申请日2014.11.14
公开(公告)日2015.01.28
IPC分类号C02F1/46
摘要
本发明涉及基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统，它包括气水雾化混合装置、放电反应装置和多个污水处理装置，气水雾化混合装置产生具有一定压力的气水混合物进入至放电反应装置中的放电反应室，经过放电反应室大量产生的臭氧和双氧水等活性物质活性物质，活性物质在气压的作用下通过曝气盘的方式直接均匀进入第一个污水处理装置，未反应完的强氧化性气体依次进入下一个污水处理装置，依次循环。该水处理系统，通过气水混合物放电产生的羟基自由基、双氧水和臭氧等强氧化性活性物质不仅可以通过自身的氧化作用，而且可以利用放电产生的大量双氧水和臭氧之间的协同作用的环境下迅速产生羟基自由基，从而实现高浓度污水更加迅速、彻底的降解。
权利要求书
1.基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统，其特征在于：包括气水雾化混合装置(1)、放电反应装置(2)和多个依次排列的污水处理装置;
所述气水雾化混合装置(1)用于将进入其内的水和气产生具有一定压力的气水混合物，气水雾化混合装置(1)的侧壁上设有气体入口，水入口和水气混合物出口;
所述放电反应装置(2)用于产生活性物质，放电反应装置(2)上具有混合物入口和混合物出口，放电反应装置(2)的混合物入口与气水雾化混合装置(1)的水气混合物出口连通;
所述污水处理装置用于对污水进行处理，每个污水处理装置内的底壁上均设有曝气盘，污水处理装置的侧壁上具有污水入口和污水出口;
其中，第一个污水处理装置的侧壁上具有第一、第二两个污水入口和两个污水出口;第一个污水处理装置的顶部具有排气口Ⅰ(43)，其余的污水处理装置的顶部分别具有排气口和进气口;
所述多个依次排列的污水处理装置中，前一个污水处理装置的排气口Ⅰ(43)与相邻的后一个污水处理装置的进气口连通，最后一个污水处理装置中的气体经其上的排气口Ⅱ(53)直接排入大气;
前一个污水处理装置的污水出口与后一个污水处理装置的污水入口通过污水管连通，最后一个污水处理装置的污水出口与第一个污水处理装置的第一污水入口通过污水管连通;
相邻两个污水处理装置中，连接一个污水处理装置的污水出口与另一个污水处理装置的污水入口的污水管上，安装有污水泵Ⅰ(45)，连接最后一个污水处理装置的污水出口与第一个污水处理装置的第一污水入口的污水管上，安装有污水泵Ⅱ(55);
所述第一个污水处理装置内的曝气盘Ⅰ(42)的气水入口与放电反应装置(2)的混合物出口连通。
2.如权利要求1所述的基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统，其特征在于：所述放电反应装置(2)包括放电反应室(20)，所述放电反应室(20)内设有绝缘介质盘(202)、高压电极(201)和地电极(203);
所述高压电极(201)位于绝缘介质盘(202)的上方，地电极(203)位于绝缘介质盘(202)的下方;
所述绝缘介质盘(202)具有用于容纳气水的腔体，所述放电反应装置(2)的混合物入口位于绝缘介质盘(202)的上侧壁，放电反应装置(2)的混合物出口位于绝缘介质盘(202)的下侧壁。
3.如权利要求2所述的基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统，其特征在于：所述高压电极(201)和地电极(203)均包括盘状部分和杆状部分。
4.如权利要求1所述的基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统，其特征在于：
所述放电反应装置(2)包括放电反应室(20)，所述放电反应室(20)内设有地电极(213)、中空的绝缘介质管(212)、设置在绝缘介质管(212)内的高压电极(211)和设置在绝缘介质管(212)两端，且与绝缘介质管(212)两端密封配合的绝缘密封件(217);
所述绝缘介质管(212)的内径大于高压电极(211)的外径，高压电极(211)周向的外表面设有绝缘介质层(216);
所述绝缘介质管(212)的两端具有引出段，所述引出段对应地从绝缘密封件(217)伸出，且与绝缘密封件(217)密封配合;
所述地电极(213)设置在绝缘介质管(212)位于两个绝缘密封件(217)之间周向的外表面上;
所述放电反应装置(2)的混合物入口位于一个绝缘密封件(217)上，放电反应装置(2)的混合物出口位于另一个绝缘密封件(217)上。
5.如权利要求1所述的基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统，其特征在于：
所述放电反应装置(2)包括放电反应室(20)，所述放电反应室(20)内设有多根并排设置的细丝(221)，所述细丝(221)由导电电极(222)和包裹在导电电极(222)外侧的绝缘材料(223)构成，相邻的两根细丝(221)中一根为高压电极，另一根为地电极。
6.如权利要求2-5任一项所述的基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统，其特征在于：还包括设置在放电反应室(20)外，且用于给高压电极(201，211)、地电极(203，213)降温的风扇(22)。
7.如权利要求1所述的基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统，其特征在于：还包括污水支管和设置在其上的开关阀(35);
在所述第一个污水处理装置的两个污水出口中，未连接有污水管的污水出口上连接排污管，且在该排污管上设置调节阀Ⅱ(34);
所述污水支管设置在调节阀Ⅱ(34)与第一个污水处理装置对应的污水出口之间的排污管上或设置在污水泵Ⅱ(55)与最后一个污水处理装置的污水出口之间的污水管上。
8.如权利要求7所述的基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统，其特征在于：所述第一个污水处理装置侧壁上的第二污水入口上连接有进污管(32)，所述进污管(32)上设有调节阀Ⅰ(31);
相邻两个污水处理装置中，连接一个污水处理装置的污水出口与另一个污水处理装置的污水入口的污水管上，设有调节阀Ⅲ(46)，连接最后一个污水处理装置的污水出口与第一个污水处理装置的第一污水入口的污水管上，设有调节阀Ⅳ(56)。
9.如权利要求8所述的基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统，其特征在于：还包括控制器(60);
所述控制器(60)分别与气水雾化混合装置(1)、放电反应装置(2)、调节阀Ⅰ(31)、调节阀Ⅱ(34)、调节阀Ⅲ(46)、调节阀Ⅳ(56)、开关阀(35)、污水泵Ⅰ(45)、污水泵Ⅱ(55)连接;
所述控制器(60)用于控制调节阀Ⅰ(31)、调节阀Ⅱ(34)、调节阀Ⅲ(46)、调节阀Ⅲ(56)的开阖程度;还用于控制开关阀(35)的开关，还用于控制污水泵Ⅰ(45)、污水泵Ⅱ(55)的转速。
10.如权利要求8所述的基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统，其特征在于：所述气水雾化混合装置(1)采用超声波雾化器或压缩雾化器。
说明书
基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统
技术领域
本发明涉及等离子体处理污水等环境领域，特别涉及一种基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统。
背景技术
由于人们对工业高度发达的负面影响预料不够，预防不利，导致了全球性的三大危机：资源短缺、环境污染、生态破坏。环境污染指由于人为的因素，环境受到有害物质的污染，使生物的生长繁殖和人类的正常生活受到有害影响。而在环境污染中，水污染是最大的问题。特别地，我国的水污染尤为严峻!
中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/4，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。然而，人们在科学进步的同时，水资源污染非常严峻。中国七大水系的污染程度依次是：辽河、海河、淮河、黄河、松花江、珠江、长江，其中42%的水质超过3类标准(不能做饮用水源)，中国有36%的城市河段为劣5类水质，丧失使用功能。大型淡水湖泊(水库)和城市湖泊水质普遍较差，黄河多次出现断流现象，75%以上的湖泊富营养化加剧，主要由氮、磷污染引起。
日趋加剧的水污染，也已对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。据世界权威机构调查，在发展中国家，各类疾病有8%是因为饮用了不卫生的水而传播的，每年因饮用不卫生水至少造成全球2000万人死亡，因此，水污染被称作“世界头号杀手”。由此可知，开展环境的综合治理尤其是污水已成为当代环境治理亟待解决的重大问题之一。
而等离子体水处理技术是近年来污水处理领域研究的热点，吸引了国内外众多学者的关注，它是一种高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes，简称AOPs)。其核心是通过放电产生羟基自由基、臭氧、过氧化氢等强氧化性活性物质，将污水中难降解的有机污染物氧化降解成无毒或低毒的小分子物质，甚至直接矿化为CO2和H2O。该方法不仅对高浓度污染物有较好分解效果，也可对大流量、低浓度污染物进行分解，不过目前国内外等离子体装置存在如下缺点： 1、放电电极直接与污水以及等离子体接触，污水以及等离子体及对电极的腐蚀严重，从而使得放电装置的使用寿命短;2、等离子体装置较为复杂，单位时间内处理量小，效率较低，存在不易实现工业化应用的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的一个目的是提供一种能尽可能保证放电电极不被污水及等离子体腐蚀，同时还能提高等离子体处理效率，增大单位时间内处理的总量的基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于臭氧和双氧水同时产生技术的水处理系统，其特征在于：包括气水雾化混合装置、放电反应装置和多个依次排列的污水处理装置;所述气水雾化混合装置用于将进入其内的水和气产生具有一定压力的气水混合物，气水雾化混合装置的侧壁上设有气体入口，水入口和水气混合物出口;所述放电反应装置用于产生活性物质，放电反应装置上具有混合物入口和混合物出口，放电反应装置的混合物入口与气水雾化混合装置的水气混合物出口连通;所述污水处理装置用于对污水进行处理，每个污水处理装置内的底壁上均设有曝气盘，污水处理装置的侧壁上具有污水入口和污水出口;其中，第一个污水处理装置的侧壁上具有第一、第二两个污水入口和两个污水出口;第一个污水处理装置的顶部具有排气口Ⅰ，其余的污水处理装置的顶部分别具有排气口和进气口;所述多个依次排列的污水处理装置中，前一个污水处理装置的排气口Ⅰ与相邻的后一个污水处理装置的进气口连通，最后一个污水处理装置中的气体经其上的排气口Ⅱ直接排入大气;前一个污水处理装置的污水出口与后一个污水处理装置的污水入口通过污水管连通，最后一个污水处理装置的污水出口与第一个污水处理装置的第一污水入口通过污水管连通;相邻两个污水处理装置中，连接一个污水处理装置的污水出口与另一个污水处理装置的污水入口的污水管上，安装有污水泵Ⅰ，连接最后一个污水处理装置的污水出口与第一个污水处理装置的第一污水入口的污水管上，安装有污水泵Ⅱ;所述第一个污水处理装置内的曝气盘Ⅰ的气水入口与放电反应装置的混合物出口连通。
作为优化，所述放电反应装置包括放电反应室，所述放电反应室内设有绝缘介质盘、高压电极和地电极;所述高压电极位于绝缘介质盘的上方，地电极位于绝缘介质盘的下方;所述绝缘介质盘具有用于容纳气水的腔体，所述放电反应装置的混合物入口位于绝缘介质盘的上侧壁，放电反应装置的混合物出口位于绝缘介质盘的下侧壁。所述高压电极和地电极均包括盘状部分和杆状部分
作为优化，所述放电反应装置包括放电反应室，所述放电反应室内设有地电极、中空的绝缘介质管、设置在绝缘介质管内的高压电极和设置在绝缘介质管两端，且与绝缘介质管两端密封配合的绝缘密封件;所述绝缘介质管的内径大于高压电极的外径，高压电极周向的外表面设有绝缘介质层;所述绝缘介质管的两端具有引出段，所述引出段对应地从绝缘密封件伸出，且与绝缘密封件密封配合;所述地电极设置在绝缘介质管位于两个绝缘密封件之间周向的外表面上;所述放电反应装置的混合物入口位于一个绝缘密封件上，放电反应装置的混合物出口位于另一个绝缘密封件上。
作为优化，所述放电反应装置包括放电反应室，所述放电反应室内设有多根并排设置的细丝，所述细丝由导电电极和包裹在导电电极外侧的绝缘材料(223)构成，相邻的两根细丝中一根为高压电极，另一根为地电极。
作为优化，还包括设置在放电反应室外，且用于给高压电极、地电极降温的风扇。
作为优化，还包括污水支管和设置在其上的开关阀;
在所述第一个污水处理装置的两个污水出口中，未连接有污水管的污水出口上连接排污管，且在该排污管上设置调节阀Ⅱ;所述污水支管设置在调节阀Ⅱ与第一个污水处理装置对应的污水出口之间的排污管上或设置在污水泵Ⅱ与最后一个污水处理装置的污水出口之间的污水管上。
作为优化，所述第一个污水处理装置侧壁上的第二污水入口上连接有进污管，所述进污管上设有调节阀Ⅰ;
相邻两个污水处理装置中，连接一个污水处理装置的污水出口与另一个污水处理装置的污水入口的污水管上，设有调节阀Ⅲ，连接最后一个污水处理装置的污水出口与第一个污水处理装置的第一污水入口的污水管上，设有调节阀Ⅳ。
作为优化，还包括控制器;所述控制器分别与气水雾化混合装置、放电反应装置、调节阀Ⅰ、调节阀Ⅱ、调节阀Ⅲ、调节阀Ⅳ、开关阀、污水泵Ⅰ、污水泵Ⅱ连接;
所述控制器用于控制调节阀Ⅰ、调节阀Ⅱ、调节阀Ⅲ、调节阀Ⅲ的开阖程度;还用于控制开关阀的开关，还用于控制污水泵Ⅰ、污水泵Ⅱ的转速。
作为优化，所述气水雾化混合装置采用超声波雾化器或压缩雾化器。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
1、 该水处理系统，气水雾化混合装置的气源可以直接采用外界的空气，水源可以采用自来水，大大降低了应用成本。
2、 该水处理系统，通过气水混合物放电产生的羟基自由基、双氧水和臭氧等强氧化性活性物质不仅可以通过自身的氧化作用，而且可以利用放电产生的大量双氧水和臭氧之间的协同作用(或者添加如Fe2+等金属氧化物或者紫外辐射等催化剂)迅速产生氧化性更强的物质——羟基自由基(H2O2+O3→·OH+O2+·HO2, H2O2+2O3→2·OH+3O2;Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-;O3+H2O+hv→O2+H2O2，H2O2+hv→2·OH)的环境下迅速产生羟基自由基，从而实现高浓度污水更加迅速、彻底的降解。
3、 该水处理系统，气水雾化混合装置可以调节其空气流量、雾化的水量以及水的电导率、pH等参数，在实现臭氧和双氧水大量同时产生的同时，充分利用放电产生的双氧水和臭氧之间的协同作用，来达到羟基自由基产量最大化，从而进一步提高高浓度污水的降解效率。
4、 该水处理系统，利用放电反应室中产生的等离子体通过曝气盘的形式充分与污水接触并相互作用，即该系统不仅可以实现等离子体与不同浓度的污水直接作用，大大增加了反应的接触面积，提高了其分解效率;而且可把放电生成且未反应完的气态等离子体收集并再次利用起来，进一步提高其分解效率。因此，该系统结构简单，降解充分，处理效率高，易于工程实现。
5、 放电反应装置可以放置多个放电反应室，且放电反应室可以根据实际需求采用不同的放电结构，同时可以采用分布式高压电源的控制，使得每一个放电反应室的运行相互独立，互不影响，控制器监控所有高压电源的运行，出现故障时，更换也非常方便，提高了工作效率。
6、 该水处理系统中，放电反应室的大小和放电反应装置的数量、污水处理装置的数量可以根据现场实际情况来调整，同时每一部分可以以串联和并联的形式来灵活使用，更利于实现工业化应用。