申请日2014.01.10
公开(公告)日2014.04.02
IPC分类号C02F1/46; C02F1/78; C02F1/72
摘要
本发明涉及一种高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置，它包括污水处理腔和放电反应室，污水处理腔的侧壁上具有污水出口Ⅱ，顶壁上有向其内投放硫酸亚铁的加药装置和出气口，污水出口Ⅱ与污水管Ⅰ的一端连通，污水管Ⅰ另一端设有阵列式高压雾化喷头且位于放电反应室的顶部，污水管Ⅰ上设有高压水泵，放电反应室顶部有将高压雾化污水吹向放电反应室内的风扇，底部与气液分离器的气液混合体入口连通，气液分离器分离得到的气态物质(空气和臭氧的混合物)与液态物质(污水与双氧水)分别通入污水处理腔中。充分利用了未反应完的强氧化性物质，提高了污水与等离子体接触面积，提高了污水处理效率，降低了运行成本。
权利要求书
1.一种高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置，其特征在于，包括污水处理腔(22)、阵列式高压雾化喷头(7)和上端开口的放电反应室(9)，污水处理腔(22)的侧壁上具有污水入口Ⅰ、污水入口Ⅱ、污水出口Ⅰ和污水出口Ⅱ，污水处理腔(22)的顶壁上设有向污水处理腔(22)内投放硫酸亚铁的加药装置(2)和出气口(21);
所述污水出口Ⅱ通过污水管Ⅰ(23)与高压水泵(5)的进水口连通，所述高压水泵(5)的进水口通过污水管Ⅰ(23)与阵列式高压雾化喷头(7)连接，所述阵列式高压雾化喷头(7)位于放电反应室(9)的顶部;
所述放电反应室(9)包括上端开口的反应室和设置在反应室内且沿反应室高度方向依次设置的多排网状线-线式放电装置(91)，所述反应室的顶部设有将阵列式高压雾化喷头(7)喷出的高压雾化污水吹向放电反应室(9)内的风扇(8)，所述放电反应室(9)的底部与气液分离器(11)的气液混合体入口连通，所述气液分离器(11)上还具有气体出口和液体出口，所述气体出口通过输气管(24)与气泵(13)的进气口连接，气泵(13)的出气口通过输气管(24)与位于污水处理腔(22)内下部的曝气器(4)的气体入口连通;所述液体出口通过污水管Ⅱ(25)与污水泵(12)的进水口连通，所述污水泵(12)的出水口通过污水管Ⅱ(25)与污水处理腔(22)侧壁上的污水入口Ⅱ连通。
2.如权利要求1所述的高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置，其特征在于，所述污水处理腔(22)侧壁上的污水入口Ⅰ上连接有进污管(26)，所述进污管(26)上设有调节阀Ⅴ(20)，调节阀Ⅴ(20)通过调节其开阖程度控制进入污水处理腔(22)内的污水量;所述污水处理腔(22)的侧壁上的污水出口Ⅰ上连接有排污管，排污管上设有调节阀Ⅳ(19)。
3.如权利要求2所述的高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置，其特征在于，所述污水处理腔(22)内还设有用于检测污水处理腔(22)内污水氧化还原电位的氧化还原电位计(3)，所述污水管Ⅰ(23)上还设有调压阀Ⅰ(6)，所述输气管(24)上还设有调节阀Ⅱ(14)，所述污水管Ⅱ(25)上还设有调节阀Ⅲ(16);还包括控制器(1)，所述控制器(1)分别与投放硫酸亚铁的加药装置(2)、氧化还原电位计(3)、调压阀Ⅰ(6)、调节阀Ⅱ(14)、调节阀Ⅲ(16)、调节阀Ⅳ(19)、调节阀Ⅴ(20)、高压水泵(5)、污水泵(12)和气泵(13)连接;控制器(1)用于根据氧化还原电位计(3)检测的数据控制投放硫酸亚铁的加药装置(2)投入污水处理腔(22)内硫酸亚铁的量;还用于控制调压阀Ⅰ(6)、调节阀Ⅱ(14)、调节阀Ⅲ(16)、调节阀Ⅳ(19)和调节阀Ⅴ(20)的开阖程度，还用于控制高压水泵(5)、污水泵(12)、气泵(13)的工作状态。
4.如权利要求1所述的高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置，其特征在于，所述网状线-线式放电装置(91)包括多根并排设置的细丝(93)，相邻两根细丝(93)的间距为0.5-2.0mm，所述细丝(93)由导电电极(92)和包裹在导电电极(92)外侧的绝缘材料(94)构成。
5.如权利要求4所述的高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置，其特征在于，所述导电电极(92)是由金属材料、合金材料或石墨制成的细丝且其直径为0.03-2mm。
6.如权利要求4所述的高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置，其特征在于，所述包裹在导电电极(92)外侧绝缘材料(94)是陶瓷，所述陶瓷通过烧结的方式包裹在导电电极(92)的外侧，所述陶瓷的厚度为0.02-1mm。
说明书
一种高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置
技术领域
本发明属于等离子体水处理领域，特别涉及一种高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置。
背景技术
水是人类及一切生物赖以生存的重要物质，同时也是工农业生产、经济发展不可替代的宝贵自然资源。但随着现代社会工业化和城市化步伐的加快，污水排放量急剧增加，水资源的污染问题已成为世界各国面临的亟待解决的问题之一。据统计，每年世界上有2500万名以上的儿童因饮用被污染的水而死亡;12亿人因饮用被污染的水而患上多种疾病;全世界因水污染引发的霍乱、痢疾和疟疾等传染病的人数超过500万，而这些数据每年均呈上升趋势。同时《中国环境状况公报》数据显示，2011年我国废水的排放总量为652.1亿吨，其中工业废水高达355.5亿吨，占废水总排放量的54.5%。而工业废水又以高浓度难降解的有机废水为主。由此可知，开展污水的综合治理尤其是高浓度难降解的有机废水己成为当代环境治理亟待解决的重大问题之一。
等离子体水处理技术是近年来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，将废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有机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水处理装置的单位时间内处理量较小，存在不易实现工业化应用的问题。
发明内容
针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的是提高等离子体水处理的效率，增大单位时间内处理的总量，以满足工业需要，提供一种高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高压雾化介质阻挡放电等离子体水处理装置，包括污水处理腔、阵列式高压雾化喷头和上端开口的放电反应室，污水处理腔的侧壁上具有污水入口Ⅰ、污水入口Ⅱ、污水出口Ⅰ和污水出口Ⅱ，污水处理腔的顶壁上设有向污水处理腔内投放硫酸亚铁的加药装置和出气口;
所述污水出口Ⅱ通过污水管Ⅰ与高压水泵的进水口连通，所述高压水泵的进水口通过污水管Ⅰ与阵列式高压雾化喷头连接，所述阵列式高压雾化喷头位于放电反应室的顶部。
所述放电反应室包括上端开口的反应室和设置在反应室内且沿反应室高度方向依次设置的多排网状线-线式放电装置，所述反应室的顶部设有将阵列式高压雾化喷头喷出的高压雾化污水吹向放电反应室内的风扇，所述放电反应室的底部与气液分离器的气液混合体入口连通，所述气液分离器上还具有气体出口和液体出口，所述气体出口通过输气管与气泵的进气口连接，气泵的出气口通过输气管与位于污水处理腔内下部的曝气器的气体入口连通;所述液体出口通过污水管Ⅱ与污水泵的进水口连通，所述污水泵的出水口通过污水管Ⅱ与污水处理腔侧壁上的污水入口Ⅱ连通。
作为优化，所述污水处理腔侧壁上的污水入口Ⅰ上连接有进污管，所述进污管上设有调节阀Ⅴ，通过调节调节阀Ⅴ的开阖程度控制进入污水处理腔内的污水量，所述污水处理腔的侧壁上的污水出口Ⅰ上连接有排污管，排污管上设有调节阀Ⅳ。
作为优化，所述污水处理腔内还设有用于检测污水处理腔内污水氧化还原电位的氧化还原电位计，所述污水管Ⅰ上还设有调压阀Ⅰ，所述输气管上还设有调节阀Ⅱ，所述污水管Ⅱ上还设有调节阀Ⅲ;还包括控制器，所述控制器分别与投放硫酸亚铁的加药装置、氧化还原电位计、调压阀Ⅰ、调节阀Ⅱ、调节阀Ⅲ、调节阀Ⅳ、调节阀Ⅴ、高压水泵、污水泵和气泵连接;控制器用于根据氧化还原电位计检测的数据控制投放硫酸亚铁的加药装置投入污水处理腔内硫酸亚铁的量;还用于控制调压阀Ⅰ、调节阀Ⅱ、调节阀Ⅲ、调节阀Ⅳ和调节阀Ⅴ的开阖程度，还用于控制高压水泵、污水泵、气泵的工作状态。
作为优化，所述网状线-线式放电装置包括多根并排设置的细丝，相邻两根细丝的间距为0.5-2.0mm，所述细丝由导电电极和包裹在导电电极外侧的绝缘材料构成。所述导电电极是由金属材料、合金材料或石墨制成的细丝且其直径为0.03-2mm。所述包裹在导电电极外侧绝缘材料是陶瓷，所述陶瓷通过烧结的方式包裹在导电电极的外侧，所述陶瓷的厚度为0.02-1mm。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
1、 本发明将过滤后的污水利用高压雾化装置进行雾化，再利用放电反应室中产生的等离子体对其进行处理，最后将放电产生且未反应完的强氧化性物质通过气液分离器收集起来，分离后分别通入到污水处理腔中。且该装置不仅可以实现等离子体与不同浓度的有机污染物直接作用，大大增加了反应的接触面积，提高了其分解效率;还可以把放电生成且未反应完的强氧化性物质通过气液分离器,分离得到气态物质(空气和臭氧的混合物)与液态物质(污水与双氧水)分别通入到污水处理腔中。污水处理腔中根据氧化还原电位计的数据选择投加适当的硫酸亚铁,达到高效产生比臭氧和双氧水的氧化性都强的羟基自由基(氧化还原电位高达2.8ev)的目的，从而进一步提高了污水处理的效率。因此，这种方法工艺流程简单，污水降解充分，处理效率高，易于工程实现。
2、 通过高压水泵和阵列式高压雾化喷头将污水进行雾化，产生微米量级(10μm以下)的颗粒,产生的雾化颗粒与放电反应室阵内产生的等离子体直接接触并且相互作用，这种方式与普通喷嘴形式的出水方式(颗粒大小在500μm以上)相比，大大增加了反应的接触面积。
3、 放电反应室内的放电装置采用了多根并排设置的细丝，而每根细丝是由导电电极和包裹在导电电极外侧的绝缘材料构成的。由于导电电极的尺寸和放电间距(即相邻两根细丝之间的间距)非常小，有利于雾化颗粒在下落的过程中与放电生成的等离子体充分接触并相互作用，大大提高了降解效率。
4、 采用分布式小型高压电源的控制，使得放电反应室中每一层网状线-线式放电装置的运行相互独立，互不影响，控制器监控所有小型高压电源的运行，出现故障时，更换也非常方便，提高了工作效率。
5、 放电反应室内放电产生且未反应完的强氧化性物质可以通过气液分离器回收利用,分离得到气态物质(空气和臭氧的混合物)通过气泵通入到污水处理腔内的曝气器中，液态物质(污水与双氧水)通过污水泵通入到污水处理腔中。曝气器是由阵列的曝气盘组成，曝气盘的数量可以根据实际处理效果来增减，目的可以使污水处理效率达到最优化。
6、 控制器根据污水处理腔中氧化还原电位计传输的氧化还原电位决定投加硫酸亚铁的量，从而达到高效产生比臭氧和双氧水的氧化性都强的羟基自由基(2.8ev),进一步提高了污水处理效率。
7、 整个装置的小型高压电源部分、阵列式高压雾化喷头的数量、放电反应室的大小都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。