CN117285210A - 一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置及方法，属于废水处理技术领域。装置包括进水管、粗细格栅、混合反应器、等离子处理装置及出水管，等离子处理装置包括射频电源、等离子发生器以及等离子反应器，混合反应器的底部安装有进水调节阀，等离子反应器设有出水调节阀，射频电源通过整流电路输出为电压可调的直流电，等离子反应器内安装有电探针，电探针通过AD转换器连接至主机控制器，主机控制器根据接收到的电探针的电子密度信号，控制射频电源的输出功率或者进水调节阀、出水调节阀的流量大小。本发明可对射频电源的功率进行动态调整，实现对印染废水污染物的精准处理，既提高废水的处理效率，同时还可节约射频电源的电能。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，更为具体地说是指一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置及方法。
背景技术
等离子体污水处理装置处理废水的主要原理是在外加电场的作用下，放电产生的大量高能电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，然后引发一系列复杂的物理、化学反应，使复杂大分子污染物转变为简单小分子物质，或使有毒有害物质转变成无毒无害或低毒低害的物质，从而使污染物得以降解去除。
目前，现有的等离子体污水处理装置，如CN 109368885 A的中国发明专利公开一种等离子体污水处理***及其处理方法，包括等离子体污水处理装置和水体悬浮物处理装置，所述水体悬浮物处理装置的进液端与等离子体污水处理装置的出液端连通设置，所述等离子体污水处理装置电离降解污水溶液，所述水体悬浮物处理装置过滤电离后的污水溶液中的悬浮物。该等离子体污水处理***的放电电极和接地电极分别连接与电极电源，一般为高频交流电。然而，这种采用高频电流电作为电极电源主要是使电流的大小和方向作周期性地变换，也就是说该发明的等离子体污水处理装置在污水中所产生的电子密度随高频交流电的周期性变化而变化。但是，由于进入等离子体污水处理装置的污水浓度变化莫测。若污水浓度较高，电子密度较低，污水处理的效率则相对较低，甚至影响污水的处理效果；若污水浓度较低，而电子密度相对较高，虽然处理效率高，但浪费了更多的电能。因此，为使污水能够得到精准快速的处理，我们提供一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置及方法。
发明内容
本发明提供一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置及方法，以解决现有等离子体污水处理装置无法根据污水浓度自动调节功率，导致污水处理效率不高或者浪费电能等问题。
本发明采用如下技术方案：
一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置，包括依次连接的进水管、格栅、混合反应器、等离子处理装置以及出水管，所述等离子处理装置包括射频电源、等离子发生器以及等离子反应器，所述混合反应器的底部安装有与所述等离子反应器相通的进水调节阀，所述等离子反应器的底部设有出水调节阀，所述射频电源通过整流电路输出为电压可调的直流电，所述等离子反应器内安装有用于检测印染废水中电子密度的电探针，所述电探针通过AD转换器连接至主机控制器，所述主机控制器分别与射频电源、进水调节阀以及出水调节阀控制连接，该主机控制器根据接收到的电探针的电子密度信号，控制射频电源的输出功率或者进水调节阀、出水调节阀的流量大小。
优选地，上述电探针采用三探针结构，在其中两个探针之间施加电压，使其工作在深度饱和区，另一根探针保持悬浮，直接测出电子密度信号。
进一步地，上述电探针后侧的绝缘材料上绕有若干圈金属丝作为辅助电极，且所述辅助电极通过一个电容连接在探针的探头和扼流圈中间。
优选地，上述射频电源包括信号接收单元、本振单元、乘法器单元和射频放大器单元，所述信号接收单元用于接收主机控制器发送的控制信号，所述乘法器单元将控制信号与本振信号相乘获取并输出调幅波信号，所述射频放大器单元将调幅波信号进行功率放大，通过射频匹配器给环形高压电机和等离子放电腔体内壁件施加高压调幅波信号，以此获得射频电源的射频频率，再将所需要射频频率信号转换到逆变电路中，将直流信号转变为高频的交流信号，从而控制射频电源的功率。
进一步地，上述进水调节阀以及出水调节阀均含有若干个电磁阀芯，主机控制器通过控制电磁阀芯打开的个数以达到调节进水流量的目的。
本发明还提供一种基于多频等离子技术的印染废水处理方法，包括上述印染废水处理装置，具体步骤如下：
1）印染废水通过进水口进入粗细格栅，过滤除去粗颗粒杂质，再进入混合反应器中与漂白废水进行中和反应，获得初步处理的印染废水；
2）打开进水调节阀使初步处理后的印染废水进入等离子反应器内，达到最大容量后关闭进水调节阀，测定印染废水的COD初始浓度值，根据经验先给定一个输出功率P0使射频电源工作，获取初始电子密度值ρ1，直到COD的初始浓度值降低至排放标准浓度，测出所消耗时间t0以及该时刻所对应的电子密度值ρ2，在计算出该时间内电子密度的消耗速率Δv0=（ρ1-ρ2）/t0；
3）同步打开进水调节阀和出水调节阀，保持二者流量大小相同；由电探针时刻检测印染废水中的电子密度值，且由主机控制器计算单位时间内电子密度的消耗速率Δv，并与Δv0进行比较；
4）若Δv>Δv0，说明电子密度消耗过快，即废水中COD浓度过高，主机控制器优先控制射频电源，提高射频电源的输出功率，直到Δv与Δv0大致相等；
5）若Δv<Δv0，说明电子密度消耗过慢，即废水中COD浓度过低，主机控制器优先控制进水调节阀和出水调节阀，提高进水调节阀和出水调节阀的流量，直到Δv与Δv0大致相等。
进一步地，若步骤4）中射频电源的输出功率提高到最大Δv仍大于Δv0，此时必须控制进水调节阀和出水调节阀，减小进水流量和出水流量，直到Δv与Δv0大致相等。
进一步地，若步骤5）中进水调节阀和出水调节阀调节至最大Δv仍小于Δv0，此时控制射频电源，降低射频电源的输出功率，直到Δv与Δv0大致相等。
由上述对本发明的结构描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、该发明的印染废水处理装置，在等离子反应器内安装有电探针，用于检测印染废水中电子密度值，并且将电子密度信号传输给主机控制器，由主机控制器判断电子密度的消耗速率是否满足印染废水浓度的处理需求，主机控制器根据电子密度的消耗速率反向控制射频电源的输出功率或者进水调节阀、出水调节阀的流量大小。故本发明可对射频电源的功率进行动态调整，实现对印染废水污染物的精准处理，既提高废水的处理效率，同时还可节约射频电源的电能。
2、该发明的印染废水处理方法，在废水中COD浓度过高时，以提高废水处理效率为主，提高射频电源的输出功率；废水中COD浓度过低，主机控制器优先控制进水调节阀和出水调节阀，提高进水调节阀和出水调节阀的流量。这种控制方式以废水处理效率为主，保证印染废水污染物的去除率；同时兼顾了节约射频电源的电能资源。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的立体图。
图3为本发明的结构框图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。对于公知的组件、方法及过程，以下不再详细描述。
一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置，参照图1和图2，包括依次连接的进水管10、格栅20、混合反应器30、等离子处理装置40以及出水管50。其中，等离子处理装置40包括射频电源41、等离子发生器42以及等离子反应器43。混合反应器30的底部安装有与等离子反应器43相通的进水调节阀31，等离子反应器43的底部设有出水调节阀431。
参照图1，等离子反应器43内安装有用于检测印染废水中电子密度的电探针44，电探针44采用三探针的方式，在其中两根探针（优选采用金属丝）间施加一个较高的偏压（通常是数倍的Te），使其工作在深度饱和区，另一根探针（优选采用金属丝）保持悬浮，可以直接测出电子密度信号。
参照图3，上述电探针44通过AD转换器2连接至主机控制器1，主机控制器1分别与射频电源41、进水调节阀31以及出水调节阀431控制连接。
由于等离子体是由射频放电产生，在射频功率的每一个周期，等离子体空间电位都会随着射频电压的变化而上下浮动，因此等离子体中会有较强的射频电压振荡干扰，需要进行射频补偿，避免测量数据出现较大偏差，在探针上放置一个辅助电极，电极表面积够大以保障产生的射频信号有良好的驱动能力。具体地，在探头后面的绝缘材料上绕几圈作为辅助电极，将通过一个电容连接在探针探头和扼流圈中间。
本实施例的射频电源41采用由380V工业电压通过整流电路输出为0～110V可调的直流电（整流电路：首先通过桥式整流二级管，将交流信号波形变为只有半周期的正弦信号，再通过滤波电容去除波动的高频部分以减少信号的扰动）。
参照图3，射频电源41包括信号接收单元411、本振单元412、乘法器单元413和射频放大器单元414。信号接收单元411用于接收主机控制器发送的控制信号，乘法器单元413将控制信号与本振信号相乘获取并输出调幅波信号，所述射频放大器单元414将调幅波信号进行功率放大，通过射频匹配器给环形高压电机和等离子放电腔体内壁件施加高压调幅波信号，以此获得射频电源的射频频率，再将所需要射频频率信号转换到逆变电路中，将直流信号转变为高频的交流信号，从而控制射频电源的功率。
一种基于多频等离子技术的印染废水处理方法，采用以上印染废水处理装置，具体步骤如下：
1）印染废水通过进水口进入粗细格栅，过滤除去粗颗粒杂质，再进入混合反应器中与漂白废水进行中和反应，获得初步处理的印染废水；
2）打开进水调节阀使初步处理后的印染废水进入等离子反应器内，达到最大容量后关闭进水调节阀，测定印染废水的COD初始浓度值，根据经验先给定一个输出功率P0使射频电源工作，获取初始电子密度值ρ1，直到COD的初始浓度值降低至排放标准浓度，测出所消耗时间t0以及该时刻所对应的电子密度值ρ2，在计算出该时间内电子密度的消耗速率Δv0=（ρ1-ρ2）/t0；
3）同步打开进水调节阀和出水调节阀，保持二者流量大小相同；由电探针时刻检测印染废水中的电子密度值，且由主机控制器计算单位时间内电子密度的消耗速率Δv，并与Δv0进行比较；
4）若Δv>Δv0，说明电子密度消耗过快，即废水中COD浓度过高，主机控制器优先控制射频电源，提高射频电源的输出功率，直到Δv与Δv0大致相等；
5）若Δv<Δv0，说明电子密度消耗过慢，即废水中COD浓度过低，主机控制器优先控制进水调节阀和出水调节阀，提高进水调节阀和出水调节阀的流量，直到Δv与Δv0大致相等。
若步骤4）中射频电源的输出功率提高到最大Δv仍大于Δv0，此时必须控制进水调节阀和出水调节阀，减小进水流量和出水流量，直到Δv与Δv0大致相等。
若步骤5）中进水调节阀和出水调节阀调节至最大Δv仍小于Δv0，此时控制射频电源，降低射频电源的输出功率，直到Δv与Δv0大致相等。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (8)
1.一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置，包括依次连接的进水管、粗细格栅、混合反应器、等离子处理装置以及出水管，所述等离子处理装置包括射频电源、等离子发生器以及等离子反应器，所述混合反应器的底部安装有与所述等离子反应器相通的进水调节阀，所述等离子反应器的底部设有出水调节阀，其特征在于：所述射频电源通过整流电路输出为电压可调的直流电，所述等离子反应器内安装有用于检测印染废水中电子密度的电探针，所述电探针通过AD转换器连接至主机控制器，所述主机控制器分别与射频电源、进水调节阀以及出水调节阀控制连接，该主机控制器根据接收到的电探针的电子密度信号，控制射频电源的输出功率或者进水调节阀、出水调节阀的流量大小。
2.如权利要求1所述的一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置，其特征在于：所述电探针采用三探针结构，在其中两个探针之间施加电压，使其工作在深度饱和区，另一根探针保持悬浮，直接测出电子密度信号。
3.如权利要求2所述的一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置，其特征在于：所述电探针后侧的绝缘材料上绕有若干圈金属丝作为辅助电极，且所述辅助电极通过一个电容连接在探针的探头和扼流圈中间。
4.如权利要求1所述的一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置，其特征在于：所述射频电源包括信号接收单元、本振单元、乘法器单元和射频放大器单元，所述信号接收单元用于接收主机控制器发送的控制信号，所述乘法器单元将控制信号与本振信号相乘获取并输出调幅波信号，所述射频放大器单元将调幅波信号进行功率放大，通过射频匹配器给环形高压电机和等离子放电腔体内壁件施加高压调幅波信号，以此获得射频电源的射频频率，再将所需要射频频率信号转换到逆变电路中，将直流信号转变为高频的交流信号，从而控制射频电源的功率。
5.如权利要求1所述的一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置，其特征在于：所述进水调节阀以及所述出水调节阀均含有若干个电磁阀芯，主机控制器通过控制电磁阀芯打开的个数以达到调节进水流量的目的。
6.一种基于多频等离子技术的印染废水处理方法，其特征在于：包括如权利要求1所述的一种基于多频等离子技术的印染废水处理装置，具体步骤如下：
1）印染废水通过进水口进入粗细格栅，过滤除去粗颗粒杂质，再进入混合反应器中与漂白废水进行中和反应，获得初步处理的印染废水；
2）打开进水调节阀使初步处理后的印染废水进入等离子反应器内，达到最大容量后关闭进水调节阀，测定印染废水的COD初始浓度值，根据经验先给定一个输出功率P0使射频电源工作，获取初始电子密度值ρ1，直到COD的初始浓度值降低至排放标准浓度，测出所消耗时间t0以及该时刻所对应的电子密度值ρ2，在计算出该时间内电子密度的消耗速率Δv0=（ρ1-ρ2）/t0；
3）同步打开进水调节阀和出水调节阀，保持二者流量大小相同；由电探针时刻检测印染废水中的电子密度值，且由主机控制器计算单位时间内电子密度的消耗速率Δv，并与Δv0进行比较；
4）若Δv>Δv0，说明电子密度消耗过快，即废水中COD浓度过高，主机控制器优先控制射频电源，提高射频电源的输出功率，直到Δv与Δv0大致相等；
5）若Δv<Δv0，说明电子密度消耗过慢，即废水中COD浓度过低，主机控制器优先控制进水调节阀和出水调节阀，提高进水调节阀和出水调节阀的流量，直到Δv与Δv0大致相等。
7.如权利要求6所述的一种基于多频等离子技术的印染废水处理方法，其特征在于：若步骤4）中射频电源的输出功率提高到最大Δv仍大于Δv0，此时必须控制进水调节阀和出水调节阀，减小进水流量和出水流量，直到Δv与Δv0大致相等。
8.如权利要求6所述的一种基于多频等离子技术的印染废水处理方法，其特征在于：若步骤5）中进水调节阀和出水调节阀调节至最大Δv仍小于Δv0，此时控制射频电源，降低射频电源的输出功率，直到Δv与Δv0大致相等。
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