CN1557731A - 滑动弧放电等离子体有机废水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滑动弧放电等离子体有机废水处理装置。在反应罩的绝缘底座上装有与高压电源相连的刀型分叉电极，绝缘底座中部有与废水槽相连的废液收集槽，槽口上装有雾化喷嘴，反应罩的上部装有气体采样口、排气管道，排气管道外装有冷却水套，压缩空气和废水槽分别通过导管一起接入雾化喷嘴。废水和压缩空气通过空气雾化喷嘴形成待处理的废水水雾，气水混合物推动起弧端形成的滑动电弧向下游移动产生气液混合体滑动弧放电，产生臭氧、紫外线、高能电子、电解作用、OH和O等活性粒子直接作用于被处理的废水，实现在线放电处理。本发明尤其用于难降解高浓度有机废水的处理，有机废水浓度无论多高通过处理后COD、BOD等去除率均可达99％以上。
Description
所属技术领域
本发明涉及废水处理装置，尤其涉及一种滑动弧放电等离子体有机废水处理装置。
背景技术
对有机废水的处理尤其是高浓度有机废水的处理仍然是一棘手的问题，困扰着化工制药等产业，现有技术中对废水处理方法很多，常规推荐使用的生化法、电解法和絮凝法等均难以解决含复杂有机物的废水处理问题，这也是环境保护急需解决的问题。采用低温等离子体化学方法处理工业废水的研究在国际上时间不长，已提出的方法有高能电子束法和水中脉冲放电处理法。由于水的密度远远大于气体的密度、当电子射向水而时，高能电于在与水分子的频繁碰撞中很快失去动能，其透入深度十分微小，因而难于处理大流量的水。水中脉冲放电法利用在水中进行脉冲电弧放电处理水、放电部分与水的接触只局限于两电极间的一条放电通道，接触积小，主要依靠放电产生的冲击波在水中的传播起杀菌作用，对有害物质的分子起作用的只局限于与放电通道接触的部分。因此，这两种方法都难于实现大规模的处理。
滑动弧放电等离子体是近几年来刚出现的一项新技术，并被应用在环境保护技术上，这种方法可以在大气压或更高压力下产生非平衡等离子体，国外近年来有利用滑动弧放电技术治理H2S、SO2、N2O等废气的研究报道，但国内外尚未有利用滑动弧放电治理废水的研究或报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种滑动弧放电等离子体有机废水处理装置，采用滑动弧放电等离子体适用于处理难降解高浓度有机废水。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是它包括：在反应罩的底部从下至上依次装有绝缘底座，绝缘底座两侧对称的绝缘支柱上分别装有下大上小的、与高压电源相连的刀型分叉电极并形成起弧端，绝缘底座中部有与废水槽相连的废液收集槽，废液收集槽槽口装有固定在绝缘底座上的喷嘴，反应罩的上部依次装有气体采样口、排气管道，排气管道外装有用导液管与液体收集瓶相连的冷却水套，空气压缩机的压缩空气和废水槽的废水分别通过导管一起接入喷嘴。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：本发明的等离子体废水处理与目前废水处理行业主要是生化法相比较，等离子废水处理器有较高的优势，(1)它可以连续处理废水，不需要较长的停留时间，有机污染物去除无选择性；(2)制造电极的原料廉价，系统占地面积小，操作与维修方便，可以比较容易地实现自动化控制，以保证处理的质量；(3)不需要添加药剂等消耗品，只需电力，方便易得。
本发明可采用间隙式和连续式，如制造单一的设备，用于废水量产出较小的工厂等，连续式可广泛用于废水量产出较大的工厂。主要用于难降解的高浓度有机废水，如化工反应、染料、印染、发酵、制药、造纸等行业产生的废水。有机废水浓度无论多高通过处理后COD、BOD等去除率均可达99％以上。
附图说明
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
附图为本发明的结构示意图。
图中：1空气压缩机，2高压绝缘线，3绝缘底座，4绝缘支柱，5刀型分叉电极，6反应罩，7废水槽，8高压电源，9废液收集槽，10喷嘴，11起弧端，12滑动电弧，13储液槽，14导液管，15气体采样口，16排气管道，17冷却水套，18尾气。
具体实施方式
如附图所示，本发明包括：在反应罩6的底部从下至上依次装有绝缘底座3，绝缘底座3两侧对称的绝缘支柱4上分别装有下大上小的、与高压电源8相连的刀型分叉电极5并形成起弧端11，绝缘底座3中部有与废水槽7相连的废液收集槽9，废液收集槽9槽口装有固定在绝缘底座3上的喷嘴10，反应罩6的上部依次装有气体采样口15、排气管道16，排气管道16外装有用导液管14与液体收集瓶13相连的冷却水套17，空气压缩机1的压缩空气和废水槽7的废水分别通过导管一起接入喷嘴10。
所说的喷嘴10，其喷口直径为1～5mm，型号可采用SUJ11，SUJ12等。
所说的起弧端11处的刀型分叉两电极5之间距离最小处为2～5mm。
绝缘底座3，由聚四氟乙烯制成，起着固定支撑作用；绝缘支柱4，由聚四氟乙烯制成，支撑电极；刀型分叉电极5，由铝合金材料制成；反应罩6，由白铁皮制成；导液管14，由白铁皮制成；排气管道16，由白铁皮制成；
等离子废水处理方法是接通10KV交流高压电源8，废水溶液从储水槽7中通过气体引射吸出，空气压缩机1的压缩空气和废水槽7.的废水通过空气雾化喷嘴10喷出气水混合物的速度大于10m/s，产生小于15微米的废水雾化颗粒，废水水雾推动起弧端11形成的滑动电弧12向下游移动产生滑动弧放电，在常压下获得非平衡等离子体，产生臭氧、紫外线、高能电子、电解作用、OH和O等活性粒子直接作用于被处理的废水，实现在线放电处理，并使废水转变为无害物。处理时间主要由水雾在滑动弧放电区域停留的时间决定，水雾流量由喷嘴10调节。通过气体采样口15进行采样，尾气18通过排气管道16排出，在冷却水套17的冷却下，水汽冷凝成液体，通过导液管14流入储液槽13。
本发明所述的废水处理方法及装置可以起到以下作用：
在滑动弧放电等离子体中，每根滑动电弧就是一个等离子体通道，在等离子体通道内的高温、高压下将产生大量的高能电子、离子、自由基等粒子等，如下列各反应式：
高能电子和活性自由基(O、OH、eaq -、HO2 -等)将轰击和氧化有机物分子，使其最终降解为CO2和H2O等无害物质。同时，由于高温、高压等离子体通道的产生，伴随着强烈的紫外光(波长75～185nm)及巨大的冲击波(3～10Gpa)，使得在等离子体通道领域及其外部区域的溶液中引起以下几种物理化学反应过程：臭氧氧化、紫外线光解、液电空化降解和超临界水氧化降解。美国加利福尼亚技术研究所韦尔伯等人采用液电脉冲等离子体对氯酚，TNT等有机物进行降解实验。经过1分钟时间，约200次的高能放电(每次放电耗能4～7KJ)，使这几种有机物的去除率达到99％。
当等离子体通道形成以后，由于其具有高温，它就好像一个向外辐射出强烈紫外光的光源，所辐射的紫外光立刻被等离子体通道周围的雾化液滴吸收，促使水中的溶解氧产生激发态氧原子与有机物分子作用，达到氧化有机物的目的。
由于等离子体通道的向外迅速扩张引起的巨大冲击压力波，借助于液电空化(气泡)效应，直接作用于有机物分子对其进行热解和自由基的降解反应。
由于等离子体通道的热量向周围雾化液滴传输，导致了许多蒸汽泡的产生。在这些气泡内，温度和压力高的足以形成暂态的超临界水。因此，气泡内的有机物及氧气与超临界水完全互溶，使有机物自发开始氧化。
综上所述，滑动弧放电等离子体降解有机物的过程相当复杂，是一个多种氧化相互交替的过程。
本发明的处理实例如下，方法的工艺条件是：7000～10000伏电压，频率50Hz，刀型分叉电极长160mm，宽35mm，厚2.5mm，喷嘴喷口直径1mm，喷嘴中空气压力0.3～1.5MP，实验用品采自某药厂制药废水和生产DSD酸的浓缩废液。
实验1#
实验用品：制药废水
实验条件：电压10kV，废液流量42.4ml/min，气体流量11.2l/min，载气空气。
制药废水(单位：mg/l)
测试项 未采用本技 采用本技术
目 术
CODCr 1570 17
BOD5 1340 19
NH3-N 1200 13
实验2#
实验用品：生产DSD酸的浓缩废液
实验条件：电压10kV，废液流量40.9ml/min，气体流量10.7l/min，载气空气。
制药废水(单位：mg/l)
测试项 未采用本技 采用本技术
目 术
CODCr 1.46×105 97
BOD5 4660 37
NH3-N 8040 29
测量方法
BOD5：稀释与接种法GB7488-87
CODCr：重铬酸钾法GB11914-89；
NH3-N：纳氏试剂比色法GB7479-87；
实验结果表明有机废水经过本工艺处理后有害物去除效果很好。
Claims (3)
1、一种滑动弧放电等离子体有机废水处理装置，其特征在于包括：在反应罩(6)的底部从下至上依次装有绝缘底座(3)，绝缘底座(3)两侧对称的绝缘支柱(4)上分别装有下大上小的、与高压电源(8)相连的刀型分叉电极(5)并形成起弧端(11)，绝缘底座(3)中部有与废水槽(7)相连的废液收集槽(9)，废液收集槽(9)槽口装有固定在绝缘底座(3)上的喷嘴(10)，反应罩(6)的上部依次装有气体采样口(15)、排气管道(16)，排气管道(16)外装有用导液管(14)与储液槽(13)相连的冷却水套(17)，空气压缩机(1)的压缩空气和废水槽(7)的废水分别通过导管一起接入喷嘴(10)。
2、根据权利要求1所述的一种滑动弧放电等离子体有机废水处理装置，其特征在于：所说的喷嘴(10)，其喷口直径为1～5mm。
3、根据权利要求1所述的一种滑动弧放电等离子体有机废水处理装置，其特征在于：所说的起弧端(11)处的刀型分叉两电极(5)之间距离最小处为2～5mm。
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