CN110451606A - 一种废水处理装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种废水处理装置，它包括反应器壳体，反应器壳体上自上而下依次设置有气体出口、接地极、微孔曝气板、高压极和气体进口，接地极、微孔曝气板和高压极设置于反应器壳体内部，微孔曝气板将反应器壳体内部分隔为上部反应区和下部放电区，上部反应区内部盛有待处理的废水，废水将所述接地极完全浸没；下部放电区内填充有球形固体介质，下部放电区内的球形固体介质将所述高压极完全覆盖，球形固体介质在下部放电区内堆积形成的床层的顶部与所述微孔曝气板下表面之间存在间隙。本发明下部放电区产生的气相等离子体经过微孔曝气板的分散，以微泡的形式进入上部反应区的废水内，可增强气相等离子体活性组分与废水的传质效率。

Description

一种废水处理装置

技术领域

本发明涉及一种废水处理装置。

背景技术

随着经济的发展，我国目前正面临着水资源短缺和水污染严重的双重环境问题。传统的废水处理技术难以有效治理含难降解有机污染物的废水，如染料废水、医药废水、农药废水等。

等离子体水处理技术主要通过放电产生大量含氧活性组分，如羟基自由基、氧自由基、过氧化氢、臭氧等。这些强氧化性物质可与废水中的有机物反应，实现有机物的开环、断键，使其降解成小分子物质，提高废水可生化降解性，且可减小废水毒性。介质阻挡放电通过在电极之间放置阻挡介质层使放电均匀稳定，更易于控制，且电子密度高，因而被广泛用于等离子体处理废水的研究。此外，作为一种新兴的高级氧化废水处理技术，该技术处理范围广，能量利用率高且无二次污染，具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

中国专利CN206692400U、CN107381710A及CN106395973A公开了一类采用气相介质阻挡放电等离子体的污水处理装置，其共同特征在于等离子体在高压极与阻挡介质之间的气隙产生，通过曝气头分散进入液相，此类装置可稳定产生等离子体，但是由于等离子体的短寿命，使得进入液相的活性组分几乎全是臭氧，故活性组分利用率不高。中国专利CN102267739A、CN104370346A及CN103112980A公开了一类低温等离子体废水处理装置，其共同特征在于将高压极置于液体上方一定距离处，在气隙产生等离子体，使其与废水反应，该装置可在原位产生等离子体，但是活性组分与废水中有机污染物接触不充分，气液传质效率不高，导致处理效果不够理想。

发明内容

针对现有介质阻挡放电处理废水技术和装置的不足，本发明提供了一种废水处理装置。

所述的一种废水处理装置，其特征在于包括反应器壳体，反应器壳体上自上而下依次设置有气体出口、接地极、微孔曝气板、高压极和气体进口，所述接地极、微孔曝气板和高压极设置于反应器壳体内部，所述微孔曝气板将反应器壳体内部分隔为上部反应区和下部放电区，上部反应区内部盛有待处理的废水，废水将所述接地极完全浸没；下部放电区内填充有球形固体介质，下部放电区内的球形固体介质将所述高压极完全覆盖，且所述球形固体介质在下部放电区内堆积形成的床层的顶部与所述微孔曝气板下表面之间存在间隙；通过气体进口向下部放电区输送的载气气流，可将高压极通电产生的等离子体及时地输送至上部反应区内的废水内。

所述的一种废水处理装置，其特征在于所述接地极可调节高度地安装在反应器壳体的上端内部，所述高压极可调节高度地安装在反应器壳体的下端内部。

所述的一种废水处理装置，其特征在于所述接地极通过第一电极杆可调节高度地安装在反应器壳体的上端内部，所述反应器壳体顶部设有第一螺纹孔，第一电极杆的中部外侧加工有与所述第一螺纹孔相配的阳螺纹；所述第一电极杆下端与接地极上表面固定连接，第一电极杆上端从反应器壳体顶部穿出并与接地线连接，第一电极杆中部与反应器壳体顶部的第一螺纹孔配合螺纹连接。

所述的一种废水处理装置，其特征在于所述高压极通过第二电极杆可调节高度地安装在反应器壳体的下端内部，所述反应器壳体底部设有第二螺纹孔，第二电极杆的中部外侧加工有与所述第二螺纹孔相配的阳螺纹；所述第二电极杆上端与高压极下表面固定连接，第二电极杆下端从反应器壳体底部穿出并与高压电源连接，第二电极杆中部与反应器壳体底部配合螺纹连接。

所述的一种废水处理装置，其特征在于所述反应器壳体的材质为绝缘材料，所述反应器壳体上设有液体进口和液体出口，液体进口的高度略大于微孔曝气板的高度，液体出口的高度大于接地极的高度并小于气体出口的高度。

所述的一种废水处理装置，其特征在于所述微孔曝气板为微孔陶瓷板或玻璃砂芯片，所述微孔曝气板的孔径为1-500微米。

所述的一种废水处理装置，其特征在于所述球形固体介质的材质为玻璃、氧化铝、氧化锆或二氧化钛。

所述的一种废水处理装置，其特征在于所述接地极和高压极的材质均为导电材料，接地极和高压极的形状相同，接地极的形状为片板状、网状或环状。

所述的一种废水处理装置，其特征在于所述球形固体介质在下部放电区内堆积形成的床层的顶部与微孔曝气板下表面之间的间隙为0.1-20 mm。

对比现有的介质阻挡放电反应器，本发明的有益效果在于：

1、本发明的废水处理装置中，微孔曝气板将反应器壳体内部分隔为上部反应区和下部放电区，下部放电区内填充有球形固体介质，下部放电区内的球形固体介质将所述高压极完全覆盖（也就是说：球形固体介质均布在高压极周围），通过球形固体介质增强了气固放电电场强度，且放电更加均匀，使产生更多等离子体活性组分，从而增强废水处理效果。

2、利用本发明的废水处理装置进行处理废水时，首先向反应器壳体的下部放电区输入载气，载气穿过微孔曝气板的微孔进入反应器壳体的上部反应区内，在载气向上流动的阻力作用下，上部反应区内的废水不会流入到下部放电区内。微孔曝气板的上表面与废水接触，且载气穿过微孔曝气板的微孔进入上部反应区的废水内时，在微孔曝气板的表面形成一定的气膜。高压极通电经过球形固体介质间的电场作用产生等离子体，产生的等离子体可在载气气流的带动下经过微孔曝气板延伸至废水中（下部放电区内产生的高能电子在气流带动下传输到微孔曝气板的微孔中，高能电子将微孔曝气板的微孔内的气体击穿产生微放电作用并进一步形成等离子体），使微放电通道贯穿高压极与微孔曝气板表面的气膜，使得等离子体及时地出现在上部反应区内，从而实现等离子体原位产生。由于离子体活性组分（如羟基自由基）寿命只有纳秒级，等离子体原位产生有助于增大等离子体活性组分的利用率。

3、本发明装置放电区域产生的气相等离子体经过微孔曝气板的分散，可以微泡的形式进入液相，可增强气相等离子体活性组分与液体的传质效率；其能量效率更高。

4、本发明结构简单，可操作性好，适用性广，无需添加化学药剂，不产生二次污染，且能耗低，适合于进一步工业化应用。

附图说明

图1为本发明的废水处理装置的结构示意图；

图中：1-反应器壳体，2-气体出口，3-接地极，4-液体出口，5-微孔曝气板，6-球形固体介质，7-气体进口，8-高压极，9-液体进口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例：对照图1

一种废水处理装置，包括反应器壳体1（反应器壳体1的上下端分别设置有可拆卸的盖子），反应器壳体1上自上而下依次设置有气体出口2、接地极3、微孔曝气板5、高压极8和气体进口7，所述接地极3、微孔曝气板5和高压极8设置于反应器壳体1内部。

微孔曝气板5将反应器壳体1内部分隔为上部反应区和下部放电区。当本发明的废水处理装置用于处理废水时，上部反应区内部盛有待处理的废水，且废水将所述接地极3完全浸没。为了使本申请的废水处理装置能够处理不同体积量的废水，所述接地极3可调节高度地安装在反应器壳体1的上端内部，这样使得处理不同体积量的废水时，废水均可将接地极3进行完全浸没。对照图1，接地极3通过第一电极杆可调节高度地安装在反应器壳体1的上端内部，在反应器壳体1顶部设有第一螺纹孔，第一电极杆的中部外侧加工有与所述第一螺纹孔相配的阳螺纹；所述第一电极杆下端与接地极3上表面固定连接，第一电极杆上端从反应器壳体1顶部穿出并与接地线连接，第一电极杆中部与反应器壳体1顶部的第一螺纹孔配合螺纹连接。

对照图1，反应器壳体1的下部放电区内填充有球形固体介质6，下部放电区内的球形固体介质6将所述高压极8完全覆盖。所述球形固体介质6在下部放电区内堆积形成的床层，标记为球形固体介质床层。该球形固体介质床层的顶部与所述微孔曝气板5下表面之间存在间隙，间隙大小可设置为0.1-20 mm（设置间隙的目的在于形成气相等离子体）。对照图1，高压极8设置于球形固体介质床层的上部内部，由此高压极8与微孔曝气板5之间的距离较小，通电产生的等离子体能够被通过气体进口7吹入的载气气流快速的输送至上部反应区内。

为了使得本发明的废水处理装置能够对废水进行连续化处理，反应器壳体上设有液体进口9和液体出口4，液体出口4的高度大于接地极3的高度并小于气体出口2的高度（即接地极3的安装高度须比液体出口4的高度小）；而液体进口9的高度略大于微孔曝气板5的高度，这样通过液体进口9向反应器壳体1的上部反应区内输入新鲜未处理的废水时，新鲜未处理的废水易于分散在微孔曝气板5的上表面附近，反应器壳体1的下部放电区释放的等离子体可在载气气流的携带作用下快速地与新鲜未处理的废水进行接触反应，以提高废水处理的效率。

在本发明中，反应器壳体1、微孔曝气板5和球形固体介质6的材质均为绝缘材料。微孔曝气板5可采用孔径为1-500微米范围的微孔陶瓷板或玻璃砂芯片，采用不同孔径下的微孔曝气板5时，由气体进口7吹入的载气流量不同。球形固体介质6的材质可选用玻璃、氧化铝、氧化锆或二氧化钛等。接地极3和高压极8的材质均为导电材料，接地极3和高压极8的形状相同，接地极3的形状为片板状、网状或环状。对照图1中，接地极3和高压极8的形状均为片板状。

在本发明中，高压极8可调节高度地安装在反应器壳体1的下端内部。所述高压极8通过第二电极杆可调节高度地安装在反应器壳体1的下端内部，所述反应器壳体1底部设有第二螺纹孔，第二电极杆的中部外侧加工有与所述第二螺纹孔相配的阳螺纹；所述第二电极杆上端与高压极8下表面固定连接，第二电极杆下端从反应器壳体1底部穿出并与高压电源连接，第二电极杆中部与反应器壳体1底部配合螺纹连接。

以下实施例1~3利用本发明的废水处理装置，采用间歇式方法对废水进行处理时，可按以下过程进行操作：首先通过气体进口7向反应器壳体1的下部放电区内吹入载气，然后通过液体进口9向反应器壳体1的上部反应区内通入废水（在载气气流的阻力作用下，废水不会流进下部放电区内）。由于采用间歇式方法对废水进行处理，控制废水液面在液体出口4以下，控制接地极3的安装高度使接地极3浸没在废水内部，高压极8下表面设置的第二电极杆接通高压电源，高压极8通电产生羟基自由基和臭氧等活性组分，载气气流将通电产生的羟基自由基和臭氧活性组分及时快速地转移至反应器壳体1的上部反应区内，羟基自由基和臭氧活性组分对废水中的有机物进行降解。

实施例1：处理亚甲基蓝模拟废水：

在本实施例中，微孔曝气板5采用3#玻璃砂芯片（其通气孔径为15-30微米），球形固体介质6为直径4 mm的玻璃珠，高压极8以及接地极3均是直径均为3 cm且厚度均为5 mm的不锈钢圆形板。待处理的废水为100 mL配制浓度为100 mg/L亚甲基蓝废水。

采用间歇式处理水样的方式，放电参数：输入电压最大值8 kV，输入电流最大值30mA，输入功率约10 W。操作参数：以空气为载气，气体流量为1.5 L/min，间歇式处理水样5min后对废水进行检测，检测结果为：废水脱色率即达到66.6%（通过紫外-分光光度计法检测废水中剩余的亚甲基蓝浓度的方式，计算废水的脱色率），能量收率高达8 g/kWh（能量收率的计算方式为，C₀为亚甲基蓝的初始浓度，V为待处理废水体积，η为亚甲基蓝浓度的去除率，P为功率，t为处理时间）。

实施例2：处理布洛芬模拟废水

在本实施例中，微孔曝气板5采用3#玻璃砂芯片，球形固体介质6为直径4 mm的玻璃珠，高压极8以及接地极3均是直径均为3 cm且厚度均为5 mm的不锈钢圆形板。待处理的废水为100 mL配制浓度为50 mg/L布洛芬模拟废水。

采用间歇式处理水样的方式，放电参数：输入电压最大值8 kV，输入电流最大值30mA，输入功率约10 W。操作参数：以空气为载气，气体流量为1.5 L/min，间歇式处理水样30min后对废水进行检测，检测结果为：布洛芬去除率达到85%，COD去除率达54.4%。

实施例3：处理苯胺模拟废水

在本实施例中，微孔曝气板5采用3#玻璃砂芯片，球形固体介质6为直径4 mm的玻璃珠，高压极8以及接地极3均是直径均为3 cm且厚度均为5 mm的不锈钢圆形板。待处理的废水为200 mL配制浓度为20 mg/L苯胺模拟废水。

采用间歇式处理水样的方式，放电参数：输入电压最大值8 kV，输入电流最大值30mA，输入功率约10 W。操作参数：以空气为载气，气体流量为1.5 L/min，间歇式处理水样30min后对废水进行检测，检测结果为：苯胺去除率达到91.1%，TOC去除率达46.7%。

本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。

Claims (9)

1.一种废水处理装置，其特征在于包括反应器壳体（1），反应器壳体（1）上自上而下依次设置有气体出口（2）、接地极（3）、微孔曝气板（5）、高压极（8）和气体进口（7），所述接地极（3）、微孔曝气板（5）和高压极（8）设置于反应器壳体（1）内部，所述微孔曝气板（5）将反应器壳体（1）内部分隔为上部反应区和下部放电区，上部反应区内部盛有待处理的废水，废水将所述接地极（3）完全浸没；下部放电区内填充有球形固体介质（6），下部放电区内的球形固体介质（6）将所述高压极（8）完全覆盖，且所述球形固体介质（6）在下部放电区内堆积形成的床层的顶部与所述微孔曝气板（5）下表面之间存在间隙；通过气体进口（7）向下部放电区输送的载气气流，可将高压极（8）通电产生的等离子体及时地输送至上部反应区内的废水内。

2.如权利要求1所述的一种废水处理装置，其特征在于所述接地极（3）可调节高度地安装在反应器壳体（1）的上端内部，所述高压极（8）可调节高度地安装在反应器壳体（1）的下端内部。

3.如权利要求2所述的一种废水处理装置，其特征在于所述接地极（3）通过第一电极杆可调节高度地安装在反应器壳体（1）的上端内部，所述反应器壳体（1）顶部设有第一螺纹孔，第一电极杆的中部外侧加工有与所述第一螺纹孔相配的阳螺纹；所述第一电极杆下端与接地极（3）上表面固定连接，第一电极杆上端从反应器壳体（1）顶部穿出并与接地线连接，第一电极杆中部与反应器壳体（1）顶部的第一螺纹孔配合螺纹连接。

4.如权利要求2所述的一种废水处理装置，其特征在于所述高压极（8）通过第二电极杆可调节高度地安装在反应器壳体（1）的下端内部，所述反应器壳体（1）底部设有第二螺纹孔，第二电极杆的中部外侧加工有与所述第二螺纹孔相配的阳螺纹；所述第二电极杆上端与高压极（8）下表面固定连接，第二电极杆下端从反应器壳体（1）底部穿出并与高压电源连接，第二电极杆中部与反应器壳体（1）底部配合螺纹连接。

5.如权利要求1所述的一种废水处理装置，其特征在于所述反应器壳体的材质为绝缘材料，所述反应器壳体上设有液体进口（9）和液体出口（4），液体进口（9）的高度略大于微孔曝气板（5）的高度，液体出口（4）的高度大于接地极（3）的高度并小于气体出口（2）的高度。

6.如权利要求1所述的一种废水处理装置，其特征在于所述微孔曝气板（5）为微孔陶瓷板或玻璃砂芯片，所述微孔曝气板（5）的孔径为1-500微米。

7.如权利要求1所述的一种废水处理装置，其特征在于所述球形固体介质（6）的材质为玻璃、氧化铝、氧化锆或二氧化钛。

8.如权利要求1所述的一种废水处理装置，其特征在于所述接地极（3）和高压极（8）的材质均为导电材料，接地极（3）和高压极（8）的形状相同，接地极（3）的形状为片板状、网状或环状。

9.如权利要求1所述的一种废水处理装置，其特征在于所述球形固体介质（6）在下部放电区内堆积形成的床层的顶部与微孔曝气板（5）下表面之间的间隙为0.1-20 mm。