申請日2013.10.21
公開(公告)日2015.07.22
IPC分類號C02F1/467
摘要
本發(fā)明公開了輝光放電等離子體水處理方法，包括以下步驟：待處理污水經(jīng)過機械處理后，在污水表面放置同電位的水表面電極，水表面電極為柱形，外包裹有絕緣介質(zhì)，水表面電極接在電源的正極或負極上;污水中放置有與電源負極或正極連接的水中電極，水中電極為裸露的導體材料;水表面電極與污水直接接觸，水表面電極的外表面與水面形成有間隙，接通電源，達到起始放電電壓后，會在前述間隙內(nèi)產(chǎn)生輝光放電，生成等離子體和活性粒子，利用等離子體和活性粒子對污水進行深度處理。本發(fā)明還針對等離子體水處理方法，提供了相應的等離子體水處理裝置。本發(fā)明適用于各種水處理，同時可以去除廢水中微生物、細菌，并能除去廢水散發(fā)出的異味。
權利要求書
1.一種輝光放電等離子體水處理方法，其特征在于，包括以下 步驟：
待處理污水經(jīng)過機械處理后，在污水表面放置同電位的水表 面電極，水表面電極為柱形，外包裹有絕緣介質(zhì)，水表面電 極接在電源的正極或負極上;
污水中放置有與電源負極或正極連接的水中電極，水中電極 為裸露的導體材料;
水表面電極與污水直接接觸，水表面電極的外表面與水面形 成有間隙，接通電源，達到起始放電電壓后，會在前述間隙 內(nèi)產(chǎn)生輝光放電，生成等離子體和活性粒子，利用等離子體 和活性粒子對污水進行深度處理。
2.一種應用權利要求1所述的輝光放電等離子體水處理方法的 水處理裝置，包括一容器，容器有進口和出口，其特征在于， 所述容器內(nèi)的污水中設有水中電極，水中電極通過引線與容 器外的電源的負極或正極連接，水中電極為裸露的板狀導體 材料;
所述容器內(nèi)的污水表面放置同電位的水表面電極，水表面電 極為柱形，外包裹有絕緣介質(zhì)，水表面電極通過引線與容器 外的電源的正極或負極連接;
其中，水表面電極與污水直接接觸，水表面電極的外表面與 水面形成有間隙，通電后，間隙內(nèi)產(chǎn)生輝光放電，生成等離 子體和活性粒子，利用等離子體和活性粒子對污水進行深度 處理。
3.根據(jù)權利要求2所述的水處理裝置，其特征在于，所述的水 表面電極設置在由介質(zhì)板和絕緣支撐架構成的框架內(nèi);
所述的板狀水中電極的一端固定在容器壁上，另一端與另一 側(cè)的容器壁間隔成形有折返口;
所述的框架與水中電極在容器內(nèi)從上至下依次鏡像對稱重 復設置，使得折返口在容器內(nèi)從上至下呈交替設置，最后的 折返口與容器出口連通。
4.根據(jù)權利要求3所述的水處理裝置，其特征在于，所述的水 中電極位于折返口的一端連接有擋板。
5.根據(jù)權利要求4所述的水處理裝置，其特征在于，所述擋板 為傾斜設置，擋板的垂直高度保證流經(jīng)水中電極的污水液面 高度與水表面電極直接接觸。
6.一種輝光放電等離子體水處理方法，其特征在于，包括以下 步驟：
待處理污水經(jīng)過機械處理后，在污水表面放置有平行排列的 水表面電極，水表面電極為柱形，外包裹有絕緣介質(zhì)，平行 排列的水表面電極以交替的方式，分別連接在電源的正極或 負極上;
水表面電極與污水直接接觸，水表面電極的外表面與水面形 成有間隙，接通電源，達到起始放電電壓后，會在前述間隙 內(nèi)產(chǎn)生輝光放電，生成等離子體和活性粒子，利用等離子體 和活性粒子對污水進行深度處理。
7.一種應用權利要求6所述的輝光放電等離子體水處理方法的 水處理裝置，包括一容器，容器有進口和出口，其特征在于， 所述容器內(nèi)的污水表面放置有平行排列的水表面電極，水表 面電極為柱形，外包裹有絕緣介質(zhì)，平行排列的水表面電極 通過引線以交替的方式，分別與容器外的電源的正極或負極 連接;
其中，水表面電極與污水直接接觸，水表面電極的外表面與 水面形成有間隙，通電后，間隙內(nèi)產(chǎn)生輝光放電，生成等離 子體和活性粒子，利用等離子體和活性粒子對污水進行深度 處理。
8.根據(jù)權利要求7所述的水處理裝置，其特征在于，所述的水 表面電極設置在由介質(zhì)板和絕緣支撐架構成的框架內(nèi); 所述的框架的一端固定在容器壁上，另一端與另一側(cè)的容器 壁間隔成形有折返口;
所述的框架在容器內(nèi)從上至下依次鏡像對稱重復設置，使得 折返口在容器內(nèi)從上至下呈交替設置，最后的折返口與容器 出口連通。
9.根據(jù)權利要求8所述的水處理裝置，其特征在于，所述的框 架位于折返口的一端連接有擋板。
10.根據(jù)權利要求9所述的水處理裝置，其特征在于，所述擋板 為傾斜設置，擋板的垂直高度保證流經(jīng)的污水液面高度與水 表面電極直接接觸。
說明書
輝光放電等離子體水處理方法及裝置
技術領域
本發(fā)明屬于廢水處理技術和純凈水凈化領域，具體涉及一種 輝光放電等離子體水處理方法，本發(fā)明還涉及輝光放電等離子體水 表面處理的反應裝置。
背景技術
隨著我國工業(yè)化和城市化的快速推進，廢水種類和數(shù)目增加 迅猛，對水體環(huán)境污染的壓力加重，并威脅生態(tài)安全和居民健康。 現(xiàn)階段工業(yè)廢水類型復雜，主要由冶金廢水、發(fā)電廠廢水、造紙 廢水、煉焦煤氣廢水、化肥廢水、紡織印染廢水等組成，廢水中 主要含有亞硝酸鹽、酸性物質(zhì)、苯、苯的衍生物、氰化物等。實 際上，工業(yè)生產(chǎn)的過程可以排出不同性質(zhì)的廢水，也就是說一種 廢水可能含有不同的污染物和不同的污染效應;即使一套生產(chǎn)裝 置排出的廢水，也可能含有幾種污染物。同樣，在不同的工業(yè)企 業(yè)，雖然產(chǎn)品、原料和加工過程截然不同，也可能排出性質(zhì)類似 的廢水。這就需要多種廢水處理方式共同作用于工業(yè)廢水中。
同時，在我國的一些地方和城市，由于我國實行不同的廢水 排放標準和水質(zhì)標準，達標排放的工業(yè)廢水中仍含有一定濃度的 難處理的污染物，需要進一步深化處理。工業(yè)廢水處理后的達標 排放廢水主要排入市政管網(wǎng)，由城市污水處理廠進行深度處理。
現(xiàn)階段，傳統(tǒng)的污水處理工藝主要分三級：一級處理：通過 機械處理，如格柵、沉淀或氣浮，去除污水中所含的石塊、砂石 和脂肪、油脂等。二級處理：生物處理，污水中的污染物在微生 物的作用下被降解和轉(zhuǎn)化為污泥。三級處理：污水的深度處理， 它包括營養(yǎng)物的去除和通過加氯、紫外輻射或臭氧技術對污水進 行消毒。
在處理污水的過程中，當所需要處理的污水COD<300時，一 般采用活性污泥法或者生物膜法，處理效果好，適應于凈化程度 高和穩(wěn)定程度較高的污水。但這些方法存在耗能高、脫氮除磷效 果不太理想，費用高等不足。當處理稍高濃度污水COD300～800 時，一般采用厭氧生化法，能耗低，有殺菌作用等優(yōu)勢，但是應 該強調(diào)，厭氧處理低濃度污水反應速度慢，生物增長量低，反應 時間長等缺點。處理更高濃度的污水COD>800時，一般都是工廠 排放出來具有一定特征的廢水，需要采用物化法處理，能夠定向 快速的處理廢水液體中的污染物，多種方法結(jié)合共同作用于工業(yè) 廢水。該方法存在處理工藝繁瑣，費用大，容易造成二次污染等 缺點。
在飲用水處理方面，主要采用傳統(tǒng)的混凝、過濾、消毒等自 來水工藝，去除水中的懸浮物、濁度、色度，對溶解性有機物去 除有機物能力相對不足，而且加氯消毒本身還形成了“三致物質(zhì)” (致癌、致畸、致突變)，而且加氯消毒本身還形成了直接影響飲 用者的身體健康。因此，開發(fā)能夠具有快速有效、無二次污染、 費用低、能耗低等特點的廢水處理技術，即等離子體水處理的技 術成為近年來研究的熱點。其中等離子體技術對廢水的深度處理 能夠同時對廢水中難以去除的有機污染物、微生物等進行降解處 理，被認為是最具發(fā)展前景的廢水處理技術。
等離子體水處理的方法主要采用水中通入氣泡，或者空氣中 將待處理液體霧化，或者等離子體射流到液體表面等處理方式， 主要采用的電極結(jié)構為針-板電極結(jié)構，棒-板電極，板-板電極， 柱-環(huán)電極等電極結(jié)構。在氣體環(huán)境內(nèi)，即水中的氣泡或者在空氣 環(huán)境內(nèi)，放電電極發(fā)生放電，在氣體環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生大量的等離子體 和活性粒子，分別通過氣泡的內(nèi)外壓強不同使氣泡破裂，使活性 粒子作用于廢水中，或者在氣體中(稀有氣體或者空氣等)產(chǎn)生 等離子體和活性粒子，直接作用于霧滴表面或者液體表面。將廢 水中難降解的有機污染物氧化降解成無毒的小分子物質(zhì)，達到無 害化目的，具有處理范圍廣、效率高、凈化速率快且徹底、不產(chǎn) 生二次污染等特點。
目前的等離子體水處理方法中，存在著一些問題：1、普遍存 在放電電壓高，放電功率大;2、普遍采用曝氣裝置，或者霧化裝 置，增加的運行費用，同時所產(chǎn)生的氣泡和霧滴與生成的等離子 體接觸的面積小，也就是說生成的等離子體和活性粒子利用率低; 3、普遍存在放電電極的腐蝕嚴重;4、處理效率較低;5、有些反 應需要營造特殊的氣體環(huán)境(如Ne、He等稀有氣體)，提高造價 和運行成本。因此，開發(fā)能夠適應不同種類的工業(yè)廢水的條件下， 放電電壓低、占地面積小、放電電源效率高、成本低的等離子體 水處理方法，成為廢水處理技術研發(fā)的重要方向之一。
針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，提出本發(fā)明。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的等離子體水處理方法中的放電電 壓高、功率損耗大等問題，提供一種放電電壓低、處理效率高的等 離子體水處理方法;本發(fā)明的另外一個目的是提供一種結(jié)構簡單、 效率高、放電電壓低的等離子體水處理裝置，用以解決現(xiàn)有的等離 子體水處理裝置結(jié)構復雜、效率低的問題。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的技術方案是：
一種輝光放電等離子體水處理方法，包括以下步驟：
待處理污水經(jīng)過機械處理后，在污水表面放置同電位的水表面 電極，水表面電極為柱形，外包裹有絕緣介質(zhì)，水表面電極接在電 源的正極或負極上;
污水中放置有與電源負極或正極連接的水中電極，水中電極為 裸露的導體材料;
水表面電極與污水直接接觸，水表面電極的外表面與水面形成 有間隙，接通電源，達到起始放電電壓后，會在前述間隙內(nèi)產(chǎn)生輝 光放電，生成等離子體和活性粒子，利用等離子體和活性粒子對污 水進行深度處理。
本發(fā)明針對上述處理方法，還提供了一種輝光放電等離子體水 處理方法的水處理裝置，包括一容器，容器有進口和出口，容器內(nèi) 的污水中設有水中電極，水中電極通過引線與容器外的電源的負極 或正極連接，水中電極為裸露的板狀導體材料;所述容器內(nèi)的污水 表面放置同電位的水表面電極，水表面電極為柱形，外包裹有絕緣 介質(zhì)，水表面電極通過引線與容器外的電源的正極或負極連接;其 中，水表面電極與污水直接接觸，水表面電極的外表面與水面形成 有間隙，通電后，間隙內(nèi)產(chǎn)生輝光放電，生成等離子體和活性粒子， 利用等離子體和活性粒子對污水進行深度處理。
等離子體水處理裝置的進一步的優(yōu)選方案是：所述的水表面電 極設置在由介質(zhì)板和絕緣支撐架構成的框架內(nèi);所述的板狀水中電 極的一端固定在容器壁上，另一端與另一側(cè)的容器壁間隔成形有折 返口;所述的框架與水中電極在容器內(nèi)從上至下依次鏡像對稱重復 設置，使得折返口在容器內(nèi)從上至下呈交替設置，最后的折返口與 容器出口連通。所述的水中電極位于折返口的一端連接有擋板。所 述擋板為傾斜設置，擋板的垂直高度保證流經(jīng)水中電極的污水液面 高度與水表面電極直接接觸。
本發(fā)明還提供了另外一種輝光放電等離子體水處理方法，包括 以下步驟：
待處理污水經(jīng)過機械處理后，在污水表面放置有平行排列的水 表面電極，水表面電極為柱形，外包裹有絕緣介質(zhì)，平行排列的水 表面電極以交替的方式，分別連接在電源的正極或負極上;
水表面電極與污水直接接觸，水表面電極的外表面與水面形成有間 隙，接通電源，達到起始放電電壓后，會在前述間隙內(nèi)產(chǎn)生輝光放 電，生成等離子體和活性粒子，利用等離子體和活性粒子對污水進 行深度處理。
關于本發(fā)明的另外一種等離子體水處理方法，本發(fā)明還提供了 相應的水處理裝置，包括一容器，容器有進口和出口，容器內(nèi)的污 水表面放置有平行排列的水表面電極，水表面電極為柱形，外包裹 有絕緣介質(zhì)，平行排列的水表面電極通過引線以交替的方式，分別 與容器外的電源的正極或負極連接;其中，水表面電極與污水直接 接觸，水表面電極的外表面與水面形成有間隙，通電后，間隙內(nèi)產(chǎn) 生輝光放電，生成等離子體和活性粒子，利用等離子體和活性粒子 對污水進行深度處理。
進一步的優(yōu)選技術方案是：所述的水表面電極設置在由介質(zhì)板 和絕緣支撐架構成的框架內(nèi);所述的框架的一端固定在容器壁上， 另一端與另一側(cè)的容器壁間隔成形有折返口;所述的框架在容器內(nèi) 從上至下依次鏡像對稱重復設置，使得折返口在容器內(nèi)從上至下呈 交替設置，最后的折返口與容器出口連通。所述的框架位于折返口 的一端連接有擋板。所述擋板為傾斜設置，擋板的垂直高度保證流 經(jīng)的污水液面高度與水表面電極直接接觸。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明的等離子體水處理裝置不需要設置專門的氣體出入 口，并在大氣壓，空氣中利用水表面電極與液面所形成的小的氣體 間隙，在很低的放電電壓的放電條件下產(chǎn)生放電，形成大量的等離 子體，并且待處理的液體是連續(xù)通入等離子體水處理裝置中，水處 理能力強，處理效率高;
(2)本發(fā)明裝置，取消了現(xiàn)有技術中的曝氣頭、霧化裝置等裝 置，不需要在增加其他的附加裝置，并將等離子體水處理裝置內(nèi)的 放電電極結(jié)構做成單元式結(jié)構，這樣結(jié)構大大減化;
(3)等離子體水處理裝置中放電電極單元，主要由多根水表面 放電電極與水中放電電極、或者多根水表面放電電極作為一組放電 電極單元結(jié)構，這樣可以增加處理效果，從而加強了等離子體和活 性粒子對水體雜質(zhì)的降解作用;
(4)等離子體放電電極采用介質(zhì)阻擋的形式，等離子體的產(chǎn)生 過程中不易被腐蝕，同時在輝光放電中產(chǎn)生大面積的紫外光的作用 下，增大了等離子體和活性粒子與待處理液體的接觸面積，加強了 等離子體處理效果;
本發(fā)明適用于各種水處理，尤其能夠處理含有多種高濃度、高 難度的降解的有毒有害有機污染物和高濃度含重金屬離子的污水， 同時可以去除廢水中微生物、細菌等，并能除去廢水散發(fā)出的異味。 例如含氰含鉻污水、染料污水、活性染料污水等，等離子體可以有 效地將待處理液體中的有機大分子污染物斷鍵、取代等，如去除羥 基或者其他小分子基團，導致大分子集團帶上靜電電荷，從而使大 分子物質(zhì)變成小分子物質(zhì)或者易于分離的物質(zhì);同時使重金屬離子 轉(zhuǎn)化為氫氧化合物，如鈣、鎂、鋁離子等轉(zhuǎn)化為氫氧化鈣、氫氧化 鎂、氫氧化鋁等，這些物質(zhì)均為水中的不溶解物質(zhì)或者水中的絮凝 劑，達到了與水體分離的目的。
