申请日2013.09.09
公开(公告)日2014.01.22
IPC分类号C02F1/36; C02F1/32; C02F1/78; C02F1/48
摘要
本发明公开了一种水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，包括：水雾生成装置，用于将废水和空气雾化形成水雾;放电反应装置，用于对水雾生成装置生成的水雾进行放电处理;超声臭氧反应装置，用于收集经过放电处理后形成的液体和臭氧气体，并利用超声和收集的臭氧对所述液体进行处理;高压脉冲电源装置，用于驱动水雾放电装置产生等离子体。本发明还公开了所述水雾放电与超声协同降解废水处理装置的运行方法。本发明可以实现水雾放电的放电参数、水-气混合比、水雾射流速度，以及超声波强化臭氧的臭氧浓度、臭氧流量、超声波参数等物理参数的合理调整，达到最优化参数选择的目的。
权利要求书
1. 水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，包括：
水雾生成装置，用于将废水和空气雾化形成水雾;
放电反应装置，用于对水雾生成装置生成的水雾进行放电处理;
超声臭氧反应装置，用于收集经过放电处理后形成的液体和臭氧气体，并利用超声和收集的臭氧对所述液体进行处理。
2. 根据权利要求1所述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，所述水雾生成装置包括气体输送管道、废水输送管道、雾化装置;所述放电反应装置包括放电反应塔、高压脉冲电源;所述超声臭氧反应装置包括臭氧收集塔、箱式反应器、超声波功率电源;所述气体输送管道和废水输送管道连接雾化装置的输入端，雾化装置的输出端位于放电反应塔的上端，放电反应塔连接高压脉冲电源，箱式反应器位于放电反应塔下侧，臭氧收集塔位于箱式反应器和放电反应塔之间，臭氧收集塔用于将经过放电处理后形成的液体和臭氧气体输入箱式反应器，箱式反应器中设置有爆气装置、臭氧输送管道，臭氧输送管道用于输送箱式反应器中的臭氧气体给曝气装置，曝气装置连接超声波功率电源。
3. 根据权利要求2所述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，所述高压脉冲电源包括滤波及整流单元、辅助电源、DC-DC主变换器、高压脉冲发生单元、电源输出参数控制单元、驱动与保护单元，市电连接滤波及整流单元，滤波及整流单元分别连接辅助电源、DC-DC主变换器，DC-DC主变换器连接高压脉冲发生单元，高压脉冲发生单元连接驱动与保护单元，电源输出参数控制单元分别连接驱动与保护单元，辅助电源分别连接电源输出参数控制单元、DC-DC主变换器、驱动与保护单元。
4. 根据权利要求3所述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，DC-DC主变换器包括交织型PFC、可调逆变电源;高压脉冲发生单元包括功率开关及能量回收电路、高压脉冲形成电路;驱动与保护单元包括功率开关驱动电路、过载保护电路;电源输出参数控制单元包括输出电压调整电路、脉冲重复率调整电路、脉冲宽度调整电路;所述滤波及整流单元连接交织型PFC，交织型PFC连接可调逆变电源，可调逆变电源连接功率开关及能量回收电路，功率开关及能量回收电路分别连接功率开关驱动电路、过载保护电路、高压脉冲形成电路，输出电压调整电路连接可调逆变电源，脉冲重复率调整电路、脉冲宽度调整电路分别连接功率开关驱动电路。
5. 根据权利要求2所述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，还包括数据采集与控制单元、用于检测箱式反应器内臭氧浓度的臭氧浓度检测单元、用于检测箱式反应器内水位的水位检测单元，用于实时检测检测箱式反应器内液体中有毒害物质情况的水质分析仪，数据采集与控制单元分别连接臭氧浓度检测单元、水位检测单元和水质分析仪。
6. 根据权利要求5所述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，所述废水输送管道包括第一管道、第二管道、第三管道和第四管道;所述第一管道包括第一端和第二端，第一管道的第一端19用于输入废水，第一管道的第二端连接雾化装置的输入端，所述第一管道上沿着第一端到第二端的方向依次设置有第三阀门、水质分析仪、第一液泵、第五阀门、第一流量计、第一压强计;所述第二管道包括第一端和第二端，第二管道的第一端用于排出废水，第二管道的第二端连接箱式反应器，所述第二管道上沿着第一端到第二端的方向依次设置有第一阀门、第三流量计;所述第三管道的一端连接在第一管道的第三阀门和水质分析仪之间，所述第三管道的另一端连接在第二管道的第一阀门和第三流量计之间，所述第三管道上设置有第二阀门;所述第四管道的一端连接箱式反应器，所述第四管道的另一端连接在第一管道的第一液泵和第五阀门之间，所述第四管道上设置有第四阀门;所述气体输送管道上连接有第二流量计、第六阀门、第二压强计;所述臭氧输送管道上连接有第一气泵、第四流量计;所述数据采集与控制装置分别连接第三阀门、水质分析仪、第一液泵、第五阀门、第一流量计、第一压强计、第一阀门、第三流量计、第二阀门、第四阀门、第二流量计、第六阀门、第二压强计、第一气泵、第四流量计、臭氧浓度检测单元、水位检测单元。
7. 根据权利要求1至6任一项所述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，所述第二流量计为带有压力补偿的孔板流量计、小流量涡街流量计、V锥流量计中的任一种;所述第一流量计采用电磁式流量计或超声波流量计;所述第二流量计采用电磁式流量计或超声波流量计;所述第一流量计、第三流量计和第四流量计，采用金属转子流量计或玻璃转子流量计。
8. 根据权利要求1至6任一项所述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，所述放电反应塔内设置有水雾射流介质阻挡放电反应器，高压脉冲电源连接水雾射流介质阻挡放电反应器。
9. 根据权利要求2至6任一项所述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，所述雾化装置的输出端位于放电反应塔的上端的40-50cm处。
10. 权利要求6所述水雾放电与超声协同降解废水处理装置的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：当箱式反应器内水位达到预订容量，且箱式反应器内臭氧浓度达到设定的上限时，断开高压脉冲电源，数据采集与控制装置关闭第三阀门、第五阀门和第六阀门，打开第二阀门和第四阀门，启动第一液泵、第一气泵、超声波功率电源，水质分析仪进行实时检测;
步骤二：当箱式反应器内臭氧浓度达到设定的下限，且通过水质分析仪检测到箱式反应器内液体未达排放指标时，数据采集与控制装置停止第一气泵和超声波功率电源，关闭第三阀门和第四阀门，打开第五阀门和第六阀门，启动第一液泵，启动高压脉冲电源，水质分析仪和臭氧浓度检测单元均进行实时检测;
步骤三：当通过水质分析仪检测到箱式反应器内液体达到排放指标时，数据采集与控制装置停止第一液泵、第一气泵、高压脉冲电源和超声波功率电源，关闭第二阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门，打开第一阀门。
说明书
水雾放电与超声协同降解废水处理装置及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理装置，具体涉及一种水雾放电与超声协同降解废水处理装置，本发明还涉及水雾放电与超声协同降解废水处理装置的运行方法，本发明属于废水处理领域。
背景技术
在废水处理领域，常用的废水处理方式是通过在废水池中投入能够与废液中有害物质发生反应的中和物质，通过与废液中的有毒害物质发生反应并生成无毒害的物质，达到讲解和净化废水的目的。但是这种废水处理手段一方面需要充分了解废水中有害物质的成分和浓度，另一方面需要投入相中和物质进行降解，这样就不能实现对废水进行快速和高效处理的要求。
高压放电产生的等离子体，富含高能电子、紫外线、自由基、臭氧等活性粒子和冲击波。超声波在水中由于能量的瞬变，发生空化效应并形成密集的空化泡，空化泡爆裂瞬间，在微小空间内产生高热和冲击波，从而产生自由基和冲击能量。与液体接触或在液体里的等离子体和超声波的活性粒子和冲击波，具有很强的化学活性和很广的化学选择性，联合使用等离子体和超声波的高能电子、自由基、臭氧、紫外线和冲击波等活性效应，与水中有毒害物种发生协同反应，具有快捷、高效、无二次污染的优势。
CN102344217A公开了一种等离子体和超声波集成污水处理装置，将超声波技术的高温高压并伴随强烈的激波等特点与电技术的电晕放电形成的等离子体的高能电子轰击、臭氧化、紫外光解等技术进行组合，综合处理污水，对高浓度难降解的有机物废水效果明显。CN102583697A公开了一种介质阻挡放电水处理装置及其处理方法，使用高压高频脉冲电源驱动，在介质阻挡电极与悬浮电极之间的气液界面放电，并使用放电产生的活性粒子处理水。但是，这两个专利的放电区域位于液体上方的空气域，由于放电所产生的活性粒子生命周期非常短，不能与待处理的水充分接触，其处理效果受到极大影响。高进的硕士学位论文“脉冲等离子体处理废水的实验研究”提出了一种雾化放电反应器处理废水的实验装置，使用雾化后的水沿着电极整列的轴向流动，并使用电极整列之间放电产生的活性粒子处理水。但是，由于该方案的水雾不是垂直穿过放电阵列面，部分水雾从放电区域的外侧穿过，降低了处理效果。且以上方案均能耗大、运行成本高，且没有充分利用等离子体的降解功能。因此，开发一种使用清洁能源、反应速率快的高效清洁的水处理设备及工艺确有必要。
水雾射流放电处理水的实验表明，当废液的总体积不变时，随着雾滴直径的减小，雾滴的数量与总表面积成指数倍增长。最大限度地增大废液与空气接触的总表面积，使废液中的 有毒害物质充分与放电产生的高能电子、臭氧(O3)、紫外线(UV)和活性自由基团(·H，·OH，·O)接触，能够起到降解和杀菌作用;超声波强化臭氧反应处理水的实验表明，在加入臭氧曝气和超声波联合作用的条件下，废水降解效率随着臭氧浓度、超声功率和处理时间的增加而增加，降解效率还与超声波频率有关。但是现有技术中尚没有联合采用水雾射流放电处理水，收集放电反应残余臭氧，并进一步使用超声波强化处理水的协同处理装置和方法，本发明所涉及的装置及其设计方法，提出了一种将水雾放电等离子体与超声波联合的一体化水处理装置，该装置可以实现放电参数(放电电压、放电电流、电压脉冲上升/下降时间、脉冲宽度、脉冲重复率)、水-气混合比、水雾射流速度、臭氧浓度、超声波参数(功率与频率)与废水降解效率之间的调整，并实现最优化参数选择。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水雾放电与超声协同降解废水处理装置，本发明还提供所述水雾放电与超声协同降解废水处理装置的运行方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，包括：
水雾生成装置，用于将废水和空气雾化形成水雾;
放电反应装置，用于对水雾生成装置生成的水雾进行放电处理;
超声臭氧反应装置，用于收集经过放电处理后形成的液体和臭氧气体，并利用超声和收集的臭氧对所述液体进行处理。
前述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，所述水雾生成装置包括气体输送管道、废水输送管道、雾化装置;所述放电反应装置包括放电反应塔、高压脉冲电源;所述超声臭氧反应装置包括臭氧收集塔、箱式反应器、超声波功率电源;所述气体输送管道和废水输送管道连接雾化装置的输入端，雾化装置的输出端位于放电反应塔的上端，放电反应塔连接高压脉冲电源，箱式反应器位于放电反应塔下侧，臭氧收集塔位于箱式反应器和放电反应塔之间，臭氧收集塔用于将经过放电处理后形成的液体和臭氧气体输入箱式反应器，箱式反应器中设置有爆气装置、臭氧输送管道，臭氧输送管道用于输送箱式反应器中的臭氧气体给曝气装置，曝气装置连接超声波功率电源。
前述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，所述高压脉冲电源包括滤波及整流单元、辅助电源、DC-DC主变换器、高压脉冲发生单元、电源输出参数控制单元、驱动与保护单元，市电连接滤波及整流单元，滤波及整流单元分别连接辅助电源、DC-DC主变换器，DC-DC主变换器连接高压脉冲发生单元，高压脉冲发生单元连接驱动与保护单元，电源输出参数控制单元分别连接驱动与保护单元，辅助电源分别连接电源输出参数控制单元、 DC-DC主变换器、驱动与保护单元。
前述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，DC-DC主变换器包括交织型PFC、可调逆变电源;高压脉冲发生单元包括功率开关及能量回收电路、高压脉冲形成电路;驱动与保护单元包括功率开关驱动电路、过载保护电路;电源输出参数控制单元包括输出电压调整电路、脉冲重复率调整电路、脉冲宽度调整电路;所述滤波及整流单元连接交织型PFC，交织型PFC连接可调逆变电源，可调逆变电源连接功率开关及能量回收电路，功率开关及能量回收电路分别连接功率开关驱动电路、过载保护电路、高压脉冲形成电路，输出电压调整电路连接可调逆变电源，脉冲重复率调整电路、脉冲宽度调整电路分别连接功率开关驱动电路。
前述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，还包括数据采集与控制单元、用于检测箱式反应器内臭氧浓度的臭氧浓度检测单元、用于检测箱式反应器内水位的水位检测单元，用于实时检测检测箱式反应器内液体中有毒害物质情况的水质分析仪，数据采集与控制单元分别连接臭氧浓度检测单元、水位检测单元和水质分析仪。
前述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，所述废水输送管道包括第一管道、第二管道、第三管道和第四管道;所述第一管道包括第一端和第二端，第一管道的第一端19用于输入废水，第一管道的第二端连接雾化装置的输入端，所述第一管道上沿着第一端到第二端的方向依次设置有第三阀门、水质分析仪、第一液泵、第五阀门、第一流量计、第一压强计;所述第二管道包括第一端和第二端，第二管道的第一端用于排出废水，第二管道的第二端连接箱式反应器，所述第二管道上沿着第一端到第二端的方向依次设置有第一阀门、第三流量计;所述第三管道的一端连接在第一管道的第三阀门和水质分析仪之间，所述第三管道的另一端连接在第二管道的第一阀门和第三流量计之间，所述第三管道上设置有第二阀门;所述第四管道的一端连接箱式反应器，所述第四管道的另一端连接在第一管道的第一液泵和第五阀门之间，所述第四管道上设置有第四阀门;所述气体输送管道上连接有第二流量计、第六阀门、第二压强计;所述臭氧输送管道上连接有第一气泵、第四流量计;所述数据采集与控制装置分别连接第三阀门、水质分析仪、第一液泵、第五阀门、第一流量计、第一压强计、第一阀门、第三流量计、第二阀门、第四阀门、第二流量计、第六阀门、第二压强计、第一气泵、第四流量计、臭氧浓度检测单元、水位检测单元。
前述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，所述第二流量计为带有压力补偿的孔板流量计、小流量涡街流量计、V锥流量计中的任一种;所述第一流量计采用电磁式流量计或超声波流量计;所述第二流量计采用电磁式流量计或超声波流量计;所述第一流量计、第三流量计和第四流量计，采用金属转子流量计或玻璃转子流量计。
前述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，所述放电反应塔内设置有水雾射流介质阻挡放电反应器，高压脉冲电源连接水雾射流介质阻挡放电反应器。
前述的水雾放电与超声协同降解废水处理装置，其特征在于，所述雾化装置的输出端位于放电反应塔的上端的40-50cm处。
前述水雾放电与超声协同降解废水处理装置的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：当箱式反应器内水位达到预订容量，且箱式反应器内臭氧浓度达到设定的上限时，断开高压脉冲电源，数据采集与控制装置关闭第三阀门、第五阀门和第六阀门，打开第二阀门和第四阀门，启动第一液泵、第一气泵、超声波功率电源，水质分析仪进行实时检测;
步骤二：当箱式反应器内臭氧浓度达到设定的下限，且通过水质分析仪检测到箱式反应器内液体未达排放指标时，数据采集与控制装置停止第一气泵和超声波功率电源，关闭第三阀门和第四阀门，打开第五阀门和第六阀门，启动第一液泵，启动高压脉冲电源，水质分析仪和臭氧浓度检测单元均进行实时检测;
步骤三：当通过水质分析仪检测到箱式反应器内液体达到排放指标时，数据采集与控制装置停止第一液泵、第一气泵、高压脉冲电源和超声波功率电源，关闭第二阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门，打开第一阀门。
本发明的有益之处在于：本发明的水雾放电与超声协同降解废水处理装置能够实现水雾放电与超声协同降解废水，本发明能实现对废水的快速和高效处理，对废水起到降解和杀菌作用，本发明运行自动化程度高，具有很好的市场前景。