CN1673102A - 用于废水处理的脉冲等离子体气液放电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于废水处理的脉冲等离子体气液放电装置包括具有水平隔板的绝缘筒，水平隔板与筒体下部形成曝气室，在绝缘筒的盖板上拧有金属螺杆，金属螺杆伸入筒端固定有水平板式电极，水平隔板上均布有曝气孔，曝气孔中置有针状电极，针状电极或有轴向通孔或与曝气孔间有间隙，针状电极的针尖露于水平隔板的上方，并与板式电极平行，针状电极和板式电极与脉冲电源输出端相连。处理废水时，曝气室向绝缘筒内的废水曝气，电极放电产生的气相活性粒子，促使气相活性粒子向液相扩散，并与液相产生的活性粒子协同降解有机污染物。该装置结构简单，操作简便，运行成本低。可用于处理难生物降解及有毒有害工业废水和病毒微生物去除净化。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用脉冲电源在气液两相中放电处理废水的装置，属于环境技术和水处理领域。
背景技术
针对目前工业生产中所排放的大量工业废水，其种类繁多，成分复杂，化学需氧量(COD)浓度高，可生化性差，有毒有害等特点，采用常规物化或生化处理技术已很难有效地控制与治理。因此，高级氧化技术成为当今处理难生物降解及有毒有害工业废水的新技术和新方法。
高级氧化技术利用各种活性自由基攻击工业废水中的大分子有机物(或微生物)，破坏其分子结构(或细胞)，从而使有机废水得以净化。但是，由于高级氧化技术存在反应条件苛刻、选择性差、成本高等缺点，致使其在进一步推广上具有一定的局限性和适应范围。最近，一种新型的高级氧化技术，液相电脉冲技术由于高压脉冲放电在电子传输过程能量释放的多样性和其在环境污染治理方面的应用引起了广泛的关注。
液电脉冲技术一般采用高压脉冲电源形成等离子体，它集合高能电子辐射、湿式氧化、化学氧化、光催化氧化等高级氧化技术于一体，系统不需要外加氧化剂，反应体系无需辅以高温、高压或外加光源等技术手段，是一种全新概念的废水处理新技术。水中高压脉冲放电电压上升时间短(＜100ns)，脉冲宽度窄(＜200ns)，因而可以在不使电场内的离子加速的情况下，单使电子加速，从而形成无需屏蔽的高能自由电子，这些高能自由电子将促使有机物的激发裂解或电离。这一过程同时具有物理效应和化学效应，物理效应可形成紫外光和冲击波，其强度取决于放电的能量；化学效应主要促使活性物质的形成，如：OH·、O·、H2O2、O3等各种活性自由基，因而高压脉冲放电处理废水可利用放电形成的紫外光、冲击波以及活性自由基，形成高能电子、紫外线、臭氧等多因素的协同降解作用，增强处理效果，是集光、电、化学氧化于一体的新型水处理技术
气相高压脉冲放电也是通过气相高压放电产生等离子体，从而激发生成活性粒子，去除有机有害恶臭废气，已广范应用于工业有机废气处理工艺中。目前，常用的高压放电等离子体方法水处理反应器的电极结构主要有液面下点(针)—板、线—板、线—筒结构形式，但有混合不均，产生死角，活性自由基产率不高，扩散迁移速率较低等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用液下针尖曝气处理废水的脉冲等离子体气液放电装置，利用针尖曝气在高压脉冲气液两相放电的条件下，产生更多的活性粒子，增强活性物质向液相传质扩散，实现更高效的水体杀菌，提高有机污染物的去除效益。
为达上述目的，本发明有以下两种技术解决方案。
方案1
用于废水处理的脉冲等离子体气液放电装置，包括具有水平隔板的绝缘筒，水平隔板与筒体下部形成曝气室，在绝缘筒的盖板上拧有金属螺杆，金属螺杆的一端伸入筒中，该端固定有水平板式电极，在水平隔板上均布有曝气孔，固定在绝缘筒筒底的针状电极穿越曝气孔并与曝气孔间留有间隙，针状电极的针尖露于水平隔板的上方，并处于同一平面，与水平板式电极平行，在水平隔板上方的筒壁设有进水口和出水口，水平隔板下方的筒壁设有进气孔，针状电极和板式电极分别与脉冲电源的两个输出端相连。
方案2
用于废水处理的脉冲等离子体气液放电装置，包括具有水平隔板的绝缘筒，水平隔板与筒体下部形成曝气室，在绝缘筒的盖板上拧有金属螺杆，金属螺杆的一端伸入筒中，该端固定有水平板式电极，在水平隔板上均布固定有垂直于隔板的针状电极，针状电极的针尖处于同一平面，并与水平板式电极平行，针状电极具有与曝气室相通的轴向通孔，在水平隔板上方的筒壁设有进水口和出水口，水平隔板下方的筒壁设有进气孔，针状电极和板式电极分别与脉冲电源的两个输出端相连。
处理废水时，曝气室通过针状电极的轴向通孔或者通过针状电极与曝气孔的间隙向绝缘筒内的废水曝入空气，脉冲电源通过电极进行放电，气体通过针尖放电时产生气液混合放电形式，使气相放电产生的活性物质迅速地扩散传质到水体中，并与液下曝气水体产生强烈混合，提高活性物质产率，更大程度上提高了处理效率，同时通过螺杆调节板式电极与针状电极的间距，可实现在液面上或液面下的放电方式，出现不同的放电形式，如电晕放电、流柱放电和火花放电形式。通过在水平隔板均布相当数量的针状电极实现均匀分布曝气，能有效地提高气液传质混合，提高处理废水的效率。
本发明装置结构简单，操作简便，利用无价值的空气可以产生更多活性物质，运行成本低。本发明装置在气液两相混合放电环境下，提高了放电强度，从而大大提高了水体中的活性物质的产生效率，增强水处理效果。增强气相活性物质向液相传质扩散，起到了气液混合放电的协同效应。本发明装置可用于处理难生物降解及有毒有害工业废水和病毒微生物去除净化。
附图说明
图1是方案1的脉冲等离子体气液放电水处理装置结构示意图；
图2是方案2的脉冲等离子体气液放电水处理装置结构示意图。
具体实施方式
参照图1，用于废水处理的脉冲等离子体气液放电装置，包括具有水平隔板14的绝缘筒10，绝缘筒可以是绝缘有机玻璃圆筒，水平隔板14与筒体下部形成曝气室12，在绝缘筒的盖板11上拧有金属螺杆3，金属螺杆3的一端伸入筒中，该端固定有水平板式电极4，板式电极可以采用不锈钢圆板，在水平隔板14上均布有曝气孔13，通常使均布区域与板式电极4相对应，与曝气孔相应数量的实心针状电极9穿越曝气孔13固定在绝缘筒10的筒底，针状电极9与曝气孔13间留有间隙，针状电极9的针尖露于水平隔板14的上方，并处于同一平面，与水平板式电极4平行，在水平隔板14上方的筒壁设有进水口6和出水口7，水平隔板14下方的筒壁设有进气孔8，针状电极9和板式电极4分别与脉冲电源1的两个输出端相连，图中2为接地线，5为连接导线。
参照图2，用于废水处理的脉冲等离子体气液放电装置，包括具有水平隔板14的绝缘筒10，水平隔板14与筒体下部形成曝气室12，在绝缘筒的盖板11上拧有金属螺杆3，金属螺杆3的一端伸入筒中，该端固定有水平板式电极4，在水平隔板14上均布固定有垂直于隔板14的针状电极9，通常使针状电极9均布区域与板式电极4相对应，针状电极9的针尖处于同一平面，并与水平板式电极4平行，针状电极9具有与曝气室12相通的轴向通孔15，在水平隔板14上方的筒壁设有进水口6和出水口7，水平隔板14下方的筒壁设有进气孔8，针状电极9和板式电极4分别与脉冲电源1的两个输出端相连，图中2为接地线，5为连接导线。
上述两种方案中所说的脉冲电源为4-37型高功率重复频率脉冲电源，电源参数为：峰值电压1-50KV，脉冲上升前沿80-200ns，脉冲重复频率20-250Hz。
以下为采用本发明装置处理废水的试验比较，以对氯苯酚、邻氯苯酚、甲基红和阳离子红X-GRL为污染物，电源参数：电压峰值(19.6KV)，脉冲前沿(100ns左右)，脉冲频率：(150Hz)，在液下电极间距为2mm(针状电极和板式电极均在水下)，液上电极间距为4mm(针状电极在水下，板式电极在水上)，板式电极与液面距离为1mm，在此条件下，去除效率可达95％以上，电源总能耗小于20W，分别比同条件下无曝气方式的处理效果好20％左右，达到同样去除率时，所需的处理时间短10min，能耗减少25％左右。实验条件和测试数据及结果如表1所示。
表1
| 污染物 | 放电方式 | 曝气量(空气)(L/h) | 初始浓度(mg/L) | 时间(min) | 最终浓度(mg/L) | 去除率(％) | 电源能耗(W) |
| 对氯苯酚 | 液下 | 0100 | 100100 | 3030 | 36.12.5 | 63.997.58 | 18.512.6 |
| 液上 | 060 | 100100 | 3030 | 32.13.5 | 67.996.5 | 19.310.8 | |
| 邻氯苯酚 | 液下 | 0100 | 100100 | 3030 | 25.71.2 | 74.398.8 | 17.59.6 |
| 液上 | 0100 | 100100 | 3030 | 23.82.1 | 76.297.8 | 20.68.6 | |
| 甲基红 | 液下 | 060 | 5050 | 3030 | 12.32.3 | 75.495.4 | 16.58.7 |
| 液上 | 060 | 5050 | 3030 | 13.62.9 | 72.894.2 | 15.47.2 | |
| 阳离子红X-GRL | 液下 | 015 | 5050 | 6060 | 12.11.3 | 75.897.4 | 17.312.1 |
| 液上 | 015 | 5050 | 6060 | 11.61.0 | 76.898.0 | 18.112.6 |
Claims (2)
1.用于废水处理的脉冲等离子体气液放电装置，其特征是包括具有水平隔板(14)的绝缘筒(10)，水平隔板(14)与筒体下部形成曝气室(12)，在绝缘筒的盖板(11)上拧有金属螺杆(3)，金属螺杆(3)的一端伸入筒中，该端固定有水平板式电极(4)，在水平隔板(14)上均布有曝气孔(13)，固定在绝缘筒(10)筒底的针状电极(9)穿越曝气孔(13)并与曝气孔(13)间留有间隙，针状电极(9)的针尖露于水平隔板(14)的上方，并处于同一平面，与水平板式电极(4)平行，在水平隔板(14)上方的筒壁设有进水口(6)和出水口(7)，水平隔板(14)下方的筒壁设有进气孔(8)，针状电极(9)和板式电极(4)分别与脉冲电源(1)的两个输出端相连。
2.用于废水处理的脉冲等离子体气液放电装置，其特征是包括具有水平隔板(14)的绝缘筒(10)，水平隔板(14)与筒体下部形成曝气室(12)，在绝缘筒的盖板(11)上拧有金属螺杆(3)，金属螺杆(3)的一端伸入筒中，该端固定有水平板式电极(4)，在水平隔板(14)上均布固定有垂直于隔板(14)的针状电极(9)，针状电极(9)的针尖处于同一平面，并与水平板式电极(4)平行，针状电极(9)具有与曝气室(12)相通的轴向通孔(15)，在水平隔板(14)上方的筒壁设有进水口(6)和出水口(7)，水平隔板(14)下方的筒壁设有进气孔(8)，针状电极(9)和板式电极(4)分别与脉冲电源(1)的两个输出端相连。
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