穿孔，两个基板(233)之间通过伸缩扩张机构环形阵列设置有多个曝气支管(235)，曝气管(23)通过连接软管(234)与曝气支管(235)连接，其中一个基板(233)上设置有连接套(232)，连接套(232)延伸出曝气池，并与曝气池通过密封轴承连接，连接套(232)上设置有皮带轮组(231)；

伸缩扩张机构为：基板(233)的侧壁上环形阵列设置有滑槽(2314)，滑槽(2314)内设置有滑杆(2316)，滑杆(2316)的一端延伸至基板(233)内的贯穿孔，并与球体(2318)连接，滑杆(2316)的另一端设置有安装块(2315)，滑杆(2316)与基板(233)滑动连接，滑杆(2316)上套设有弹簧(2317)；在曝气管(23)的侧壁上设置有环形阵列设置有多个与球体(2318)相适配的凹槽(2313)。

2.根据权利要求1所述的一种等离子污水处理系统,其特征在于，连接单元包括排水回流通道(31)；排水回流通道(31)的一端与排水通道(19)连接、另一端与二级曝气池(22)连接。

3.根据权利要求1所述的一种等离子污水处理系统,其特征在于，非均相催化床(14)为光催化氧化的固定床或臭氧催化氧化的固定床。

4.根据权利要求1所述的一种等离子污水处理系统,其特征在于，一级曝气池(21)的水流停留时间为0.5-20min，二级曝气池(22)水流停留时间为1-2h。

5.根据权利要求1所述的一种等离子污水处理系统,其特征在于，凹槽(2313)为弧形槽。

6.根据权利要求5所述的一种等离子污水处理系统,其特征在于，基板(233)上设置有齿轮连接件，并通过齿轮连接件与搅拌机构连接，搅拌机构以环形阵列的方式安装在曝气池的内腔侧壁位置处。

7.根据权利要求6所述的一种等离子污水处理系统,其特征在于，齿轮连接件为：基板(233)的侧壁上设置有连接杆(2312)，并通过连接杆(2312)与主动齿轮(237)连接，主动齿轮(237)与从动齿轮(238)啮合连接，从动齿轮(238)安装在搅拌轴(239)的两端。

8.根据权利要求7所述的一种等离子污水处理系统,其特征在于，搅拌机构包括搅拌轴(239)，搅拌轴(239)上设置多个搅拌桨(2311)，搅拌轴(239)的两端通过支杆(2310)转动安装在曝气池的内壁上。

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