CN207330423U - 一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置，方法如下：将废水与工作气体进行均匀混合后，由等离子体废水处理装置的顶部进入到低温等离子体环境中，气水混合物通过等离子体废水处理装置内部的锥形布水器进行分布，在锥形布水器表面形成均匀的气液混合薄膜；均匀的气液混合薄膜在低温等离子体环境下混合放电产生活性基团与水中的有机污染物直接接触和发生反应。本实用新型采用气液混合器将废水与工作气体均匀混合后通入到等离子体反应器中，并且利用锥形布水器使气水混合物形成薄厚适中、均匀的气液混合薄膜，形成的气液混合薄膜放电产生活性基团与水污染物直接接触并反应，提高污染物的去除率。

Description

一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置

技术领域

本实用新型涉及等离子体技术处理废水领域，尤其涉及一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置。

背景技术

随着我国工业化进程的快速发展，大量废水的产生及排放给人们的日常生活和健康都带来了严重的威胁。这些废水的成分复杂，化学需氧量COD高，可生化性差且废水排放量大等，使得传统的生化法、物理法和化学法处理在一定条件下很难达到该类废水水质的净化要求和目标。等离子体技术是近年来发展的一种新型、绿色环保的高级氧化技术，它利用高压放电形成的臭氧、紫外线、高能电子、富集粒子、激发态原子、分子及活性自由基(·OH、·H、·O、·N)等具有氧化性的高活性基团降解有机物，使有毒有害的物质变成无毒无害或低毒的物质，大分子有机物转变为小分子有机物，甚至彻底矿化成CO₂、H₂O和无机盐，从而使得污染物被降解去除。等离子体技术作为一种新兴的环境友好型的高级氧化技术，具有零污染、低排放、适用性广和处理效率高等优点，在废水处理领域具有良好的应用前景。

目前，利用介质阻挡放电产生等离子体处理废水存在三种形式，即气相放电、纯液放电和气液混合放电。其中，气相放电等离子体技术最为常见，但是该种放电形式中工作气与废水是相分离的，放电产生的具有氧化性的活性基团从气相传递到废水中需要一定的时间，而活性基团的寿命有限，瞬时消散，所以真正能与废水参与反应的活性基团数量有限，这样会降低污染物的去除率及去除效率。此外，纯液放电产生等离子体的效果相对较差，所以并不常见。所以，气液混合放电产生等离子体的形式越来越受到重视。

现在已经有一些研究者采用气液混合放电来产生等离子体的方法或技术。如《一种全入水式脉冲放电等离子体废水处理装置》(专利申请号201520611873.6)，通过曝气孔往废水中通入空气使气液两相混合放电产生活性基团与有机污染物直接接触和反应，对废水的处理取得了良好的效果，但其主要的缺点是曝气形式使得气液混合的均匀度较差，导致反应器中等离子体产生速度的不均匀，废水的污染物去除情况不稳定。《一种线形DBD等离子体有机废水处理装置》(专利申请号201410482440.5)，采用一种水膜与气体混合放电的形式，使废水通过下部的进水管道进入接地电极之间，在接地电极外的石英罩周围形成均匀连续的水膜，外部气源通过进气管道向两绝缘介质板之间输入工作气，从而产生混合放电的等离子体；该方法在气液混合的均匀度上有所改进，但是同样面临气相、产生的等离子体和液相之间传质效果差的问题。《一种等离子体废水处理装置》(专利申请号201520997031.9)，采用了溶气装置，将空气和废水先进行混合后，再进入到等离子体反应装置内进行反应，取得较好的废水处理效果，但该装置采用的是气液混合物直接喷淋在正负电极之间，流速较难控制，水滴较大、不均匀分散，并且气水混合物放电时间较短，激发产生的等离子体的效果相对较差。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置，采用气液混合器将废水与工作气体均匀混合后通入到等离子体反应器中，并且利用锥形布水器使气水混合物形成薄厚适中、均匀的气液混合薄膜，形成的气液混合薄膜放电产生活性基团并与水中的污染物直接接触并反应，提高污染物的去除率。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置，包括反应器、气液混合器、锥形布水器、螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置、高压交流电源；反应器为绝缘的密封壳体，反应器顶端设置有气水混合进口，反应器底端设置有出水口；螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置设置在反应器内；锥形布水器位于螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置的中心处且不与电极相接触，气水混合进口直接引入到锥形布水器的顶部；所述气液混合器分别连接反应器的气水混合进口、空气泵和废水原液储罐；所述螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置连接高压交流电源。

所述螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置包括高压螺旋电极、阻挡介质、接地电极，高压螺旋电极在阻挡介质内部至上向下呈螺旋线形延伸，阻挡介质外部整圈配有网状接地电极，高压螺旋电极和接地电极通过导线连接反应器外部的高压交流电源。

所述阻挡介质的材质为脱羟型的石英玻璃管，所述高压螺旋电极为316L不锈钢材质，螺纹间距为10-50mm，与阻挡介质等长；所述接地电极为316L不锈钢材质的网状电极，长度与阻挡介质等长。

所述锥形布水器为圆锥体结构，其锥形角度为20-45°。

所述反应器包括外套管、底座，底座固定在外套管的底部，外套管的上端通过密封塞和密封环密封，所述外套管与底座的材质为亚克力材质，外套管高径比为2:1-10:1。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型提供了一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置，可有效提高废水处理的能力和效率；

2)本实用新型采用气液混合放电的等离子体技术，先将废水与工作气体以一定比例进行均匀混合后再进入到等离子体环境中；

3)本实用新型采用锥形布水器使气水混合物在其表面形成薄厚适中、均匀的气液混合薄膜，在低温等离子体环境下混合放电产生活性基团与水中的有机污染物直接接触和发生反应，有利于有机污染物与活性基团的接触，提高污染物的去除率；

4)螺旋状电极型式的改进增大了气液混合薄膜与等离子体发生器的接触面积，保证了等离子体的激发效率，最大效率的产生·OH、H₂O₂、O₃等高活性氧化物，降解废水中的有机物，使其矿化成为二氧化碳和水。在一定量废水的条件下，减少了处理时间和处理次数。

附图说明

图1是本实用新型一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置的结构示意图。

图中：1-密封环、2-高压交流电源、3-气液混合器、4-空气泵、5-废水原液储罐、6-密封塞、7-外套管、8-接地电极、9-阻挡介质、10-锥形布水器、11-高压螺旋电极、12-底座、13-处理液收集罐。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的实施方式进一步说明：

一种气液混合膜低温等离子体废水处理方法，具体方法如下：将废水与工作气体进行均匀混合后，由等离子体废水处理装置的顶部进入到低温等离子体环境中，气水混合物通过等离子体废水处理装置内部的锥形布水器10进行分布，在锥形布水器10表面形成均匀的气液混合薄膜；均匀的气液混合薄膜在低温等离子体环境下混合放电产生活性基团与水中的有机污染物直接接触和发生反应。

接通高压交流电源2，通过高压螺旋电极11和阻挡介质9形成介质阻挡放电，激发气液混合薄膜产生活性基团与水中的有机污染物直接接触及反应，使废水中的有机物彻底被矿化为水和二氧化碳。

所述低温等离子体环境由螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置提供，其高压交流电源输出电压为0-30KV，频率为6-7KHz。

所述工作气体与废水混合的气水流速比为1:1-20:1，废水处理反应时间为10-180min。

所述工作气体可为空气、氧气、氮气中的一种或几种气体组合。

一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置，包括反应器、气液混合器3、锥形布水器10、螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置、高压交流电源2；反应器为绝缘的密封壳体，反应器顶端设置有气水混合进口，反应器底端设置有出水口；螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置设置在反应器内；锥形布水器10位于螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置的中心处且不与电极相接触，气水混合进口直接引入到锥形布水器10的顶部；所述气液混合器3分别连接反应器的气水混合进口、空气泵4和废水原液储罐5；所述螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置连接高压交流电源2。

所述螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置包括高压螺旋电极11、阻挡介质9、接地电极8，高压螺旋电极11在阻挡介质9内部至上向下呈螺旋线形延伸，阻挡介质9外部整圈配有网状接地电极8，高压螺旋电极11和接地电极8通过导线连接反应器外部的高压交流电源2。螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置的底部设有底盖，该底盖安装在阻挡介质9的下端，其上设有通孔。

所述阻挡介质9的材质为脱羟型的石英玻璃管，所述高压螺旋电极11为316L不锈钢材质，螺纹间距为10-50mm，与阻挡介质9等长；所述接地电极8为316L不锈钢材质的网状电极，长度与阻挡介质9等长。

所述锥形布水器10为圆锥体结构，其锥形角度为20-45°。该结构的布水器，其表面气液混合薄膜激发产生的活性基团浓度高，并且薄膜厚度适中、分布更加均匀，有利于有机污染物与活性基团的接触，提高污染物的去除率。

所述反应器包括外套管7、底座12，底座12固定在外套管7的底部，外套管7的上端通过密封塞6和密封环1密封，所述外套管7与底座12的材质为亚克力材质，外套管7的高径比为2:1-10:1。

考虑到阻挡介质8壳体的耐高温性、透光性等要求，阻挡介质8的优选材质为脱羟型的石英玻璃管，玻璃管外径及长度应小于外套管7的内径及高度，且有足够的间距。阻挡介质8的上端与密封塞5固定连接，高压螺旋电极11也由密封塞6固定，上端伸出密封塞6连接高压交流电源2。

气液混合器3包括壳体、进气管、进水管和气水混合管，进水管连接废水原液储罐5和高压水泵。气水混合管连接反应器顶部的气水混合进口。

气水混合物通过气水混合管进入到高压螺旋电极11内时，通过锥形布水器10在其表面形成均匀连续的气液混合薄膜，在高压交流电源的作用下，激发气液混合薄膜产生活性基团，形成高密度的活性基团区域，气液混合薄膜与该活性基团区域接触，使得其中的有机污染物与活性基团相互作用，从而达到氧化降解水中污染物的目的。

实施例1：高浓度难降解废水预处理

某焦化厂废水的原水水质如表1所示。

表1某焦化厂废水的原水水质

取焦化废水原水，原水pH＝8.5，利用空气泵4和高压水泵以8:1的气水流速比混合氧气和废水，将混合均匀的气水混合物引入到反应器中，反应器外套管7的高径比为3：1。锥形布水器10的锥形角度为30°，气水混合物在其表面形成均匀的气液混合薄膜。整个反应在电压10KV下进行，电源频率为7KHz。反应90min后，取样测定COD、挥发酚和色度，处理后的水质如表2所示。

表2等离子体装置处理后出水水质(实施例1)

实施例2：低浓度难降解废水深度处理

某焦化厂生化处理后二沉池出水水质如表3所示。

表3某焦化厂生化处理后二沉池的出水水质

取焦化废水二沉池出水，原水pH＝6.5，利用空气泵4和高压水泵以8:1的气水流速比混合空气和废水，将混合均匀的气水混合物引入到反应器中，反应器外套管7的高径比为3:1。锥形布水器10的角度为30°，气水混合物在其表面形成均匀的气液混合薄膜。整个反应在电压5KV下进行，电源频率为6KHz。反应45min后，取样测定COD和色度，处理后的水质如表4所示。

表4等离子体装置处理后出水水质(实施例2)

以上举例仅为本实用新型的有限的具体实施例。需注意的是，本实用新型不限于以上实施例，本领域的技术人员通过上述实施例产生联想和变形，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置，其特征在于，包括反应器、气液混合器、锥形布水器、螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置、高压交流电源；反应器为绝缘的密封壳体，反应器顶端设置有气水混合进口，反应器底端设置有出水口；螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置设置在反应器内；锥形布水器位于螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置的中心处且不与电极相接触，气水混合进口直接引入到锥形布水器的顶部；所述气液混合器分别连接反应器的气水混合进口、空气泵和废水原液储罐；所述螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置连接高压交流电源。

2.根据权利要求1所述的一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置，其特征在于，所述螺旋状电极的介质阻挡放电等离子体装置包括高压螺旋电极、阻挡介质、接地电极，高压螺旋电极在阻挡介质内部至上向下呈螺旋线形延伸，阻挡介质外部整圈配有网状接地电极，高压螺旋电极和接地电极通过导线连接反应器外部的高压交流电源。

3.根据权利要求2所述的一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置，其特征在于，所述阻挡介质的材质为脱羟型的石英玻璃管，所述高压螺旋电极为316L不锈钢材质，螺纹间距为10-50mm，与阻挡介质等长；所述接地电极为316L不锈钢材质的网状电极，长度与阻挡介质等长。

4.根据权利要求1所述的一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置，其特征在于，所述锥形布水器为圆锥体结构，其锥形角度为20-45°。

5.根据权利要求1所述的一种气液混合膜低温等离子体废水处理装置，其特征在于，所述反应器包括外套管、底座，底座固定在外套管的底部，外套管的上端通过密封塞和密封环密封，所述外套管与底座的材质为亚克力材质，外套管高径比为2:1-10:1。