CN206692392U - 一种湿壁放电等离子体协同臭氧曝气污水处理装置 - Google Patents

Abstract

一种湿壁放电等离子体协同臭氧曝气污水处理装置，该装置包括反应器，所述的反应器包括溢流槽、下水箱、高压电极、接地电极以及套设在一起的内介质管和外介质管，所述的高压电极嵌设在所述的内介质管中，所述的接地电极套设在所述外介质管的外管壁上，所述的溢流槽连通在所述外介质管的上端，所述的下水箱连通在所述外介质管的下端。该装置在气‑液界面放电的基础上，将放电区的气体引入水中，充分利用放电过程产生的O₃，提高放电等离子体的效率，同时减少O₃二次污染。

Description

一种湿壁放电等离子体协同臭氧曝气污水处理装置

技术领域

本实用新型属于低温等离子体的应用技术领域，具体涉及到一种湿壁放电等离子体协同臭氧曝气污水处理装置。

背景技术

水是生命之源，我国是世界上缺水严重的国家。随着社会经济的高速发展，我们对水资源的需求日趋增加。与此同时，生活污水和工业废水的排放也在逐年递增，严重威胁我国的水资源环境，使得我们面临的水资源短缺形势变得更加严峻。因此，废水的有效处理十分必要。然而，由于污水，尤其是工业废水含有众多难降解有毒污染物。这些物质在水中不断富集，严重危害生态环境和人体健康。传统的废水处理工艺很难满足日益复杂的水质处理要求，开展难降解废水处理的新技术已成为当前水污染处理的新热点。

近年来，等离子体技术成为环境污染控制领域的研究热点，吸引了众多学者的关注。等离子体被认为是物质的第4态，其中含有离子、电子、激发态原子和分子、自由基等。等离子体水处理技术的核心原理是利用高压放电产生的高能电子、活性自由基(·O、·H、·OH、·HO₂等)和强氧化性分子(O₃、H₂O₂等)，以及紫外光等作用降解水中有机物。它集自由基氧化、紫外光解、高温热解、液电空化降解以及超临界水氧化等多种氧化技术于一体。因此，等离子体技术被认为是一种具有良好发展前景的废水高级氧化技术(Advanced OxidationProcesses，简称AOPs)。

目前，在各类文献中用于水处理的等离子体反应装置种类繁多。但是，这些装置都存在一些问题，比如：采用气相放电，液体未能直接暴露在放电区，效率低；采用气-液界面放电，活性气分的传质效果较差，活性基团的利用率低且臭氧的逸出引起二次污染；采用水中直接放电，放电过程受溶液性质影响，放电不稳定，且电极容易腐蚀。因此，通过在气-液界面放电的基础上，将放电区的气体引入水中，能够充分利用放电过程产生的O₃，对于提高放电等离子体的效率和减少O₃二次污染具有重要意义，为放电等离子体在水处理领域的工业应用提供现实意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术存在的问题，提供一种湿壁放电等离子体协同臭氧曝气污水处理装置，该装置在气-液界面放电的基础上，将放电区的气体引入水中，充分利用放电过程产生的O₃，提高放电等离子体的效率，同时减少O₃二次污染。该装置采用双介质阻挡放电，液体沿湿壁均匀流下，具有性能稳定，效果好，运行简单等优点，具有良好的应用前景。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

一种湿壁放电等离子体协同臭氧曝气污水处理装置，该装置包括反应器，所述的反应器包括溢流槽、下水箱、高压电极、接地电极以及套设在一起的内介质管和外介质管，所述的高压电极嵌设在所述的内介质管中，所述的接地电极套设在所述外介质管的外管壁上，所述的溢流槽连通在所述外介质管的上端，所述的下水箱连通在所述外介质管的下端，所述的下水箱为桶状，其直径大于所述外介质管的直径。

所述溢流槽的顶部封闭，底部连通所述外介质管的上端，所述溢流槽的槽壁上分别设有进气管和进水管。

所述下水箱的箱壁上分别设有出水管、抽气管和曝气进气管，所述下水箱的底部还设有曝气管，所述的曝气进气管一端连通所述的曝气管，另一端通过气泵连通所述的抽气管，所述的抽气管设在所述下水箱水面以上的箱壁上，所述的出水管设在所述下水箱水面以下的箱壁上。

设在所述溢流槽槽壁上的进水管通过液体循环泵连通设在所述下水箱箱壁上的出水管。

所述内介质管的下端封闭；所述内介质管的上部嵌插在所述溢流槽的顶板上。

所述的接地电极为金属制的管筒或弹簧圈；所述的高压电极为金属棒，嵌入所述的内介质管中。所述的气泵为鼓泡气泵。

所述的接地电极连接接地极，所述的高压电极连接等离子体电源，所述的等离子体电源为高频高压交流电源或高压脉冲电源。

本实用新型工作原理：将待处理废水输送至反应器的溢流槽，液体沿外介质管内壁均匀流过位于外介质管和内介质管之间的湿壁放电区，最后液体汇集于下水箱。同时，通过鼓泡气泵将放电区的活性气体抽出向下水箱的液体曝气，处理后的液体通过出水管排出。

所述的臭氧曝气的臭氧来源于高压放电产生。

本实用新型的有益效果体现在：

(1)等离子技术用于水处理具有处理高效迅速，污水处理效果好，消毒力强，不产生任何二次污染等特点。

(2)采用双介质阻挡放电，有效保护了电极；

(3)形成的湿壁水幕使废水均匀分布在外介质管内壁，有利于废水充分暴露在放电区，增加与活性物质接触几率；

(4)反应器内，废水依靠重力自自流，减少动力消耗；

(5)通过将放电区的活性气体引入废水，充分利用放电过程产生的O₃，提高放电等离子体的效率，同时减少O₃二次污染；

(6)通过抽出放电区的活性气体，使放电区的气体稳定流动，压力稳定，有利于均匀放电；

(7)增设液体循环泵，起到内回流作用，增加废水停留时间；

(8)本实用新型运行稳定，方便管理，具有快速、安全、高效等优点，易于集成，在水处理领域具有较高的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

其中，1—高频高压交流电源，2—高压电极，3—接地电极，4—溢流槽，5—下水箱，6—湿壁放电区，7—外介质管，8—内介质管，9—曝气管，10—液体循环泵，11—鼓泡气泵，12—进气管，13—进水管，14—抽气管，15—曝气进气管，16—出水管

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，一种湿壁放电等离子体协同臭氧曝气污水处理装置，该装置包括反应器和高频高压交流电源1，所述的反应器包括溢流槽4、下水箱5、高压电极2、接地电极3以及套设在一起的内介质管8和外介质管7，所述的高压电极2嵌设在所述的内介质管8中，所述的接地电极3套设在所述外介质管7的外管壁上，所述的溢流槽4连通在所述外介质管7的上端，所述的下水箱5连通在所述外介质管7的下端。所述内介质管8的下端封闭；所述内介质管8的上部嵌插在所述溢流槽4的顶板上。

所述溢流槽4的顶部封闭，底部连通所述外介质管7的上端，所述溢流槽4的槽壁上分别设有进气管12和进水管13。所述的进气管12设在所述溢流槽4水面以上的槽壁上，所述的进水管13设在所述溢流槽4水面以下的槽壁上。

所述下水箱5的箱壁上分别设有出水管16、抽气管14和曝气进气管15，所述下水箱的底部还设有曝气管9，所述的曝气进气管15一端连通所述的曝气管9，另一端通过鼓泡气泵11连通所述的抽气管14，所述的抽气管14设在所述下水箱5水面以上的箱壁上，所述的出水管16设在所述下水箱5水面以下的箱壁上。

设在所述溢流槽4槽壁上的进水管13通过液体循环泵10连通设在所述下水箱5箱壁上的出水管16。

所述的接地电极3为金属制的管筒或弹簧圈；所述的高压电极2为金属棒，嵌入所述的内介质管8中。

所述的接地电极3连接接地极，所述的高压电极2连接高频高压交流电源1。

采用上述一种湿壁放电等离子体协同臭氧曝气污水处理装置处理废水时，具体使用过程：将待处理废水通过进水管13输送至反应器溢流槽4，当液面高度超过外介质管7的高度时，液体沿外介质管7的内壁均匀流下，打开高频高压交流电源1，在位于高压电极2与接地极3之间的湿壁放电区6进行介质阻挡放电，产生低温等离子体对反应室的废水进行处理。液体沿外介质管7的内壁均匀流下，汇集于下水箱5。同时，通过鼓泡气泵11将放电区的活性气体由下水箱上部的抽气管14抽出，通过曝气进气管15与曝气管9，对下水箱内的液体进行曝气，处理后的液体通过出水管16排出。

废水沿外介质管7的内壁均匀流下，在高频高压交流电源1的作用下，位于高压电极2与接地极3之间的气体会被大量电离，并形成大量的高能电子、活性自由基(·O、·H、·OH等)和强氧化性分子(O₃、H₂O₂等)，同时伴随着强烈的紫外光产生。放电等离子体产生的这些活性物质作用于废水，将废水中的难降解有机污染物氧化降解为低毒小分子，甚至直接矿化为CO₂和H₂O。而且，高压放电产生的活性物质及紫外光可以对废水进行灭菌解毒。放电等离子体产生活性物质(尤其是O₃)经由鼓泡气泵对废水进行曝气，充分利用放电等离子产生的O₃，提高废水的处理效果，避免O₃的二次污染。

反应中的高频高压交流电源1和液体循环泵10，以及鼓泡气泵11的进气量均可调，可以根据出水水质灵活调整，同时也可以根据尾水的出水水质来进行循环多次处理，从而形成了集等离子体、臭氧化等反应为一体，从而可以有效的对水体中的污染物进行去除，达到净化的目的。

该处理装置具有操作简单、去除污染物效率高、设备投资小、处理成本低、可连续催化、适用范围广、快速、高效、无二次污染等优点，尤其是对难降解的有机污染物及有特殊处理要求的污染物效果较为显著，具有可观的潜在应用前景，有望在今后的水体污染处理工艺中得到广泛的推广和运用。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种湿壁放电等离子体协同臭氧曝气污水处理装置，其特征在于：该装置包括反应器，所述的反应器包括溢流槽、下水箱、高压电极、接地电极以及套设在一起的内介质管和外介质管，所述的高压电极嵌设在所述的内介质管中，所述的接地电极套设在所述外介质管的外管壁上，所述的溢流槽连通在所述外介质管的上端，所述的下水箱连通在所述外介质管的下端。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述溢流槽的顶部封闭，底部连通所述外介质管的上端，所述溢流槽的槽壁上分别设有进气管和进水管。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述下水箱的箱壁上分别设有出水管、抽气管和曝气进气管，所述下水箱的底部还设有曝气管，所述的曝气进气管一端连通所述的曝气管，另一端通过气泵连通所述的抽气管，所述的抽气管设在所述下水箱水面以上的箱壁上，所述的出水管设在所述下水箱水面以下的箱壁上。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于：设在所述溢流槽槽壁上的进水管通过液体循环泵连通设在所述下水箱箱壁上的出水管。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述内介质管的下端封闭；所述内介质管的上部嵌插在所述溢流槽的顶板上。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的接地电极为金属制的管筒或弹簧圈；所述的高压电极为金属棒，嵌入所述的内介质管中。