CN106630017A - 采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置 - Google Patents

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宋萌
梁文俊
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Abstract

本发明公开了一种用于难降解有机废水处理的装置，具体涉及一种利用低温等离子体技术处理染料废水的装置，属于废水处理领域。本发明包括外表面包裹有低压放电电极的绝缘介质管，以及置于绝缘介质管内部的曝气装置；所述绝缘介质管设有出气口、进气口、出水口和进水口，所述曝气装置内部设有高压放电电极。本发明结构简单，操作简单，脱色效果好，水处理效率高，通过微孔曝气装置向液体内部的扩散可缩短等离子体进入废水的路程。该反应装置不仅可以对染料较快脱色，而且可以有效降解其中的染料大分子有机物，得到的小分子使废水可生化性增强，便于后续的生物处理过程，在染料废水处理工艺中具有独特优势，在一定电压下，经过10min去除率可达到98％。

Description

采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置
技术领域
本发明属于废水处理领域，涉及一种用于难降解有机废水处理的装置，具体涉及一种利用低温等离子体技术处理染料废水的装置。
背景技术
染料工业是我国纺织、轻工、化工等领域的重要组成部分，目前，随着染料工业的飞速发展和印染加工技术的进步，使大多数的染料具有抗光解性、抗氧化性、抗生物降解性的特征，从而加大了染料和印染废水脱色的难度。染料废水属于典型的难降解工业废水，具有高浓度、毒性大、色度高、可生化性差等特点，传统的染料废水采用常规的物化与生化相结合的方法处理很难达到理想的处理效果，更不能达标排放。因此，迫切需要研究一种处理染料废水的高效方法，近年来，以探索各类高级氧化技术有很多研究和报道，如光催化氧化技术、超临界水氧化法、湿式氧化技术、等离子体技术等。
低温等离子体技术处理难降解有机废水主要是利用高压放电加速了在电场中从电极发射出的电子，使其达到很高的速度，并冲击水分子和污染物分子。使之***而产生大量的自由基和活性粒子。包括臭氧，紫外光，冲击波及·O，·OH，·H自由基等，通过各因素的协同作用，进行水中污染物的降解。
目前，放电等离子体水处理反应器有三种形式：液相放电等离子体反应器，气相放电等离子体反应器和气液两相混合放电等离子体反应器。这三种放电等离子体水处理反应器尽管在处理难降解有机物废水中显示出较为理想的效果，仍然存在一定问题，如在水中放电，电极腐蚀严重，电极寿命短；受溶液电导率影响大；气相放电中的液体量受到限制，自由基向液体内部的扩散效率低，影响水处理效果等。而目前应用在实际中的臭氧发生器仍有一些缺点：如需要额外的冷却设备和臭氧传输管路***，增加了处理成本，同时存在臭氧损耗和管路腐蚀的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置，旨在提高放电等离子体产生的活性物质向被处理水体中的传质效率，增大等离子体与废水的接触面积，简化结构，降减少二次污染，提高水处理效率。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置，其特征在于：包括外表面包裹有低压放电电极的绝缘介质管，以及置于绝缘介质管内部的曝气装置；所述绝缘介质管设有出气口、进气口、出水口和进水口，所述曝气装置内部设有高压放电电极。
进一步的技术方案在于，所述低压放电电极接地，所述高压放电电极与高压电源连接。
进一步的技术方案在于，所述曝气装置采用微孔曝气管。
进一步的技术方案在于，所述绝缘介质管的材料采用有机玻璃、石英玻璃或陶瓷。
进一步的技术方案在于，所述高压放电电极为线型结构导体，所述高压放电电极直径为0.8～8mm；所述低压放电电极为线型结构导体或网状结构导体。
进一步的技术方案在于，所述曝气装置与绝缘介质管通过法兰固定。
进一步的技术方案在于，所述出气口和进水口设于绝缘介质管上部；所述进气口和出水口设于绝缘介质管下部，所述进气口与曝气装置连通。
进一步的技术方案在于，所述微孔曝气管包括支撑管和置于支撑管内的微孔曝气膜片。
进一步的技术方案还在于，所述支撑管上均匀开设四条槽口。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明结构简单，操作简单，脱色效果好，水处理效率高，通过微孔曝气装置向液体内部的扩散可缩短等离子体进入废水的路程。该反应装置不仅可以对染料较快脱色，而且可以有效降解其中的染料大分子有机物，得到的小分子使废水可生化性增强，便于后续的生物处理过程，在染料废水处理工艺中具有独特优势，在一定电压下，经过10min去除率可达到98％。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例结构示意图。；
图2是本发明结构示意图图；
图3是本发明俯视图；
图4是本发明实施例对甲基橙随在不同电压下降解20min的脱色效果图；
其中:1、高压电源；2、高压放电电极；3、低压放电电极；4、曝气装置；5、进水口；6、出水口；7、空气流量计；8、电磁式空气泵；9、接地端；10、进气口；11、出气口；12、绝缘介质管；13、法兰。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图所示，包括外表面包裹有低压放电电极2的绝缘介质管12，以及置于绝缘介质管12内部的曝气装置4；所述绝缘介质管12设有出气口11、进气口10、出水口6和进水口5，所述曝气装置4内部设有高压放电电极2。
优选的，所述低压放电电极3接地，所述高压放电电极2与高压电源1连接。
优选的，所述曝气装置4采用微孔曝气管。
优选的，所述绝缘介质管12的材料采用有机玻璃、石英玻璃或陶瓷。
优选的，所述高压放电电极2为线型结构导体，所述高压放电电极2直径为0.8～8mm；所述低压放电电极3为线型结构导体或网状结构导体。
优选的，所述曝气装置4与绝缘介质管12通过法兰13固定。
优选的，所述出气口11和进水口6设于绝缘介质管12上部；所述进气口10和出水口6设于绝缘介质管12下部，所述进气口10与曝气装置4连通。
优选的，所述微孔曝气管包括支撑管和置于支撑管内的微孔曝气膜片。
优选的，所述支撑管上均匀开设四条槽口。
本发明是气相放电工作状态，即废水不与高压电接触，放电在气相中完成。
其中，高压电源1为交流高压电源，其高压端与本发明内部中心的高压放电电极2的上端相连，绝缘介质管12外表面紧紧包裹一层低压放电电极3，并在两端与接地端9相连。绝缘介质管12上设有进水口5和出水口6。空气由电磁式空气泵8鼓入微孔曝气管内，通过管路与空气流量计7由绝缘介质管12的进气口10进入。将空气通入到微孔曝气管内，空气从微孔曝气管四周喷出进入废水区，控制空气流速，将待处理废水由进水口5注入到绝缘介质管12中，开启高压电源1开始电晕放电，产生的低温等离子体对待处理水进行处理。
其中，放电电极***的高、低压放电电极采用可通电的导体，在此均采用铁丝，高压放电电极2的形状可以是圆形线、星形线等，低压放电电极3可以为铁丝，也可是铁丝网。
绝缘介质管12内部的高压放电电极2置于绝缘介质管12中心的微孔曝气管内，曝气装置4是由微孔曝气膜片和支撑管构成的微孔曝气管，使得在曝气时废水不进入曝气管内，减少微孔曝气管内高压电极的腐蚀，延长电极的使用寿命；废水区在反应器中心的微孔曝气管与有机玻璃介质管之间，微孔曝气管与绝缘介质管之间通过法兰固定。
微孔曝气管的支撑管上均匀地开四条槽口，以便于形成等离子通道并使活性物质进入废水中，提高传质效率，以提高废水的处理效果。
本发明利用微孔曝气管作为曝气装置，缩短了等离子体进入废水的路程。
实施例1
本实施例的绝缘介质管采用有机玻璃制作，内径90mm，外径100mm，壁厚5mm，高600mm，内部的曝气装置采用三元乙丙橡胶膜微孔曝气管，内径为65mm。高、低压放电电极均采用直径为1mm的铁丝，内部中心的高压放电电极与外部的交流高压电源的高压端连接，低压电极每30mm缠绕一圈在绝缘介质管外管上，总有效放电区长度为300mm，与两端接地相连。高压放电电极下端由聚四氟螺栓固定，上端由带眼螺栓固定并通过胶塞固定抻直。微孔曝气管的支撑管上均匀开4条槽口。
采用电源为变频高压交流电源，电压范围为0～100kv，频率范围为50～500Hz。本反应装置的放电电压峰值为15～21kv，放电频率为200～275Hz，电流为0.5mA～1mA。
将实验配制的甲基橙染料废水通入到绝缘介质管中，废水初始浓度为50mg/L，水量为500mL，有效放电区长度28cm，交流高压电源输出电压分别为15kV、17kV、19kV和21kV四种，频率为250Hz，电流为1mA，空气流量为2.5m3/h，放电时间为20min时，其中交流高压电源输出电压为21kV的实验结果为染料浓度降为1.1mg/L，废水的脱色率为98％。具体各种电压下甲基橙脱色效果如图4所示：
图4-A为交流高压电源输出电压为15kV，放电时间为20min时的甲基橙脱色效果图。
图4-B为交流高压电源输出电压为17kV，放电时间为20min时的甲基橙脱色效果图。
图4-C为交流高压电源输出电压为19kV，放电时间为20min时的甲基橙脱色效果图。
图4-D为交流高压电源输出电压为21kV，放电时间为20min时的甲基橙脱色效果图。

Claims (9)

1.一种采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置，其特征在于：包括外表面包裹有低压放电电极的绝缘介质管，以及置于绝缘介质管内部的曝气装置；所述绝缘介质管设有出气口、进气口、出水口和进水口，所述曝气装置内部设有高压放电电极。
2.根据权利要求1所述的采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置，其特征在于：所述低压放电电极接地，所述高压放电电极与高压电源连接。
3.根据权利要求1所述的采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置，其特征在于：所述曝气装置采用微孔曝气管。
4.根据权利要求1所述的采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置，其特征在于：所述绝缘介质管的材料采用有机玻璃、石英玻璃或陶瓷。
5.根据权利要求1或2所述的采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置，其特征在于：所述高压放电电极为线型结构导体，所述高压放电电极直径为0.8～8mm；所述低压放电电极为线型结构导体或网状结构导体。
6.根据权利要求1所述的采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置，其特征在于：所述曝气装置与绝缘介质管通过法兰固定。
7.根据权利要求1或6所述的采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置，其特征在于：所述出气口和进水口设于绝缘介质管上部；所述进气口和出水口设于绝缘介质管下部，所述进气口与曝气装置连通。
8.根据权利要求1所述的采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置，其特征在于：所述微孔曝气管包括支撑管和置于支撑管内的微孔曝气膜片。
9.根据权利要求8所述的采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置，其特征在于：所述支撑管上均匀开设四条槽口。
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