本發(fā)明涉及一種凈化廢水中有害物的方法及其專用裝置，特別涉及從廢水中去除COD、有機物、氨氮和色度等污染物，屬于廢水處理和環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著化學(xué)工業(yè)的迅猛發(fā)展，各種人工合成物種類日益繁多，并被廣泛使用在化學(xué)、制藥、半導(dǎo)體和涂裝工業(yè)等各種生產(chǎn)過程，這些化合物在使用后很多隨著廢水排出或進入水體。這些化合物很多是揮發(fā)性有機物，具有化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、不易降解的特點，給環(huán)保治理帶來很大的困難，且大多有毒，往往具有“三致”(致癌、致畸、致突)特性，給人類的健康造成嚴(yán)重威脅。我國GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對水中有機物含量有明確的規(guī)定；GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》對排放的廢水中含有的有害物也有明確的規(guī)定，含這些有害物的廢水需要進行處理達標(biāo)后才能排入水體。

目前，對這些含有揮發(fā)性有害物的廢水的處理通常采用生化處理的方式，經(jīng)厭氧和好氧曝氣處理使廢水達到排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。但是，在這個處理過程中廢水中的揮發(fā)性有害物，尤其是惡臭氣體，如甲苯、甲醛、甲醇、硫化物和胺類等各種有機物和硫化氫、氨等無機物，通過揮發(fā)進入大氣環(huán)境，從而嚴(yán)重影響生態(tài)和社會環(huán)境，危害人體健康。

非平衡等離子體作為一項新型污染治理技術(shù)，已開始在工業(yè)過程應(yīng)用，其基本原理是利用氣體放電產(chǎn)生大量高能電子、原子和自由基。這些高能電子、原子和自由基與有害物分子反應(yīng)并使其氧化或離解，最終轉(zhuǎn)化為無害物。

本發(fā)明的目的是設(shè)計和提供一種放電等離子體凈化廢水的方法和裝置，從廢水中去除COD、有機物、氨氮和色度等有害物，具有凈化效率高、能耗低，操作方便的有點特點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種放電等離子體凈化廢水的方法，其特征在于把含有害物的廢水通過廢水噴淋器導(dǎo)入裝置，所述的裝置內(nèi)設(shè)置有的正負(或正地)交替的多組電極對，并與高壓電源連通，同時所述的裝置一端的氣體入口導(dǎo)入反應(yīng)氣體，從所述廢水噴淋器噴淋出來的廢水水滴與所述的電極接觸造成正負電極之間瞬間導(dǎo)通放電，使周圍氣體電離，形成由高能電子、原子和自由基等組成的氣液接觸放電等離子體區(qū)內(nèi)，廢水中的有害物被氧化和降解，最終轉(zhuǎn)化為無害物，凈化后的廢水經(jīng)所述的裝置下部的廢水排出口排出，所述的反應(yīng)氣體通過設(shè)置在裝置另一端的氣體出口排出。

根據(jù)上述技術(shù)方案的一種放電等離子體凈化廢水的裝置，其特征在于所述的裝置的結(jié)構(gòu)類似吸收塔，由氣體進口、氣體分布器、廢水進口、廢水噴淋器、氣液接觸放電等離子體區(qū)、氣體出口和廢水排出口組成。所述的氣液接觸放電等離子體區(qū)設(shè)置在裝置的中間，由正負(或正地)交替的電極對組成，電極由高壓電源供電，所述的裝置的兩端設(shè)置有氣體進口和氣體出口，廢水噴淋器設(shè)置在所述的裝置的上部，裝置下部設(shè)置有廢水排出口。

本發(fā)明所述的電極結(jié)構(gòu)一般為對稱網(wǎng)狀板結(jié)構(gòu)，也可為針-網(wǎng)式，線-網(wǎng)式和線-板式等，可水平放置也可垂直放置，具體可依據(jù)裝置的結(jié)構(gòu)形狀和氣、液流動方向設(shè)計和確定。電極材料一般為不銹鋼、鈦和鎢等導(dǎo)電良好的金屬材料以及相關(guān)復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括不銹鋼或鈦基二氧化釕(或銥)、二氧化鈦、二氧化鉛，二氧化錳和二氧化錫等復(fù)合電極，這些復(fù)合材料同時還具有一定的催化功能，能提高整體降解率約5％以上。以網(wǎng)板電極為例，網(wǎng)孔一般為圓形或多邊形，網(wǎng)孔大小應(yīng)保證氣體和/或液體流過，流阻小，單個網(wǎng)孔面積一般應(yīng)在0.03cm²以上，優(yōu)選0.2cm²-50cm²，具體可視裝置流通截面大小而定，氣流正對電極網(wǎng)板流動時，單個網(wǎng)孔面積一般應(yīng)小于流通截面的1/10，兩相鄰正負電極距離一般為1mm以上，優(yōu)選5mm-150mm，電極除放電工作部分外，其他部分作絕緣處理，可采用聚四氟乙烯和陶瓷等絕緣材料。本發(fā)明所采用電極的供電方式包括直流、脈沖和交流，其中直流和脈沖供電的電壓一般均為±1kV-±200kV，此時負極均為接地極，脈沖供電的脈沖重復(fù)頻率一般為1Hz以上，優(yōu)選10Hz-500Hz，頻率增加，有害物降解率提高，脈沖重復(fù)頻率為500Hz以上時，實際效果提高幅度不太，交流供電的電壓一般為1kV-200kV，頻率一般為1Hz以上，優(yōu)選10Hz-1000Hz，頻率為1000Hz以上時，實際效果提高幅度不太。電極施加電壓與電極間距有關(guān)，電極間距離越大，施加電壓可越高，一般電極距離每增加10mm，電壓可增加5kV-10kV，電壓高能量釋放大，有害物降解效率高，電極對越多，輸入功率越大，去除效果越好。

所述廢水噴淋器廢水的噴淋方式包括微孔滴噴或氣流吹噴等形式，效果相當(dāng)。氣流吹噴可以廢水噴射真空泵等形式氣液后混合導(dǎo)入，水噴射真空泵可參看相關(guān)化工手冊。通過調(diào)節(jié)廢水噴淋量和噴淋頻率來調(diào)節(jié)放電強度和廢水降解效果，一般采用間隔噴淋，間隔噴淋的間隔時間，具體可依據(jù)裝置的結(jié)構(gòu)尺寸和廢水的降解負荷和降解率要求等參數(shù)確定，被處理廢水在放電等離子體區(qū)的停留時間一般為0.2s以上，停留時間越長，降解效果越好。廢水導(dǎo)電性差時，可加入少量的如硫酸鈉和氯化鈉等電解質(zhì)增加其導(dǎo)電性，也可調(diào)整吸收液pH以有利吸收降解產(chǎn)物，如對含氮和含鹵素類等物質(zhì)的廢水可調(diào)整吸收液pH為堿性，以有利吸收有害物降解產(chǎn)生的酸性氣體，所述的反應(yīng)氣體的主要功能是在廢水噴淋過程中使吸收液滴與正負電極之間接觸導(dǎo)通后放電使氣體電離，形成由高能電子、原子和自由基等組成的氣液接觸放電等離子體區(qū)，促進廢水的氧化和降解。所述的反應(yīng)氣體一般為空氣，也可采用氮氣、氧氣和氬氣等氣體的一種或其混合氣體，效果大體相當(dāng)，氣體流量沒有特殊要求。裝置內(nèi)可以為常壓，也可以為正壓和負壓，效果差別不大，常壓容易實現(xiàn)，運行費用相對較低。

本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明采用廢水噴淋液與裝置中的正負電極接觸并使之導(dǎo)通放電使氣體電離，形成氣液接觸放電等離子體區(qū)，使廢水中的有害物被氧化和降解，從而達到廢水凈化的目的，進一步通過采用催化電極，促進了有害物的降解，提高了能源利用效率。具有去除效率高，操作簡單，適合推廣使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的一種放電等離子體凈化廢水的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中：1氣體進口；2氣體分布器；3氣液接觸放電等離子體區(qū)；4廢水進口；5氣體出口；6廢水噴淋器；7電極組的正極；8電極組的負極；9廢水排出口。

圖2為本發(fā)明所述的一種放電等離子體凈化廢水的裝置網(wǎng)狀電極結(jié)構(gòu)示意圖，其中：10網(wǎng)狀電極接線柱。正負電極結(jié)構(gòu)相同。

圖3為本發(fā)明所述的一種放電等離子體凈化廢水的裝置的臥式結(jié)構(gòu)示意圖(其中上圖為正視圖，下圖為俯視圖)，其中：1氣體進口；2網(wǎng)狀電極組；3氣流分布板(氣體進出口各一)；4廢水噴淋器；5氣體出口；6廢水排出口；7廢水進口；8電極組的正極接線柱；9電極組的負極接線柱。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例1：本發(fā)明所述的一種放電等離子體凈化廢水的裝置如圖1所示。裝置為圓筒形，筒體材質(zhì)PP，外形尺寸為Φ150mm×1200mm，立式放置。電極為如圖2所述的圓盤形網(wǎng)狀電極，電極材料為316L不銹鋼，沖壓成型，網(wǎng)孔為矩形，電極外形尺寸為Φ140mm×2mm，單孔尺寸為10mm×10mm，電極間距離約15mm，共12組。電極供電方式為交流，交流電壓約為6kV，交流頻率約為50Hz，電源功率約100W。

處理工藝如下：把反應(yīng)氣體通過氣體進口1經(jīng)氣體分布器2導(dǎo)入所述裝置的氣液接觸放電等離子體區(qū)，把所述正負交替的網(wǎng)狀電極的正極7與交流高壓電源一端連通，把所述的網(wǎng)狀電極的負極8接交流高壓的另一端，把待處理廢水由廢水進口4導(dǎo)入廢水噴淋器6噴淋到氣液接觸放電等離子體區(qū)，使廢水水滴與電極接觸造成正負電極之間導(dǎo)通放電，使廢水中的有害物被氧化和降解，凈化后的廢水通過廢水排出口9排出，反應(yīng)氣體由氣體出口5排出。

實驗條件為：廢水選取有代表性的食品、化工、印染生產(chǎn)工藝、綜合污水站廢水以及模擬有機物污染的地表水，廢水噴淋頻率約1次/s，穩(wěn)定運行15min分鐘后測定。反應(yīng)氣體為空氣，流量約1m³/h，氣體溫度為常溫。實驗結(jié)果如下。

實驗結(jié)果如表1-1到1-5所示：

表1-1某食品加工廠生產(chǎn)工藝廢水的處理情況

表1-2某化工醫(yī)藥中間體生產(chǎn)工藝廢水的處理情況

表1-3某印染生產(chǎn)工藝廢水的處理情況

表1-4某工業(yè)園區(qū)綜合污水站廢水的處理情況

表1-5模擬有機物污染的地表水的處理情況(各含一種污染物)

實施例2：電極材料為鈦基二氧化釕復(fù)合電極，電極間距離約30mm。電極供電方式為脈沖，脈沖電壓約為15kV，脈沖頻率約50Hz。廢水噴淋頻率約1.5次/s。其他實驗條件同實施例1。實驗結(jié)果如表2-1到2-2所示。

表2-1某工業(yè)園區(qū)綜合污水站廢水的處理情況

表2-2模擬有機物污染的地表水的處理情況(各含一種污染物)

實施例3：本發(fā)明所述的一種放電等離子體凈化廢水的裝置如圖3所示。裝置主體為長方體形，材質(zhì)PP，主體外形尺寸為200mm×150×450mm，臥式放置。電極為長方形網(wǎng)狀電極，電極材料為316L不銹鋼，沖壓成型，網(wǎng)孔為矩形，外形尺寸為180mm×130×2mm，單孔尺寸為10mm×10mm，電極間距離約10mm，共12組，水平放置。電極供電方式為直流，電壓約為4kV，電源功率約為100W。

處理工藝流程如下：把反應(yīng)氣體通過氣體進口1經(jīng)氣體分布器3(進口)導(dǎo)入所述裝置的氣液接觸放電等離子體區(qū)，把所述正負交替的網(wǎng)狀電極的正極8與高壓電源連通，把所述的網(wǎng)狀電極的負極9接地，把待處理的廢水由廢水進口7導(dǎo)入廢水噴淋器4噴淋到氣液接觸放電等離子體區(qū)，使廢水水滴與電極接觸造成正負電極之間瞬間導(dǎo)通放電，使廢水中的有害物被氧化和降解，凈化后的廢水通過廢水排出口6排出，反應(yīng)氣體由氣體出口5排出。其他實驗條件同實施例1。

實驗結(jié)果如表3-1到3-2所示。

表3-1某工業(yè)園區(qū)綜合污水站廢水的處理情況

表3-2模擬有機物污染的地表水的處理情況(各含一種污染物)

應(yīng)該說明的是，以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的保護范圍不限于此。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，對各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中的部分技術(shù)特征進行任何等同替換、修改、變化和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。