CN112624269A - 一种废水处理装置及废水处理方法 - Google Patents

一种废水处理装置及废水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种废水处理装置及废水处理方法，所述废水处理装置包括介质阻挡放电等离子体发生装置，所述介质阻挡放电等离子体发生装置包括同轴设置的介质内管和介质外管，环绕所述介质内管的外表面设置碳电极，环绕所述介质外管的外表面设置金属电极，所述碳电极与所述金属电极之间形成介质放电等离子体区。本发明在介质阻挡放电等离子体发生装置介质阻挡放电等离子体发生装置中加入碳电极，在相同输入功率下，可以原位同步产生臭氧和过氧化氢，提高氧气转化效率和活性氧自由基的产量，比常规介质阻挡放电等离子体处理废水效率更高，并且过程安全可靠，无二次污染。

Description

一种废水处理装置及废水处理方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种废水处理装置及废水处理方法。
背景技术
低温等离子体技术是一种新兴的水处理手段，通过高压放电产生高能电子，臭氧和紫外光等组分对水体中有机物进行深度处理。此外，臭氧还可与体系中紫外光或者过氧化氢作用，生成氧化性更强的羟基自由基，进一步增强处理效果。
低温等离子体技术中有多种放电方式，如：电晕放电，辉光放电，介质阻挡放电，射频微波放电等，其中，介质阻挡放电是最有可能实现工业应用的技术，因为该方式通常以玻璃，石英，陶瓷等材料作为阻挡介质，使电极与放电气体不直接接触，电极不易腐蚀，此外，该方式可防止在放电区间形成局部火花，具有安全稳定性。然而在研究中发现，虽然介质阻挡放电方式能产生大量的臭氧活性气体，但有机废水处理效率却不理想，原因在于臭氧利用率较低，臭氧只有从气相转入溶液，才会对废水中有机物降解发挥作用。而且臭氧分子氧化有选择性，难以深度去除废水中有机污染物。
CN107896413A专利发明一种液体瀑布式处理的介质阻挡放电等离子体发生装置，该装置以氧气作为气源，通电后可在放电区间产生一定量的臭氧气体，但在性能评价中1小时内草酸的降解率仅为24％。该装置虽能产生明显的臭氧，紫外光等活性物种，但放电区间非常有限，生成的臭氧气体难以在短时间内与废水充分混合，溶解于溶液中。因此，如何提高介质阻挡放电等离子体发生装置中臭氧与废水混合效率，并提高臭氧的溶解率，是解决有机废水处理低效的关键之一。
此外，通过增加臭氧和其他氧化自由基的产量也是一种提高有机废水处理效率的有力措施。CN108339378A专利发明一种采用间隔布设等离子体发生器方式提升处理污染物效率的方法。该方法一方面采取多个发生器提升臭氧产率，另一方面增加放电区间，提高臭氧降解作用。然而，该发明只是通过增加发生器数量来提升臭氧产量，装置成本与处理废水的运营费用明显提升。因此，如何在保证输入功率的前提下，进一步增加臭氧和其他活性物种的产量及利用效率，对提升废水处理效率具有重要意义。
因此，本领域亟待开发一种新型的废水处理装置以及处理方法，在保证输入功率的前提下，进一步提高臭氧、过氧化氢、氧化自由基等活性物种的产量和利用效率，提升废水处理效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种废水处理装置。所述废水处理装置在不增加输入功率前提下，能够提升介质阻挡放电等离子体发生装置产臭氧、过氧化氢等活性物种的产量。
为达此目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种废水处理装置，所述废水处理装置包括介质阻挡放电等离子体发生装置，所述介质阻挡放电等离子体发生装置包括同轴设置的介质内管和介质外管，环绕所述介质内管的外表面设置碳电极，环绕所述介质外管的外表面设置金属电极，所述碳电极与所述金属电极之间形成介质放电等离子体区。
本发明中，介质内管和介质外管即为放电介质。
本发明中引入碳电极一方面可以缩短放电间隙，增大高能电子与气体作用的效率，从而提升臭氧的产量，并且由于等离子体装置中可同时产生紫外光，臭氧产量提高也会提高臭氧被紫外光光解产过氧化氢的产量；另一方面碳材料是氧气电还原为过氧化氢的催化剂，在介质阻挡放电等离子发生装置的阴极上加入碳电极有助于氧气被电还原成过氧化氢，进一步与臭氧发生过臭氧化反应，提升羟基自由基的产量。
因此，在相同输入功率下，本发明可进一步提升体系中氧化活性物种的产量，提高废水处理效率，并且过程安全可靠，无二次污染。
本发明中，碳电极环绕在介质内管的外壁，且沿着介质内管轴向的长度不发生变化，金属电极同理。
优选地，沿所述介质内管轴向，所述碳电极的长度大于等于所述金属电极的长度。
优选地，所述碳电极沿所述介质内管轴向的长度为介质内管长度的30-100％，例如40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％等。
优选地，所述金属电极沿所述介质外管轴向的长度为介质外管总长度的30％-80％，例如35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％等。
优选地，所述碳电极上边缘的高度大于等于所述金属电极上边缘的高度，且所述碳电极下边缘的高度小于等于所述金属电极下边缘的高度。
优选地，所述碳电极以泡沫镍或镍网为基底。
优选地，所述碳电极中的碳材料包括Vulcan XC72R炭黑、石墨炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳毡和碳布中的任意一种或至少两种组合。
优选地，所述碳电极的制备方法包括如下步骤。
将碳浆料涂膜在基板上，烘干，冷压，得到碳电极。
优选地，所述烘干的温度为50-110℃，例如60℃、80℃、90℃、100℃、105℃等。
优选地，所述冷压的压力为5-20Mpa，例如6Mpa、7Mpa、8Mpa、9Mpa、10Mpa、12Mpa、15Mpa、16Mpa、17Mpa、18Mpa、19Mpa等；
优选地，所述碳浆料包括碳材料，还包括占碳材料质量50％-200％(例如60％、80％、100％、120％、140％、160％、180％、190％等)的溶剂，以及占碳材料质量10％-30％(例如12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％、29％等)的聚偏氟乙烯。
优选地，所述溶剂包括二甲基甲酰胺、异丙醇和乙醇中的任意一种或至少两种组合。
优选地，所述介质内管为石英内管或刚玉陶瓷内管。
优选地，所述介质外管为石英外管或刚玉陶瓷外管。
优选地，所述金属电极包括金属网或金属层。
优选地，所述金属包括铁、铜和钨中的任意一种或至少两种组合。
优选地，所述介质阻挡放电等离子体发生装置的上部设置进气口，下部设置出气口、进液口和出液口。
优选地，所述介质阻挡放电等离子体发生装置还包括设置在所述介质内管上部的匀流口。
当废水进入等离子体装置石英内管，并自下而上到达装置匀流口，废水会沿着内管外壁的碳电极表面流下，此时接通电源，在放电区域进行废水处理。
优选地，所述介质阻挡放电等离子体发生装置还包括变压器，所述变压器通过电线与金属电极相连。
优选地，所述变压器的输出电压为0-30KV，例如1KV、2KV、5KV、8KV、10KV、12KV、15KV、18KV、20KV、25KV、28KV等。
优选地，所述废水处理装置还包括与所述介质阻挡放电等离子体发生装置的出液口和出气口相连的气液混合柱。
在本发明的优选方案中，引入气液混合柱，可显著加速臭氧的溶解，在气液混合柱内，溶解的臭氧一方面可直接攻击有机物，另一方面与过氧化氢反应生成羟基自由基攻击有机物。且气液混合柱提供了有效的反应区间，将等离子体装置处理有机物的区间由狭窄的放电区间扩展到混合柱，合理高效利用低温等离子体中产生的活性物种，提升处理效率。
优选地，所述气液混合柱的材质为玻璃、石英或陶瓷。
优选地，所述气液混合柱内部设置有至少一个曝气装置。
气液混合柱中气体和液体自下而上流动，经过曝气装置，气体被分散成小气泡，加速溶解。
优选地，所述曝气装置的砂芯尺寸为1.5-9μm，例如1.6μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm等。
优选地，所述气液混合柱内部设置有催化剂床层。
催化剂床层放置催化剂，能够催化臭氧氧化反应和过臭氧化反应生成羟基自由基，进一步提升废水处理效率。
优选地，所述气液混合柱的下部设置有气液混合柱进液口和气液混合柱进气口。
优选地，所述气液混合柱的上部设置有气液混合柱出液口。
优选地，所述气液混合柱进液口与所述介质阻挡放电等离子体发生装置的出液口相连。
优选地，所述气液混合柱进气口与所述介质阻挡放电等离子体发生装置的出气口相连。
优选地，在所述介质阻挡放电等离子体发生装置的出液口和所述气液混合柱进液口之间设置第一蠕动泵或第一液体输送泵。
第一蠕动泵或第一液体输送泵的设置可以减缓废水的流速，使废水中的有机物被充分氧化，进一步提升处理效率。
优选地，所述废水处理装置还包括与所述介质阻挡放电等离子体发生装置的进液口相连的储液池。
优选地，在所述介质阻挡放电等离子体发生装置的进液口与储液池之间设置有第二蠕动泵或第二液体输送泵。
第二蠕动泵或第二液体输送泵的作用与第一蠕动泵或第一液体输送泵相同，减缓废水流速，以进行充分的处理，提升处理效果。
优选地，所述气液混合柱出液口与所述储液池相连。
气液混合柱中液体上升到出液口，排入储液池中，再由储液池进入介质阻挡放电等离子体发生装置，实现循环处理。
本发明的目的之二在于提供一种采用目的之一所述的废水处理装置的废水处理方法，所述废水处理方法包括如下步骤：
(1)氧化性气体和废水进入介质阻挡放电等离子体发生装置并流经碳电极表面，在电场作用下，所述氧化性气体形成低温等离子体，对废水进行低温等离子体处理，得到一次处理的废水。
上述废水处理的具体过程如下：废水从介质阻挡放电等离子体装置底部的进液口流入介质内管，从介质内管顶部溢流至介质内管外壁，氧化性气体和废水进入介质阻挡放电等离子体发生装置并流经碳电极表面，在外加电场作用下，在介质外管内部和介质内管外部的空间形成低温等离子体，氧气被部分激发形成臭氧，并部分氧气在碳电极表面被还原成过氧化氢，生成的以上各种氧化性物质对废水进行初步处理。
在本发明的废水处理方法中，碳电极的引入一方面可以缩短放电间隙，增大高能电子与气体作用的效率，从而提升臭氧活性物种的产量，并且由于等离子体装置中过氧化氢主要依靠臭氧的紫外光解产生，因此也可提升体系过氧化氢的产量；另一方面碳是氧气还原转化为过氧化氢的电催化剂，在体系中碳电极作为碳阴极有助于体系中过氧化氢的生成，便于与臭氧发生过臭氧化反应，提升活性氧自由基产量。
因此，在相同输入功率下，本发明可进一步提升体系活性物种的产量，并且过程安全可靠，无二次污染。
优选地，所述低温等离子体输入功率为30-180W，例如40W、50W、60W、70W、80W、90W、100W、110W、120W、130W、140W、150W、160W、170W等，优选40-60W。
上述功率指的是电压×电流，电压为输出电压，电流为测定值。
优选地，所述氧化性气体包括氧气。
优选地，所述氧化性气体通过进气口进入介质阻挡放电等离子体发生装置中。
优选地，所述氧化性气体的进气流速为50-500mL/min。例如60mL/min、100mL/min、150mL/min、200mL/min、250mL/min、300mL/min、350mL/min、400mL/min、450mL/min、480mL/min等，优选100-200mL/min。
优选地，所述废水通过进液口进入介质阻挡放电等离子体发生装置中。
优选地，通过第二蠕动泵或第二液体输送泵控制介质阻挡放电等离子体发生装置的进液流速。
优选地，所述废水的进液流速为25-300mL/min，例如30mL/min、50mL/min、80mL/min、100mL/min、120mL/min、140mL/min、160mL/min、180mL/min、200mL/min、220mL/min、240mL/min、260mL/min、280mL/min等，进一步优选50-150mL/min。
优选地，所述低温等离子体和一次处理的废水分别经出气口和出液口排出。
优选地，在步骤(1)之后进行步骤(2)：
介质阻挡放电等离子体发生装置中的尾气和经一次处理的废水分别经气液混合柱进气口和气液混合柱进液口进入气液混合柱，进行二次反应，得到二次处理的废水。
在优选方案中红，将一次处理的废水和低温等离子体引入气液混合柱中进行二次处理，可显著加速臭氧的溶解，在气液混合柱内，溶解的臭氧一方面可直接攻击有机物，另一方面与过氧化氢反应生成活性氧自由基攻击有机物。气液混合柱提供了有机物处理区间，将等离子体装置处理有机物的区间由狭窄的放电区间扩展到混合柱，合理高效利用低温等离子体中产生的活性物种，提升处理效率。
优选地，通过第一蠕动泵或第一液体输送泵调节气液混合柱的进液流速。
优选地，所述气液混合柱的进液流速大于所述介质阻挡放电等离子体发生装置的进液流速。
在本发明的优选方案中，通过蠕动泵或液体输送泵调节气液混合柱进液口流速大于介质阻挡放电等离子体发生装置进液口流速，造成流速差，可使介质阻挡放电等离子体发生装置中气液组分一同进入气液混合柱，进一步提升气液混合效率。
所述气液混合柱的进液流速和所述介质阻挡放电等离子体发生装置的进液流速之比为1.1-3:1，例如1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1、2.1:1、2.2:1、2.3:1、2.4:1、2.5:1、2.6:1、2.7:1、2.8:1、2.9:1等，优选1.5-2.5:1。
进一步优选气液混合柱的进液流速和介质阻挡放电等离子体发生装置的进液流速为特定的比例，在该比例下，低温等离子体中产生的臭氧等活性组分可与液体一同从气液混合柱进液口进入气液混合柱，在气液混合柱中加速臭氧溶解以及臭氧与过氧化氢之间充分反应，处理效果更好。比例过高会导致气液混合柱中气体占绝大部分且进水不连续，不利于臭氧溶解，气液混合效果差，并且会降低泵寿命；比例过低也会导致气液混合效果差，大多数臭氧气体不会从气液混合柱的最底部气液混合柱进液口进入，而是从气液混合柱进气口进入。
优选地，所述气液混合柱中装填催化剂，所述催化剂包括活性炭、石墨炭黑、碳纳米管、氧化铁、氧化锰和氧化钴中的任意一种或至少两种组合。
上述催化剂能够催化臭氧分解或催化臭氧与过氧化氢反应产氧化性自由基，并促进臭氧气体与废水充分混合，进一步提升废水处理效率。
优选地，所述废水处理的总时间为0.25-12h，例如0.3h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h等，优选0.5-3h。
优选地，所述废水处理方法具体包括如下步骤：
(1)氧化性气体和废水分别以50-500mL/min和25-300mL/min的流速进入介质阻挡放电等离子体发生装置并流经碳电极表面，在电场作用下，所述氧化性气体形成低温等离子体，对废水进行低温等离子体处理，得到一次处理的废水，所述低温等离子体和一次处理的废水分别经出气口和出液口排出；
(2)所述低温等离子体和一次处理的废水分别经气液混合柱进气口和气液混合柱进液口进入气液混合柱，在催化剂的作用下进行二次处理，得到二次处理的废水；
所述气液混合柱的进液流速和所述介质阻挡放电等离子体发生装置的进液流速之比为1.1-3:1。
相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明在介质阻挡放电等离子体发生装置中引入碳电极，一方面可以缩短放电间隙，增大高能电子与气体作用的效率，从而提升臭氧活性物种的产量，并且由于等离子体装置中过氧化氢主要依靠臭氧的紫外光解产生，因此也可提升体系过氧化氢的产量；另一方面碳是氧气还原转化为过氧化氢的电催化剂，在体系中碳电极作为碳阴极有助于体系中过氧化氢的生成，便于与臭氧发生过臭氧化反应，提升活性氧自由基产量。
因此，在相同输入功率下，本发明可进一步提升体系活性物种的产量，提高废水处理效率，并且过程安全可靠，无二次污染。
附图说明
图1a是本发明一个具体实施方式提供的废水处理装置；
其中，1-介质阻挡放电等离子体发生装置，2-气液混合柱，3-储液池，4-石英内管，5-石英外管，6-碳电极，7-金属网，8-进气口，9-出气口，10-进液口，11-出液口，12-匀流口，13-曝气装置，14-催化剂床层，15-气液混合柱进液口，16-气液混合柱进气口，17-气液混合柱出液口，18-第一液体输送泵，19-第二液体输送泵。
图1b是图1中介质放电等离子体区的剖面图；其中，4-石英内管，5-石英外管，6-碳电极，7-金属网。
图2是本发明一个具体实施方式提供的废水处理装置；其中，1-介质阻挡放电等离子体发生装置，3-储液池，4-石英内管，5-石英外管，6-碳电极，7-金属网，8-进气口，9-出气口，10-进液口，11-出液口，12-匀流口，18-第一液体输送泵，19-第二液体输送泵。
图3是本发明实施例1和对比例1中监测到的过氧化氢浓度随处理时间的变化图。
图4是本发明实施例1和对比例1中监测到的臭氧浓度随处理时间的变化图。
图5是本发明实施例2、实施例3和对比例2的草酸钠降解效率随处理时间的变化图。
图6是本发明实施例4、实施例5和对比例3中COD去除率随处理时间的变化图。
图7是本发明实施例6～10中COD去除率变化图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种如图1a所式的废水处理装置，所述废水处理装置包括介质阻挡放电等离子体发生装置1、气液混合柱2和储液池3；
所述介质阻挡放电等离子体发生装置1包括石英内管4、石英外管5、碳电极6、金属网7、进气口8、出气口9、进液口10、出液口11和匀流口12；
所述气液混合柱2内部设置有曝气装置13、催化剂床层14，下部设置有气液混合柱进液口15和气液混合柱进气口16，上部设置有气液混合柱出液口17；
所述出液口11和气液混合柱进液口15之间设置有第一液体输送泵18；
所述储液池3和进液口10之间设置有第二液体输送泵19。
图1a中，金属网和碳电极之间形成介质放电等离子体区，该介质放电等离子体区的剖面图如图1b所示。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种如图2所式的废水处理装置，所述废水处理装置包括介质阻挡放电等离子体发生装置1和储液池3；
所述介质阻挡放电等离子体发生装置1包括石英内管4、石英外管5、碳电极6、金属电极7、进气口8、出气口9、进液口10、出液口11和匀流口12；
所述储液池3和出液口11之间设置有第一液体输送泵18；
所述储液池3和进液口10之间设置有第二液体输送泵19。
图1a和图2所示的装置中，碳电极6中的炭黑为Vulcan XC72R，碳电极6的制备方法如下：
将碳浆料涂膜在基板上，100℃条件下烘干，10t压力下冷压，得到所述碳电极；
其中碳浆料包括碳材料、占碳材料质量100％的二甲基甲酰胺以及占碳材料质量20％的聚偏氟乙烯。
图1a所示的装置中，曝气装置13的砂芯平均孔尺寸为6μm。
实施例1
本实施例提供一种采用如图2所示的废水处理装置进行废水处理的方法，具体如下：
选用2mM(mmol/L)草酸钠溶液作为模拟废水，pH＝3，废水经进液口10进入介质阻挡放电等离子体发生装置1中，氧气经进气口8进入介质阻挡放电等离子体发生装置1中，低温等离子体输入功率50W，第二液体输送泵19调节流速为50mL/min，第一液液体输送泵18调节流速为75mL/min，处理时间1h，采用臭氧分析仪(型号COM-AD-01，德国Anseros公司生产)监测尾气臭氧浓度，溶液过氧化氢浓度采用辣根过氧化物酶测定，并记录处理时间为15min、30min、45min和1h时臭氧和过氧化氢浓度。臭氧尾气浓度通过等离子体出气口检测，过氧化氢浓度为储液池中浓度。
对比例1
与实施例1的区别在于，所述废水处理装置中不设置碳电极；
图3是实施例1和对比例1中监测到的过氧化氢浓度随处理时间的变化图；图4是实施例1和对比例1中监测到的臭氧浓度随处理时间的变化图。
由图3和图4可知，相比于原始介质阻挡放电等离子体发生装置，添加碳电极后，尾气中臭氧浓度提升大约10mg/L，溶液中过氧化氢浓度也相应提升，从而证明碳电极可以提升等离子体装置的臭氧，过氧化氢等活性物种的产量。
实施例2
本实施例提供一种采用如图2所示的废水处理装置进行废水处理的方法，具体如下：
选用2mM(C0)草酸钠溶液作为模拟废水，pH＝9，废水经进液口10进入介质阻挡放电等离子体发生装置1中，氧气经进气口8进入介质阻挡放电等离子体发生装置1中，低温等离子体输入功率50W，第二液体输送泵19调节流速为50mL/min，第一液液体输送泵18调节流速为75mL/min，处理时间1h，分别检测处理时间为15min、30min、45min和1h时的草酸钠降解效率C/C0。
实施例3
与实施例2的区别在于，采用图1a所示的废水处理装置进行废水处理，
对比例2
与实施例2的区别在于，介质阻挡放电等离子体发生装置中不设置碳电极。
图5是实施例2、实施例3和对比例2的草酸钠降解效率随处理时间的变化图。
由图5可知，对于原始的介质阻挡放电介质阻挡放电等离子体发生装置(对比例2)，1h内只能将草酸钠降解24％。当加入碳电极后(实施例2)，草酸钠的降解效率可提升到39％，当同时加入碳电极和气液混合柱后(实施例3)，草酸钠可实现完全降解，提升效果非常明显。进一步证明碳电极和气液混合柱可协同提升低温等离子体对有机废水的处理效率。
以上实施例和对比例中草酸降解效率检测方法具体如下：起始溶液中草酸根浓度记为C0，降解实验开始后取不同时间点的样品，测定草酸根的浓度为C，计算C/C0比值可得到不同时间点的草酸根降解率。草酸根浓度用离子色谱仪测定，离子色谱仪型号为ICS-5000，生产厂家为ThermoFisher Scientific。
实施例4
本实施例提供一种采用如图2所示的废水处理装置进行废水处理的方法，具体如下：
对工业反渗透浓水进行处理，初始COD(COD0)为140mg/L，废水经进液口10进入介质阻挡放电等离子体发生装置1中，氧气经进气口8进入介质阻挡放电等离子体发生装置1中，低温等离子体输入功率50W，第二液体输送泵19控制流速为50mL/min，第一液液体输送泵18控制流速为75mL/min，处理时间1.5h，检测处理时间分别为30min、60min、90min的废水COD去除率。
COD表示废水中的化学需氧量。
实施例5
与实施例4的区别在于，使用图1a所示的废水处理装置进行废水处理。
对比例3
与实施例4的区别在于，介质阻挡放电等离子体发生装置中不设置碳电极。
图6是实施例4、实施例5和对比例3中COD去除率随处理时间的变化图。
由图6可知，对于传统的介质阻挡放电介质阻挡放电等离子体发生装置(对比例3)，1.5h内只能造成10％左右的COD去除。当加入碳电极(实施例4)，COD的去除率可提升到19％，说明装置改进对废水处理有一定效果。当同时引入碳电极和气液混合柱(实施例5)，COD去除率提升到40％，提升效果非常明显。
以上实施例和对比例中COD去除率的检测方法如下：利用重铬酸钾溶液对2.5ml样品进行高温消解，消解后溶液加适量水稀释后，利用紫外分光光度计在600nm处测其吸光度，最终换算出COD值。初始溶液所测得COD值记为COD0，取不同时间段溶液测其对应的COD值，得到COD/COD0即为COD去除率。
实施例6
与实施例5的区别在于，第一液体输送泵18控制流速为125mL/min，气液混合柱进液流速(第一液体输送泵18)与介质阻挡放电等离子体发生装置进液流速(第二液体输送泵19)之比为2.5:1，检测处理时间为1.5h时的COD去除率。
实施例7
与实施例5的区别在于，第一液体输送泵18控制流速为55mL/min，气液混合柱进液流速(第一液体输送泵18)与介质阻挡放电等离子体发生装置进液流速(第二液体输送泵19)之比为1.1:1，检测处理时间为1.5h时的COD去除率。
实施例8
与实施例5的区别在于，第一液体输送泵18控制流速为150mL/min，气液混合柱进液流速(第一液体输送泵18)与介质阻挡放电等离子体发生装置进液流速(第二液体输送泵19)之比为3:1，检测处理时间为1.5h时的COD去除率。
实施例9
与实施例5的区别在于，第一液体输送泵18控制流速为50mL/min，气液混合柱进液流速(第一液体输送泵18)与介质阻挡放电等离子体发生装置进液流速(第二液体输送泵19)之比为1:1，检测处理时间为1.5h时的COD去除率。
实施例10
与实施例5的区别在于，第一液体输送泵18控制流速为160mL/min，气液混合柱进液流速(第一液体输送泵18)与介质阻挡放电等离子体发生装置进液流速(第二液体输送泵19)之比为3.2:1，检测处理时间为1.5h时的COD去除率。
由实施例5-10的数据总结得到图7，图7为COD去除率随气液混合柱进液流速(液体输送泵18)与介质阻挡放电等离子体发生装置进液流速(液体输送泵19)之比的变化图。
由图7可知，当气液混合柱的进液流速和介质阻挡放电等离子体发生装置的进液流速之比为1.1-3:1时(实施例5-8)，特别是1.5-2.5:1时(实施例5和6)，废水处理效果更佳。
实施例11
本实施例提供一种采用如图1a所示的废水处理装置进行废水处理的方法，具体如下：
对工业反渗透浓水进行处理，初始COD(COD0)为140mg/L，废水经进液口10进入介质阻挡放电等离子体发生装置1中，氧气经进气口8进入介质阻挡放电等离子体发生装置1中，低温等离子体输入功率30W，第二液体输送泵19控制流速为25mL/min，第一液体输送泵18控制流速为75mL/min，处理时间12h，检测得到处理时间为90min的废水COD去除率42％。
实施例12
本实施例提供一种采用如图1a所示的废水处理装置进行废水处理的方法，具体如下：
对工业反渗透浓水进行处理，初始COD(COD0)为140mg/L，废水经进液口10进入介质阻挡放电等离子体发生装置1中，氧气经进气口8进入介质阻挡放电等离子体发生装置1中，低温等离子体输入功率180W，第二液体输送泵19控制流速为300mL/min，第一液体输送泵18控制流速为330mL/min，处理时间0.25h，检测得到处理时间为90min的废水COD去除率41％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种废水处理装置，其特征在于，所述废水处理装置包括介质阻挡放电等离子体发生装置，所述介质阻挡放电等离子体发生装置包括同轴设置的介质内管和介质外管，环绕所述介质内管的外表面设置碳电极，环绕所述介质外管的外表面设置金属电极，所述碳电极与所述金属电极之间形成介质放电等离子体区。
2.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，沿所述介质内管轴向，所述碳电极的长度大于等于所述金属电极的长度；
优选地，所述碳电极沿所述介质内管轴向的长度为介质内管长度的30-100％；
优选地，所述金属电极沿所述介质外管轴向的长度为介质外管总长度的30％-80％；
优选地，所述碳电极上边缘的高度大于等于所述金属电极上边缘的高度，且所述碳电极下边缘的高度小于等于所述金属电极下边缘的高度；
优选地，所述碳电极以泡沫镍或镍网为基底；
优选地，所述碳电极中的碳材料包括Vulcan XC72R炭黑、石墨炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳毡和碳布中的任意一种或至少两种组合；
优选地，所述碳电极的制备方法包括如下步骤：
将碳浆料涂膜在基板上，烘干，冷压，得到碳电极；
优选地，所述烘干的温度为50-110℃；
优选地，所述冷压的压力为5-20MPa；
优选地，所述碳浆料包括碳材料，还包括占碳材料质量50％-200％的溶剂以及占碳材料质量10％-30％的聚偏氟乙烯；
优选地，所述溶剂包括二甲基甲酰胺、异丙醇和乙醇中的任意一种或至少两种组合。
3.根据权利要求1或2所述的废水处理装置，其特征在于，所述介质内管为石英内管或刚玉陶瓷内管；
优选地，所述介质外管为石英外管或刚玉陶瓷外管；
优选地，所述金属电极包括金属网或金属层；
优选地，所述金属包括铁、铜和钨中的任意一种或至少两种组合。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的废水处理装置，其特征在于，所述介质阻挡放电等离子体发生装置的上部设置进气口，下部设置出气口、进液口和出液口；
优选地，所述介质阻挡放电等离子体发生装置还包括设置在所述介质内管上部的匀流口；
优选地，所述介质阻挡放电等离子体发生装置还包括变压器，所述变压器通过电线与金属电极相连。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的废水处理装置，其特征在于，所述废水处理装置还包括与所述介质阻挡放电等离子体发生装置的出液口和出气口相连的气液混合柱；
优选地，所述气液混合柱的材质为玻璃、石英或陶瓷；
优选地，所述气液混合柱内部设置有至少一个曝气装置；
优选地，所述曝气装置的砂芯尺寸为1.5-9μm；
优选地，所述气液混合柱内部设置有催化剂床层；
优选地，所述气液混合柱的下部设置有气液混合柱进液口和气液混合柱进气口；
优选地，所述气液混合柱的上部设置有气液混合柱出液口；
优选地，所述气液混合柱进液口与所述介质阻挡放电等离子体发生装置的出液口相连；
优选地，所述气液混合柱进气口与所述介质阻挡放电等离子体发生装置的出气口相连。
6.根据权利要求5所述的废水处理装置，其特征在于，在所述介质阻挡放电等离子体发生装置的出液口和所述气液混合柱进液口之间设置第一蠕动泵或第一液体输送泵；
优选地，所述废水处理装置还包括与所述介质阻挡放电等离子体发生装置的进液口相连的储液池；
优选地，在所述介质阻挡放电等离子体发生装置的进液口与储液池之间设置第二蠕动泵或第二液体输送泵；
优选地，所述气液混合柱出液口与所述储液池相连。
7.一种采用权利要求1-6中任一项所述的废水处理装置的废水处理方法，其特征在于，所述废水处理方法包括如下步骤：
(1)氧化性气体和废水进入介质阻挡放电等离子体发生装置并流经碳电极表面，在电场作用下，所述氧化性气体形成低温等离子体，对废水进行低温等离子体处理，得到一次处理的废水。
8.根据权利要求7所述的废水处理方法，其特征在于，所述低温等离子体输入功率为30-180W，优选40-60W；
优选地，所述氧化性气体包括氧气和空气；
优选地，所述氧化性气体通过进气口进入介质阻挡放电等离子体发生装置中；
优选地，所述氧化性气体的进气流速为50-500mL/min，优选100-200mL/min；
优选地，所述废水通过进液口进入介质阻挡放电等离子体发生装置中；
优选地，通过第二蠕动泵或第二液体输送泵控制介质阻挡放电等离子体发生装置的进液流速；
优选地，所述废水的进液流速为25-300mL/min，进一步优选50-150mL/min；
优选地，所述低温等离子体和一次处理的废水分别经出气口和出液口排出。
9.根据权利要求7或8所述的废水处理方法，其特征在于，在步骤(1)之后进行步骤(2)：
介质阻挡放电等离子体发生装置中的尾气和经一次处理的废水分别经气液混合柱进气口和气液混合柱进液口进入气液混合柱，进行二次反应，得到二次处理的废水；
优选地，通过第一蠕动泵或第一液体输送泵调节气液混合柱的进液流速；
优选地，所述气液混合柱的进液流速大于所述介质阻挡放电等离子体发生装置的进液流速；
所述气液混合柱的进液流速和所述介质阻挡放电等离子体发生装置的进液流速之比为1.1-3:1，优选1.5-2.5:1；
优选地，所述气液混合柱中装填催化剂，所述催化剂包括活性炭、石墨炭黑、碳纳米管、氧化铁、氧化锰和氧化钴中的任意一种或至少两种组合。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的废水处理方法，其特征在于，所述废水处理方法具体包括如下步骤：
(1)氧化性气体和废水分别以50-500mL/min和25-300mL/min的流速进入介质阻挡放电等离子体发生装置并流经碳电极表面，在电场作用下，所述氧化性气体形成低温等离子体，对废水进行低温等离子体处理，得到一次处理的废水，所述低温等离子体和一次处理的废水分别经出气口和出液口排出；
(2)所述低温等离子体尾气和一次处理的废水分别经气液混合柱进气口和气液混合柱进液口进入气液混合柱，在催化剂的作用下进行二次处理，得到二次处理的废水；
所述气液混合柱的进液流速和所述介质阻挡放电等离子体发生装置的进液流速之比为1.1-3:1。
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