申请日2011.09.09
公开(公告)日2012.01.25
IPC分类号C02F1/32; C02F9/08
摘要
本发明公开了一种独立曝气高压脉冲放电水处理反应器及其污水处理方法，包括至少一个高压脉冲放电反应装置和至少一个低于所述高压脉冲放电反应装置的独立曝气装置，本发明更加有效的利用高压脉冲放电产生的O3进行污水处理，同时能有效克服蠕动泵产生的脉冲作用，并且将多孔的钛基底应用于高压脉冲放电反应器电极，除了发挥电极的作用，同时达到曝气、布液、抑制脉冲和催化目的。
权利要求书
1.一种独立曝气高压脉冲放电水处理反应器,其特征在于：包括至少一个高压脉冲放电反应装置(1)和至少一个低于所述高压脉冲放电反应装置的独立曝气装置(2);
所述高压脉冲放电反应装置包括上部的气室(3)和下部的液室(4)，所述气室(3)中嵌有上多孔钛板(5)作为高压电极，所述液室中嵌有下多孔钛板(6)作为地电极，所述高压电极通过高压导线(8)与高压电源连接，所述地电极通过导线与地线(7)连接，所述高压电极与地电极极性可颠倒，所述上多孔钛板电极与下多孔钛板之间的部分为放电区(9)，所述高压脉冲放电反应装置顶部设有气体入口(11)和气体出口(12)，所述气体入口(11)和所述气室(3)连通，所述高压脉冲放电反应装置底部设有液体入口(13)，所述高压脉冲放电反应装置侧壁设有溢流取样管(14)，所述溢流取样管低于所述下多孔钛板;
所述独立曝气装置包括外壳(15)、外壳内部的气液分离管(16)，所述外壳上设有液体出口(19)，所述气液分离管(16)内部嵌有多孔的曝气头(17)，所述气液分离管(16)的侧壁设置液体溢出孔(20)，所述液体溢出孔的水平位置高于所述曝气头(17)，所述曝气头(17)的下方为曝气气室(18)，所述液体出口(19)与所述液体溢出孔(20)不在同侧的同一水平面上，所述液体出口(19)低于所述气液分离管(16)的顶端，所述独立曝气装置外壳底部设有曝气入口(21)。
2.如权利要求1所述的反应器,其特征在于：所述反应器包括一个高压脉冲放电反应装置和一个独立曝气装置，所述独立曝气装置的液体出口和所述高压脉冲放电反应装置上的液体入口连通，所述高压脉冲放电反应装置顶部的气体出口和所述曝气入口连通。
3.如权利要求1所述的反应器,其特征在于：所述反应器为由至少两套上述高压脉冲放电反应装置和独立曝气装置组成的多级反应器，相邻两级分别称为上级高压脉冲放电反应装置(24)、上级独立曝气装置(25)、下级高压脉冲放电反应装置(26)、下级独立曝气装置(27)，其中最上级的高压脉冲放电反应装置上的液体入口和外部水源(28)连通，上级独立曝气装置的液体出口和下级高压脉冲放电反应装置的液体入口连通，每一级的独立曝气装置的曝气入口和同级的高压脉冲放电反应装置顶部的气体出口连接，最后一级的独立曝气装置的液体出口与其他水处理工艺流程相连或作为最终的出水口(29)。
4.如权利要求1所述的反应器,其特征在于：所述反应器包括1个上述高压脉冲放电反应装置和至少两个独立曝气装置，所述独立曝气装置的液体出口之间相互连通并与高压脉冲放电反应装置的液体入口连接，所述独立曝气装置的曝气入口之间相互连通并与所述高压脉冲放电反应装置的气体出口连接，相邻的两个独立曝气装置的壳体通过连通管(30)连通。
5.如权利要求1至4任意一项所述的反应器,其特征在于：所述气液分离管内部的曝气头为抗氧化耐腐蚀的微米级孔径的多孔钛板。
6.如权利要求5所述的反应器,其特征在于：所述微米级孔径的多孔钛板的孔径为5-50μm。
7.如权利要求1至4任意一项所述的反应器,其特征在于：所述高压脉冲放电反应装置的上多孔钛板、下多孔钛板的孔径为微米级。
8.如权利要求1至4任意一项所述的反应器,其特征在于：在所述独立曝气装置的液体中含有活性炭颗粒或负载TiO2颗粒物，在曝气装置最终的液体出口处设置一层或多层50-250目的不锈钢阻挡网。
9.一种使用权利要求2所述的独立曝气高压脉冲放电水处理反应器的污水处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
待处理液体由所述反应器的独立曝气装置一次性加入，然后被循环至高压脉冲放电反应装置，在液体推流作用下从下多孔钛板穿过后到达放电区表面，经过放电处理的液体再由溢流取样管流出重新进入独立曝气装置，再次与所述高压脉冲放电反应装置产生的O3反应，以此循环，最终将污染物矿化。
10.一种使用权利要求3所述的独立曝气高压脉冲放电水处理反应器的污水处理方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
使待处理液体被抽至高压脉冲放电反应装置，经高压脉冲放电作用后，液体从溢流取样管溢流至反应器的独立曝气装置，与O3作用后由下部的液体出口进入至下一级的高压脉冲放电反应装置进行新一轮的放电和曝气，实现废水的多级连续处理。
说明书
独立曝气高压脉冲放电水处理反应器及其污水处理方法
技术领域
本发明属于低温等离子体技术在环境污染控制领域的应用，具体涉及一种高压脉冲放电作用下在反应器的气液两相都产生强活性化学物质来降解水中有机污染物的装置及方法。
背景技术
随着人们生产、生活活动的扩大，工业化进程速度越来越快，石油、印刷、冶金、皮革、染料及其他各行业的污染物大量增加，带来了严重的水环境污染问题，并且这种污染影响面积大，产生的污染物通常具有生化需氧量高、色度高、pH值高、难生物降解、浓度高、成分复杂、有生物毒性等特点，传统的污水处理方法对之束手无策。近几十年来，针对这些难降解的废水发展了许多新型高效的水处理技术，其中高压脉冲放电污水处理技术因其能有效降解甚至矿化难降解污染物而引起了较为广泛的关注。
高压脉冲放电电压上升时间短(<100ns)，脉冲宽度窄(<200ns)，因而可以在不使电场内的离子加速的情况下，单使电子加速，从而形成无需屏蔽的高能自由电子。高能电子在加速运动的过程中H2O、O2等分子强烈碰撞，使分子离解、重组，产生·OH、·O、H2O2、O3等具有强活性的化学物质，并伴随产生紫外光、冲击波、超声波、局部高温等物理效应，化学效应和物理效应共同作用下，使污染物质中C-C键及其不饱和键，发生断键和开环等一系列反应，或部分使大分子物质变成小分子，从而提高难降解物质的可生化性，乃至最终的矿化。
已有的各类高压脉冲反应器研究证实，向反应器中通入空气或氧气有利于放电产生更多的活性粒子，而这种反应器中产生最多的活性物质之一是O3，但是现有反应器中臭氧利用仍不够高。另外，在高压脉冲放电与TiO2催化协同作用研究中，通常将TiO2纳米颗粒投放入放电反应器中，但这不利于TiO2从溶液中分离，而将TiO2负载在活性炭、活性炭纤维、PET、玻璃及其他基底上的方式也存在TiO2薄膜易碎裂、脱落等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种更加有效的利用高压脉冲放电产生的O3的独立曝气高压脉冲放电水处理反应器。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种独立曝气高压脉冲放电水处理反应器,包括至少一个高压脉冲放电反应装置和至少一个低于所述高压脉冲放电反应装置的独立曝气装置;
所述高压脉冲放电反应装置包括上部的气室和下部的液室，所述气室中嵌有上多孔钛板作为高压电极，所述液室中嵌有下多孔钛板作为地电极，所述高压电极通过高压导线与高压电源连接，所述地电极通过导线与地线连接，所述高压电极与地电极极性可颠倒，所述上多孔钛板电极与下多孔钛板之间的部分为放电区，所述高压脉冲放电反应装置顶部设有气体入口和气体出口，所述气体入口和所述气室连通，所述高压脉冲放电反应装置底部设有液体入口，所述高压脉冲放电反应装置侧壁设有溢流取样管，所述溢流取样管低于所述下多孔钛板;
所述独立曝气装置包括外壳、外壳内部的气液分离管，所述外壳上设有液体出口，所述气液分离管内部嵌有多孔的曝气头，所述气液分离管的侧壁设置液体溢出孔，所述液体溢出孔的水平位置高于所述曝气头，所述曝气头的下方为曝气气室，所述液体出口与所述液体溢出孔不在同侧的同一水平面上，所述液体出口低于所述气液分离管的顶端，所述独立曝气装置外壳底部设有曝气入口。
作为优选，所述反应器包括一个高压脉冲放电反应装置和一个独立曝气装置，所述独立曝气装置的液体出口和所述高压脉冲放电反应装置上的液体入口连通，所述高压脉冲放电反应装置顶部的气体出口和所述曝气入口连通。
作为优选，所述反应器为由至少两套上述高压脉冲放电反应装置和独立曝气装置组成的多级反应器，相邻两级分别称为上级高压脉冲放电反应装置、上级独立曝气装置、下级高压脉冲放电反应装置、下级独立曝气装置，其中最上级的高压脉冲放电反应装置上的液体入口和外部水源连通，上级独立曝气装置的液体出口和下级高压脉冲放电反应装置的液体入口连通，每一级的独立曝气装置的曝气入口和同级的高压脉冲放电反应装置顶部的气体出口连接，最后一级的独立曝气装置的液体出口与其他水处理工艺流程相连或作为最终的出水口。
作为优选，所述反应器包括1个上述高压脉冲放电反应装置和至少两个独立曝气装置，所述独立曝气装置的液体出口之间相互连通并与高压脉冲放电反应装置的液体入口连接，所述独立曝气装置的曝气入口之间相互连通并与所述高压脉冲放电反应装置的气体出口连接，相邻的两个独立曝气装置的壳体通过连通管连通。
作为优选，所述气液分离管内部的曝气头为抗氧化耐腐蚀的微米级孔径的多孔钛板。
作为优选，所述微米级孔径的多孔钛板的孔径为5-50μm。
作为优选，所述高压脉冲放电反应装置的上多孔钛板、下多孔钛板的孔径为微米级。
作为优选，在所述独立曝气装置的液体中含有活性炭颗粒或负载TiO2颗粒物，在曝气装置最终的液体出口处设置一层或多层50-250目的不锈钢阻挡网。
本发明另一个要解决的技术问题是：提供一种更加有效的利用独立曝气高压脉冲放电水处理反应器的污水处理方法。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种使用独立曝气高压脉冲放电水处理反应器的污水处理方法，所述方法包括如下步骤：待处理液体由所述反应器的独立曝气装置一次性加入，然后被循环至高压脉冲放电反应装置，在液体推流作用下从下多孔钛板穿过后到达放电区表面，经过放电处理的液体再由溢流取样管流出重新进入独立曝气装置，再次与所述高压脉冲放电反应装置产生的O3反应，以此循环，最终将污染物矿化。
作为优选，所述方法包括如下步骤：使待处理液体被抽至高压脉冲放电反应装置，经高压脉冲放电作用后，液体从溢流取样管溢流至反应器的独立曝气装置，与O3作用后由下部的液体出口进入至下一级的高压脉冲放电反应装置进行新一轮的放电和曝气，实现废水的多级连续处理。
本发明的特点如下：
1、将多孔钛板应用到反应器中作为电极，除了发挥电极的导电作用，还可以发挥曝气或布液等作用，当放电作用下钛板表面形成TiO2薄膜后还能在一定程度上发挥催化作用，利用放电产生的紫外光等。
2、放电反应主体中，液体须通过多孔钛板的微孔进入放电区域，有效抑制蠕动泵脉冲作用造成的液面波动;采用推流式进液，使液体在气液界面经放电处理后溢流，这有利于被泵入的所有液体都充分的接受放电处理。
3、放电主体产生的O3全部导入曝气主体进行独立曝气，曝气气泡细小，有利于气液传质，使O3与有机物充分反应。
4、气液分离管的设计充分保证曝气产生的气泡和液体进行分离，避免泵抽动时将气泡吸入高压脉冲放电反应装置造成气液界面波动，影响放电的稳定，反应器独立曝气装置的液体出口低于气液分离管上端面，并且尽可能靠近独立曝气装置的外壳体下端，以减小液体循环的死区;气液分离管上的液体溢出孔和独立曝气装置的的液体出口位置不能在同侧的同一水平面上，推荐气液分离管上的液体溢出孔朝向液体出口的对侧。同时，曝气头采用多孔钛板，对O3的氧化及液体的腐蚀有较强的抵抗能力，延长了反应器的使用寿命。
本发明的有益效果如下：本发明更加有效的利用高压脉冲放电产生的O3进行污水处理，同时能有效克服蠕动泵产生的脉冲作用，并且将多孔的钛基底应用于高压脉冲放电反应器电极，除了发挥电极的作用，同时达到曝气、布液、抑制脉冲和催化目的。
