申请日2015.01.05
公开(公告)日2015.05.13
IPC分类号C02F101/34; C02F9/14
摘要
本发明公开了一种含高浓度苯酚废水的处理方法及装置，采用介质阻挡放电等离子体与生物相结合处理的方法，含高浓度苯酚的废水经过收集后，首先经过介质阻挡放电等离子体反应器处理，然后再进入生物处理器处理，最后排入河流中。在介质阻挡放电等离子体反应器内，高压放电产生的?OH、?O、H2O2、O3以及高能电子、紫外光具有强氧化性的物质，使废水中的苯酚浓度降低，同时，苯酚部分氧化生成易于生物降解的低碳醛、醇、酸和酯类化合物;进入生物处理器内，醛、醇、酸和酯类化合物以及未被处理的苯酚在微生物的作用下，进一步转化为CO2、H2O和其它无机物。该方法可使废水中所含的高浓度苯酚有效去除，去除率达到99%以上。
权利要求书
1.一种含高浓度苯酚废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)含有高浓度苯酚的废水首先进入介质阻挡放电等离子体反应器，在介质阻挡放电等离子体反应器内，通过高压电源放电，产生·OH、·O、O3、H2O2以及高能电子、紫外光具有强氧化性的物质，这些物质与苯酚发生反应，生成易于生物降解的醇、醛、酸和酯类化合物;
(2)从介质阻挡放电等离子反应器排出的液体进入缓冲池，使在介质阻挡放电等离子体反应器中生成的未反应完全的O3和H2O2反应分解完全，避免进入生物处理反应器对微生物产生毒害作用;
(3)然后经过缓冲池的溶液进入生物处理器，在大量好氧微生物的作用下，将所含的醇、醛、酸和酯类化合物以及未被氧化的苯酚转化为CO2、H2O和其它无机物。
2.一种含高浓度苯酚废水的处理装置，其特征在于：包括介质阻挡放电等离子体反应器、生物处理反应器、废水收集池、缓冲池、输水管和泵，介质阻挡放电等离子体反应器入口端连接废水收集池和钢气瓶，出口端连接缓冲池入口和收集池循环液入口，介质阻挡放电等离子体反应器出口端还设有放空管;缓冲池出口与生物处理反应器连接。
3.根据权利要求2所述的含高浓度苯酚废水的处理装置，其特征在于：所述的等离子体反应器为有介质阻挡的等离子体反应器，形状为板式，其介质阻挡为石英、陶瓷或玻璃材质，放电极和接地极为金属材质;电源使用高重频纳米脉冲高压源，或者高频高压源，或者是脉冲高频高压源;等离子体反应器内的上部填充气体为O2、Ar、N2或者其混合物。
4.根据权利要求2所述的含高浓度苯酚废水的处理装置，其特征在于：所述生物处理反应器，是好氧活性污泥反应器或者MBR膜生物反应器。
说明书
一种含高浓度苯酚废水的处理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种含高浓度苯酚废水的处理方法及装置，具体涉及一种介质阻挡放电等离子体与生物相结合处理高浓度苯酚废水的方法及其装置，属于环境污染处理的技术领域。
背景技术
随着工业的发展，大量的工业废水产生和排放，给环境保护带来了巨大的压力。而广泛存在于焦化、石化、制药、造纸、树脂、塑料等化工行业的苯酚废水严重危害着生态以及人类的健康。
目前，主要处理方法包括物化法、化学法、生化法三大类。物化法中的吸附法广泛应用于含酚废水的处理，其主要利用多孔性固体物质作为吸附剂，如活性炭、硅藻土、活性氧化铝、交换树脂，该方法效率高、操作方便、无二次污染等优点。不足之处是吸附容量有限，需要经再生处理。
化学法中的氧化法是在废水中添加氧化剂，如Cl2，ClO2，O3，H2O2，KMnO4等，使苯酚氧化分解。但是化学氧化剂资源少、成本高，因此通常用于低浓度含酚废水的处理。
而生化法由于其具有投资少、运行费用低、效果好等优点，是目前主要的应用方法。不足之处是高浓度的苯酚对微生物具有毒害作用，会抑制微生物的生长，甚至导致微生物的死亡。同时，大多数微生物对苯酚的降解速率明显地小于对低碳醛、醇、酸和酯类等化合物的降解。
等离子体放电技术是近几十年来发展起来的具有能量利用率高、无二次污染等优点的高级氧化技术。介质阻挡放电等离子体是在外加电场的作用下通过放电产生大量的·OH、·O、H2O2、O3以及高能电子、紫外光等氧化性物质，这些物质与苯酚发生一系列复杂的物理化学反应，使得苯酚能够发生氧化反应生成容易降解的有机物。但是经等离子体处理后的溶液，由于含有大量的有机物仍然不能够直接排放。
发明内容
本发明旨在提供一种含高浓度苯酚废水的处理方法及装置，将介质阻挡放电等离子体与生物降解相结合，处理高浓度苯酚废水，在工业上具有重要意义。
本发明是在充分分析等离子体技术与生物处理技术的优缺点的基础上提出的。整个处理过程包括介质阻挡放电等离子体处理和生物处理两个步骤，分别在介质阻挡放电等离子体反应器和生物处理反应器内实现。
本发明提供了一种含高浓度苯酚废水的处理方法，其工艺过程为：
(1)含有高浓度苯酚的废水首先进入介质阻挡放电等离子体反应器，在介质阻挡放电等离子体反应器内，通过高压电源放电，产生·OH、·O、O3、H2O2以及高能电子、紫外光具有强氧化性的物质，这些物质与苯酚发生反应，生成容易被生物降解的醇、醛、酸和酯类化合物;
(2)从介质阻挡放电等离子反应器排出的液体进入缓冲池，使在介质阻挡放电等离子体反应器中生成的未反应完全的O3和H2O2反应分解完全，避免进入生物处理反应器对微生物产生毒害作用;
(3)然后经过缓冲池的溶液进入生物处理器，在大量好氧微生物的作用下，将所含的醇、醛、酸和酯类化合物以及未被氧化的苯酚转化为CO2、H2O和其它无机物。
本发明所提供的方法能够在投资和运行费用相对较低的前提下，实现废水中高浓度苯酚的有效去除，去除率达到99%以上。
为了实现上述介质阻挡放电等离子体与生物降解相结合处理含高浓度苯酚废水的方法，本发明提供了一种装置，该装置主要包括介质阻挡放电等离子体反应器和生物处理反应器，还包括废水收集池、缓冲池、输水管和泵，介质阻挡放电等离子体反应器入口端连接废水收集池和钢气瓶，出口端连接缓冲池入口和收集池循环液入口，介质阻挡放电等离子体反应器出口端还设有放空管;缓冲池出口与生物处理反应器连接。
所述介质阻挡放电等离子体反应器包括反应器本体和高压电源两部分：反应器本体是由带空腔的绝缘外壳的反应容器，其形状为板式，通常被制成圆柱和棱柱，以增大其强度，紧贴绝缘外壳上下壁设置放电极和接地极。所述绝缘外壳侧壁左右两端中间设置有进水口和出水口，并且在绝缘外壳侧壁前后两端靠上部设有进气口和出气口。还包括气源部分，所述气源部分通过气体管路与进气口相连接，所述高压电源部分通过高压导线与上下两次的放电极和接地极连接。所述的绝缘外壳上下两板为介质阻挡，材质为石英、陶瓷或玻璃。所述气源部分为O2、Ar、N2或者它们之间的混合物，所述气源通过气体钢瓶提供并且在气体管路上依次安装有减压阀、流量计。所述电源使用高重频纳米脉冲高压源，或者高频高压源，或者是脉冲高频高压源。在放电极和接地极之间由高压电源提供高压产生等离子体，在等离子体的作用下产生·OH、·O、H2O2、O3以及高能电子、紫外光具有强氧化性的物质。这些物质与苯酚发生反应生成容易生物降解的醇、醛、酸和酯类化合物。
所述生物处理反应器为好氧活性污泥处理器或MBR膜生物反应器：在好氧活性污泥处理器中微生物在曝气池中生长，即微生物及其外加营养物共存于曝气池中，当经等离子体处理后的苯酚溶液由缓冲池进入曝气池后，溶液中的醇、醛、酸和酯类化合物以及未反应的苯酚在好氧微生物的作用下，可转化为CO2、H2O和其它无机物。经活性污泥净化后的混合液进入二次沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥和其它固体物质沉降与水分离，处理后的污水排出系统，沉淀浓缩的污泥经回流至曝气池。MBR膜生物反应器是一种高效膜分离技术与活性污泥法相结合的新型水处理技术，在反应池中利用膜的高效截留作用，有效截留微生物细菌，使得微生物细菌能够有效去除有机污染物。
本发明针对的难降解的高浓度废水是指含有难生物降解的苯酚废水，并且浓度高对微生物有毒害作用的废水，来源于焦化、石化、制药、造纸、树脂、塑料等化工行业。所述的等离子体反应器中能够产生强氧化性物质，包括·OH、·O、H2O2、O3以及高能电子、紫外光，苯酚能够在所述等离子体作用下发生不完全氧化，转化为易降解的有机化合物。所述生物处理反应器中的微生物是指在有氧条件下，依靠废水中所含的苯酚、存在以及产生的碳氢化合物、外加营养组分和水而生长、繁衍的微生物。
本发明的有益效果：
采用介质阻挡放电等离子体反应器能够将高浓度、对微生物有毒害作用的苯酚浓度降低到一定的水平，进入到生物处理器不会对微生物产生毒害作用;同时将苯酚降解为容易被微生物降解的有机化合物，该装置与方法特别适合含高浓度苯酚废水的处理。
