申请日2013.10.21
公开(公告)日2014.04.30
IPC分类号C02F1/467
摘要
本发明公开了辉光放电等离子体水处理方法，包括以下步骤：待处理污水经过机械处理后，在污水表面放置同电位的水表面电极，水表面电极为柱形，外包裹有绝缘介质，水表面电极接在电源的正极或负极上;污水中放置有与电源负极或正极连接的水中电极，水中电极为裸露的导体材料;水表面电极与污水直接接触，水表面电极的外表面与水面形成有间隙，接通电源，达到起始放电电压后，会在前述间隙内产生辉光放电，生成等离子体和活性粒子，利用等离子体和活性粒子对污水进行深度处理。本发明还针对等离子体水处理方法，提供了相应的等离子体水处理装置。本发明适用于各种水处理，同时可以去除废水中微生物、细菌，并能除去废水散发出的异味。
权利要求书
1.一种辉光放电等离子体水处理方法，其特征在于，包括以下 步骤：
待处理污水经过机械处理后，在污水表面放置同电位的水表 面电极，水表面电极为柱形，外包裹有绝缘介质，水表面电 极接在电源的正极或负极上;
污水中放置有与电源负极或正极连接的水中电极，水中电极 为裸露的导体材料;
水表面电极与污水直接接触，水表面电极的外表面与水面形 成有间隙，接通电源，达到起始放电电压后，会在前述间隙 内产生辉光放电，生成等离子体和活性粒子，利用等离子体 和活性粒子对污水进行深度处理。
2.一种应用权利要求1所述的辉光放电等离子体水处理方法的 水处理装置，包括一容器，容器有进口和出口，其特征在于， 所述容器内的污水中设有水中电极，水中电极通过引线与容 器外的电源的负极或正极连接，水中电极为裸露的板状导体 材料;
所述容器内的污水表面放置同电位的水表面电极，水表面电 极为柱形，外包裹有绝缘介质，水表面电极通过引线与容器 外的电源的正极或负极连接;
其中，水表面电极与污水直接接触，水表面电极的外表面与 水面形成有间隙，通电后，间隙内产生辉光放电，生成等离 子体和活性粒子，利用等离子体和活性粒子对污水进行深度 处理。
3.根据权利要求2所述的水处理装置，其特征在于，所述的水 表面电极设置在由介质板和绝缘支撑架构成的框架内;
所述的板状水中电极的一端固定在容器壁上，另一端与另一 侧的容器壁间隔成形有折返口;
所述的框架与水中电极在容器内从上至下依次镜像对称重 复设置，使得折返口在容器内从上至下呈交替设置，最后的 折返口与容器出口连通。
4.根据权利要求3所述的水处理装置，其特征在于，所述的水 中电极位于折返口的一端连接有挡板。
5.根据权利要求4所述的水处理装置，其特征在于，所述挡板 为倾斜设置，挡板的垂直高度保证流经水中电极的污水液面 高度与水表面电极直接接触。
6.一种辉光放电等离子体水处理方法，其特征在于，包括以下 步骤：
待处理污水经过机械处理后，在污水表面放置有平行排列的 水表面电极，水表面电极为柱形，外包裹有绝缘介质，平行 排列的水表面电极以交替的方式，分别连接在电源的正极或 负极上;
水表面电极与污水直接接触，水表面电极的外表面与水面形 成有间隙，接通电源，达到起始放电电压后，会在前述间隙 内产生辉光放电，生成等离子体和活性粒子，利用等离子体 和活性粒子对污水进行深度处理。
7.一种应用权利要求6所述的辉光放电等离子体水处理方法的 水处理装置，包括一容器，容器有进口和出口，其特征在于， 所述容器内的污水表面放置有平行排列的水表面电极，水表 面电极为柱形，外包裹有绝缘介质，平行排列的水表面电极 通过引线以交替的方式，分别与容器外的电源的正极或负极 连接;
其中，水表面电极与污水直接接触，水表面电极的外表面与 水面形成有间隙，通电后，间隙内产生辉光放电，生成等离 子体和活性粒子，利用等离子体和活性粒子对污水进行深度 处理。
8.根据权利要求7所述的水处理装置，其特征在于，所述的水 表面电极设置在由介质板和绝缘支撑架构成的框架内; 所述的框架的一端固定在容器壁上，另一端与另一侧的容器 壁间隔成形有折返口;
所述的框架在容器内从上至下依次镜像对称重复设置，使得 折返口在容器内从上至下呈交替设置，最后的折返口与容器 出口连通。
9.根据权利要求8所述的水处理装置，其特征在于，所述的框 架位于折返口的一端连接有挡板。
10.根据权利要求9所述的水处理装置，其特征在于，所述挡板 为倾斜设置，挡板的垂直高度保证流经的污水液面高度与水 表面电极直接接触。
说明书
辉光放电等离子体水处理方法及装置
技术领域
本发明属于废水处理技术和纯净水净化领域，具体涉及一种 辉光放电等离子体水处理方法，本发明还涉及辉光放电等离子体水 表面处理的反应装置。
背景技术
随着我国工业化和城市化的快速推进，废水种类和数目增加 迅猛，对水体环境污染的压力加重，并威胁生态安全和居民健康。 现阶段工业废水类型复杂，主要由冶金废水、发电厂废水、造纸 废水、炼焦煤气废水、化肥废水、纺织印染废水等组成，废水中 主要含有亚硝酸盐、酸性物质、苯、苯的衍生物、氰化物等。实 际上，工业生产的过程可以排出不同性质的废水，也就是说一种 废水可能含有不同的污染物和不同的污染效应;即使一套生产装 置排出的废水，也可能含有几种污染物。同样，在不同的工业企 业，虽然产品、原料和加工过程截然不同，也可能排出性质类似 的废水。这就需要多种废水处理方式共同作用于工业废水中。
同时，在我国的一些地方和城市，由于我国实行不同的废水 排放标准和水质标准，达标排放的工业废水中仍含有一定浓度的 难处理的污染物，需要进一步深化处理。工业废水处理后的达标 排放废水主要排入市政管网，由城市污水处理厂进行深度处理。
现阶段，传统的污水处理工艺主要分三级：一级处理：通过 机械处理，如格栅、沉淀或气浮，去除污水中所含的石块、砂石 和脂肪、油脂等。二级处理：生物处理，污水中的污染物在微生 物的作用下被降解和转化为污泥。三级处理：污水的深度处理， 它包括营养物的去除和通过加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进 行消毒。
在处理污水的过程中，当所需要处理的污水COD<300时，一 般采用活性污泥法或者生物膜法，处理效果好，适应于净化程度 高和稳定程度较高的污水。但这些方法存在耗能高、脱氮除磷效 果不太理想，费用高等不足。当处理稍高浓度污水COD300～800 时，一般采用厌氧生化法，能耗低，有杀菌作用等优势，但是应 该强调，厌氧处理低浓度污水反应速度慢，生物增长量低，反应 时间长等缺点。处理更高浓度的污水COD>800时，一般都是工厂 排放出来具有一定特征的废水，需要采用物化法处理，能够定向 快速的处理废水液体中的污染物，多种方法结合共同作用于工业 废水。该方法存在处理工艺繁琐，费用大，容易造成二次污染等 缺点。
在饮用水处理方面，主要采用传统的混凝、过滤、消毒等自 来水工艺，去除水中的悬浮物、浊度、色度，对溶解性有机物去 除有机物能力相对不足，而且加氯消毒本身还形成了“三致物质” (致癌、致畸、致突变)，而且加氯消毒本身还形成了直接影响饮 用者的身体健康。因此，开发能够具有快速有效、无二次污染、 费用低、能耗低等特点的废水处理技术，即等离子体水处理的技 术成为近年来研究的热点。其中等离子体技术对废水的深度处理 能够同时对废水中难以去除的有机污染物、微生物等进行降解处 理，被认为是最具发展前景的废水处理技术。
等离子体水处理的方法主要采用水中通入气泡，或者空气中 将待处理液体雾化，或者等离子体射流到液体表面等处理方式， 主要采用的电极结构为针-板电极结构，棒-板电极，板-板电极， 柱-环电极等电极结构。在气体环境内，即水中的气泡或者在空气 环境内，放电电极发生放电，在气体环境内产生大量的等离子体 和活性粒子，分别通过气泡的内外压强不同使气泡破裂，使活性 粒子作用于废水中，或者在气体中(稀有气体或者空气等)产生 等离子体和活性粒子，直接作用于雾滴表面或者液体表面。将废 水中难降解的有机污染物氧化降解成无毒的小分子物质，达到无 害化目的，具有处理范围广、效率高、净化速率快且彻底、不产 生二次污染等特点。
目前的等离子体水处理方法中，存在着一些问题：1、普遍存 在放电电压高，放电功率大;2、普遍采用曝气装置，或者雾化装 置，增加的运行费用，同时所产生的气泡和雾滴与生成的等离子 体接触的面积小，也就是说生成的等离子体和活性粒子利用率低; 3、普遍存在放电电极的腐蚀严重;4、处理效率较低;5、有些反 应需要营造特殊的气体环境(如Ne、He等稀有气体)，提高造价 和运行成本。因此，开发能够适应不同种类的工业废水的条件下， 放电电压低、占地面积小、放电电源效率高、成本低的等离子体 水处理方法，成为废水处理技术研发的重要方向之一。
针对现有技术存在的缺陷，提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的等离子体水处理方法中的放电电 压高、功率损耗大等问题，提供一种放电电压低、处理效率高的等 离子体水处理方法;本发明的另外一个目的是提供一种结构简单、 效率高、放电电压低的等离子体水处理装置，用以解决现有的等离 子体水处理装置结构复杂、效率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种辉光放电等离子体水处理方法，包括以下步骤：
待处理污水经过机械处理后，在污水表面放置同电位的水表面 电极，水表面电极为柱形，外包裹有绝缘介质，水表面电极接在电 源的正极或负极上;
污水中放置有与电源负极或正极连接的水中电极，水中电极为 裸露的导体材料;
水表面电极与污水直接接触，水表面电极的外表面与水面形成 有间隙，接通电源，达到起始放电电压后，会在前述间隙内产生辉 光放电，生成等离子体和活性粒子，利用等离子体和活性粒子对污 水进行深度处理。
本发明针对上述处理方法，还提供了一种辉光放电等离子体水 处理方法的水处理装置，包括一容器，容器有进口和出口，容器内 的污水中设有水中电极，水中电极通过引线与容器外的电源的负极 或正极连接，水中电极为裸露的板状导体材料;所述容器内的污水 表面放置同电位的水表面电极，水表面电极为柱形，外包裹有绝缘 介质，水表面电极通过引线与容器外的电源的正极或负极连接;其 中，水表面电极与污水直接接触，水表面电极的外表面与水面形成 有间隙，通电后，间隙内产生辉光放电，生成等离子体和活性粒子， 利用等离子体和活性粒子对污水进行深度处理。
等离子体水处理装置的进一步的优选方案是：所述的水表面电 极设置在由介质板和绝缘支撑架构成的框架内;所述的板状水中电 极的一端固定在容器壁上，另一端与另一侧的容器壁间隔成形有折 返口;所述的框架与水中电极在容器内从上至下依次镜像对称重复 设置，使得折返口在容器内从上至下呈交替设置，最后的折返口与 容器出口连通。所述的水中电极位于折返口的一端连接有挡板。所 述挡板为倾斜设置，挡板的垂直高度保证流经水中电极的污水液面 高度与水表面电极直接接触。
本发明还提供了另外一种辉光放电等离子体水处理方法，包括 以下步骤：
待处理污水经过机械处理后，在污水表面放置有平行排列的水 表面电极，水表面电极为柱形，外包裹有绝缘介质，平行排列的水 表面电极以交替的方式，分别连接在电源的正极或负极上;
水表面电极与污水直接接触，水表面电极的外表面与水面形成有间 隙，接通电源，达到起始放电电压后，会在前述间隙内产生辉光放 电，生成等离子体和活性粒子，利用等离子体和活性粒子对污水进 行深度处理。
关于本发明的另外一种等离子体水处理方法，本发明还提供了 相应的水处理装置，包括一容器，容器有进口和出口，容器内的污 水表面放置有平行排列的水表面电极，水表面电极为柱形，外包裹 有绝缘介质，平行排列的水表面电极通过引线以交替的方式，分别 与容器外的电源的正极或负极连接;其中，水表面电极与污水直接 接触，水表面电极的外表面与水面形成有间隙，通电后，间隙内产 生辉光放电，生成等离子体和活性粒子，利用等离子体和活性粒子 对污水进行深度处理。
进一步的优选技术方案是：所述的水表面电极设置在由介质板 和绝缘支撑架构成的框架内;所述的框架的一端固定在容器壁上， 另一端与另一侧的容器壁间隔成形有折返口;所述的框架在容器内 从上至下依次镜像对称重复设置，使得折返口在容器内从上至下呈 交替设置，最后的折返口与容器出口连通。所述的框架位于折返口 的一端连接有挡板。所述挡板为倾斜设置，挡板的垂直高度保证流 经的污水液面高度与水表面电极直接接触。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的等离子体水处理装置不需要设置专门的气体出入 口，并在大气压，空气中利用水表面电极与液面所形成的小的气体 间隙，在很低的放电电压的放电条件下产生放电，形成大量的等离 子体，并且待处理的液体是连续通入等离子体水处理装置中，水处 理能力强，处理效率高;
(2)本发明装置，取消了现有技术中的曝气头、雾化装置等装 置，不需要在增加其他的附加装置，并将等离子体水处理装置内的 放电电极结构做成单元式结构，这样结构大大减化;
(3)等离子体水处理装置中放电电极单元，主要由多根水表面 放电电极与水中放电电极、或者多根水表面放电电极作为一组放电 电极单元结构，这样可以增加处理效果，从而加强了等离子体和活 性粒子对水体杂质的降解作用;
(4)等离子体放电电极采用介质阻挡的形式，等离子体的产生 过程中不易被腐蚀，同时在辉光放电中产生大面积的紫外光的作用 下，增大了等离子体和活性粒子与待处理液体的接触面积，加强了 等离子体处理效果;
本发明适用于各种水处理，尤其能够处理含有多种高浓度、高 难度的降解的有毒有害有机污染物和高浓度含重金属离子的污水， 同时可以去除废水中微生物、细菌等，并能除去废水散发出的异味。 例如含氰含铬污水、染料污水、活性染料污水等，等离子体可以有 效地将待处理液体中的有机大分子污染物断键、取代等，如去除羟 基或者其他小分子基团，导致大分子集团带上静电电荷，从而使大 分子物质变成小分子物质或者易于分离的物质;同时使重金属离子 转化为氢氧化合物，如钙、镁、铝离子等转化为氢氧化钙、氢氧化 镁、氢氧化铝等，这些物质均为水中的不溶解物质或者水中的絮凝 剂，达到了与水体分离的目的。