專利名稱：利用低溫等離子體處理工業(yè)廢水的方法及處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)廢水處理技術，尤其是一種利用低溫等離子體處理工業(yè)廢水的方法，本發(fā)明還涉及實施該方法的處理裝置。
背景技術：
隨著社會經濟的發(fā)展、人口的增加和生活水平的不斷提高，世界范圍內對淡水資源的需求和消耗不斷增多，相應的城市污水和工業(yè)廢水的排放量也在不斷增多；由于污水處理設施的滯后和污染源控制不夠得力，使全球水污染嚴重，淡水資源正面臨重大問題。隨著我國經濟的高速增長，城市化水平不斷提高，也面臨著相同的問題，水污染問題日趨嚴重，據統計，1999年全國城鎮(zhèn)工業(yè)廢、生活污水排放總量為606億噸，其中工業(yè)廢水量占67％，廢、污水排放總量較1980年增加了近1倍，與此同時，處理廢、污水的效率僅18％左右。因此，解決水污染迫在眉睫。
目前，工業(yè)污水的處理方法主要分為物理處理法、化學處理法和生物處理法三類，其中物理處理法是通過物理作用，以分離、回收污水中的不溶解的呈懸浮狀態(tài)的污染物(包括油膜、油珠等)，常用的方法是通過過濾、沉淀、浮選等技術手段分離污水中的懸浮污染物，其缺點是處理效果甚微，有機物處理率很低?；瘜W處理法是通過一些化學反應清除污水中的污染物或使其轉化為其它物質，從而化有害為無害、有毒為無毒等，常用的方法有中和法、氧化法、凝聚法、石灰解析法等，其中凝聚法又分為化學凝聚法和電解凝聚法，化學凝聚法是處理污水常用的一種方法，當污水中含有許多膠體物質，用物理方法不易除去時，常加入凝聚劑，如硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵、明礬、鋁酸鈉、氧化鐵等，以清除膠體帶的電荷，使之變成絮狀，迅速下沉。其缺點是凝聚劑的用量大，有機物降解率低，對于毒性大，難降解的污水效果更差；電解凝聚法與化學凝聚法基本相同，即清除膠體上的電荷，使其發(fā)生凝聚作用，缺點是耗電量大、設備復雜。而生物處理法是通過微生物的代謝作用，使污水溶液、膠體以及微懸浮狀態(tài)的有機物、有毒物等污染物質，轉化為穩(wěn)定、無害的物質，生物處理法又分為需氧處理和厭氧處理兩種方法，需氧處理法目前常用的有活性污泥法、生物濾池和氧化塘等，厭氧處理法又叫生物還原處理法，主要是用于處理高濃度有機廢水和污泥，使用設備主要為消化池等，缺點是培養(yǎng)費用高、使用范圍小、且微生物的性能難于控制。
等離子體化學隨當代高技術的發(fā)展應運而生，作為一個學科交叉的前沿研究領域，自興起以來的短短20多年中，已在化學合成、新材料研制、精細化工等領域開拓出一系列新技術、新工藝；本申請的發(fā)明人在利用液體低溫等離子技術直接處理工業(yè)廢水方面進行了的研究，發(fā)現由于等離子體中的活性粒子能量高，因此適用于處理常規(guī)方法難于處理的工業(yè)廢水，可以彌補當今廢水處理方面的不足，提供一種新的工業(yè)污水處理方案。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種消耗能量小，時間短、效率高的利用低溫等離子體處理工業(yè)廢水的方法。
本發(fā)明要解決的另一技術問題是提供一種結構簡單、使用方便的實施上述方法的處理裝置。
本發(fā)明的前一技術方案是這樣的一種利用低溫等離子體處理工業(yè)廢水的方法，包括下述步驟(1)在廢水中加入電解質調節(jié)廢水的電導率至15ms/cm～20ms/cm；(2)將廢水間歇通入設有陰、陽電極的等離子反應器內；(3)將等離子反應器接通直流電源或脈沖直流電源，根據不同的水質調節(jié)電壓在100～700V，使廢水從常規(guī)電解開始向輝光等離子電解過渡，并形成輝光等離子體；(4)利用輝光等離子體進行廢水處理，處理時間10～30分鐘；(5)將處理后的廢水排出，靜置后分離排放。
上述的利用低溫等離子體處理工業(yè)廢水的方法中所述的電解質是指堿性化合物或酸性化合物；堿性化合物以氫氧化鈉或氫氧化鈣為佳，酸性化合物以鹽酸為佳。
本發(fā)明的后一技術方案是這樣的一種利用低溫等離子體處理工業(yè)廢水的處理裝置，包括電源、至少一組等離子反應器，其中所述的等離子反應器是由帶陽極室和陰極室的反應容器，分別設置在陽極室和陰極室上部的端蓋，分別設置在陽極室、陰極室內的陽電極、陰電極和設置在反應容器外圍的冷凝器組成，陽極室和陰極室下部相互連通，反應容器設有進液口和出液口，冷凝器設有冷卻水進口和冷卻水出口；在陰電極外圍設有套管，套管的上端部與端蓋固定連接，陰電極的下端從套管的下端部伸出并可沿套管上、下移動，伸出套管下端部的陰電極與陽電極的表面積之比為1∶1.5～50，陽電極和陰電極之間的中心距離為4～5cm；在陽極室和陰極室上部的端蓋上分別設有排氣管分別與陽極室和陰極室連通；陽電極、陰電極與電源之間電路連接。
上述的處理裝置中所述的陽電極材料為不銹鋼，形狀為棒狀或網狀；陰電極材料為鎢/鉑合金。
上述的處理裝置中所述的等離子反應器的反應容器材料為pvc、石英、絕緣陶瓷的其中一種。
本發(fā)明中所述的等離子體(Plasma)是一種電離氣體，由電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體，也是一個由含足夠多的正負電荷數目近于相等的帶電離子組成的非凝聚系統，從化學角度看，等離子體空間富集離子、電子、分子及自由基，都是極活躍的高活性物質，這些高活性物質在普通的熱化學反應中不易得到，但在等離子體中可源源不斷的產生，等離子體的這種非平衡性對等離子體化學與工藝過程非常重要，一方面離子有足夠高的能量使反應物激發(fā)、離解和電離，另一方面反應體系又得以保持低溫乃至接近室溫，這樣一來不僅設備投資小，又可以節(jié)約能源消耗。
本發(fā)明與現有技術相比，具有下述優(yōu)點(1)本發(fā)明以液下放電等離子體作為處理廢水的手段，簡化了傳統的工業(yè)廢水處理工藝過程，等離子體技術處理廢水消耗能量小，時間短、效率高，是傳統常規(guī)處理技術所無法達到的。
(2)等離子技術可以降解有毒性，難降解的工業(yè)廢水，為醫(yī)藥、印染、染料、電鍍等行業(yè)提供了解決廢水處理的方案。
(3)處理裝置的體積小、占地面積少，可以常年使用，因而處理廢水的成本較低，同時可以避免地域的限制，特別適宜由于資金不足而需要對廢水處理的中小型企業(yè)。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但不構成對本發(fā)明的任何限制。
圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
圖中反應容器1、陽極室1a、陰極室1b、進液口1c、出液口1d、端蓋2、陽電極3、陰電極4、冷凝器5、冷卻水進口5a、冷卻水出口5b、套管6、排氣管7、整流器8、高頻電壓發(fā)生器9、控制器10。
具體實施例方式
參閱圖1所示，本發(fā)明的處理裝置，包括電源、一組等離子反應器，也可以根據廢水的處理量由相同的多組等離子反應器并聯成廢水處理系統，其中電源采用220V交流電源，經整流器8整流后連接到由高頻振蕩、保護、穩(wěn)壓部件組成的高頻電壓發(fā)生器9，產生高頻的300-1200V的直流電壓，高頻電壓發(fā)生器9輸出端連接到等離子反應器，高頻電壓發(fā)生器9的輸出電壓由控制器10控制；等離子反應器是由帶陽極室1a和陰極室1b的U形反應容器1，分別設置在陽極室1a和陰極室1b上部的端蓋2，分別設置在陽極室1a、陰極室1b內的陽電極3、陰電極4和設置在反應容器1外圍的冷凝器5組成，陽極室1a和陰極室1b下部相互連通，反應容器1下部設有進液口1c和出液口1d，反應容器1材料可以采用pvc、石英、絕緣陶瓷的其中一種；陽電極3材料為不銹鋼，形狀為棒狀或網狀；陰電極4材料為鎢/鉑合金，形狀為針狀；在冷凝器5兩邊均設有冷卻水進口5a和冷卻水出口5b，在陰電極4外圍設有套管6，套管6的上端部與端蓋2固定連接，陰電極4的下端從套管6的下端部伸出并可沿套管6上、下移動，可以根據需要調整陰電極4與陽電極3的表面積比值，伸出套管6下端部的陰電極4與陽電極3的表面積之比為1∶1.5～50，陽電極3和陰電極4之間的中心距離為4～5cm；在陽極室1a和陰極室1b上部的端蓋2上分別設有排氣管7分別與陽極室1a和陰極室1b連通；陽電極3、陰電極4與電源之間電路連接。
本發(fā)明在工作時，陽電極3和陰電極4接通電源(電源為高壓直流電源或是高壓直流脈沖電源)，電源接通后，兩極進行常規(guī)電解，陰電極4釋放氫氣，陽電極3釋放的是氧氣，升高兩電極電壓，在電壓高于160V時常規(guī)電解開始向接觸輝光電解過渡，陰電極3周圍溶液急劇蒸發(fā)而形成氣體鞘層，電流降低，電流電壓變化不成比例，電壓出現激烈的波動。繼續(xù)升高電壓，陰電極3周圍的氣體鞘層被擊穿，輝光等離子體形成，等離子體層中發(fā)出明顯的輝光，利用輝光等離子體進行廢水處理，處理時間10～30分鐘，然后將處理后的廢水排出，靜置后分離排放。
實施例1條件陰、陽電極的中心距離5cm，陰電極與陽電極的面積比為1∶20。
廢水品種皮革處理加工廢水。
處理方法取200ml皮革廢水，用鹽酸調節(jié)其導電率為15ms/cm，，倒入等離子反應器中，調節(jié)電壓在150V，使廢水從常規(guī)電解向輝光等離子電解過渡，直至陰電極周圍氣體鞘層被擊穿，形成輝光等離子體；調節(jié)電壓至600V，此時在等離子體的作用下，廢水沸騰劇烈，廢水中的物質被快速分解，反應時間為10min；將處理后的廢水排出并靜置30min，此時溶液分層，取上清夜分別測其色度與COD值。
結果如下原溶液COD＝1322.3082mg/L，吸光度A＝0.316。
反應后COD＝219.5，吸光度A＝0.030。
COD降解率為83.4％，脫色率為95.3％。
實施例2條件陰、陽電極的中心距離4cm，陰電極與陽電極的面積比為1∶20。
廢水品種印染處理加工廢水處理方法取200ml紡織廢水，用氫氧化鈣調節(jié)其導電率為20ms/cm，倒入等離子反應器中，調節(jié)電壓在100V，使廢水從常規(guī)電解向輝光等離子電解過渡，直至陰極周圍氣體鞘層被擊穿，形成輝光等離子體；調節(jié)電壓至600V，此時在等離子體的作用下，廢水沸騰劇烈，廢水中的物質被快速分解，反應時間為10min；將處理后的廢水排出并靜置30min，此時溶液分層，取上清夜分別測其色度與COD值。
結果如下原溶液COD＝1105.6mg/L，吸光度A＝0.432。
處理后COD＝95.3mg/L，吸光度A＝0.012。
COD降解率為91.4％，脫色率為97.2％。
實施例3條件陰、陽電極的中心距離4cm，陰電極與陽電極的面積比為1∶20。
廢水品種造紙?zhí)幚砑庸U水。
取200ml造紙廢水，用氫氧化鈉調節(jié)其導電率為20ms/cm，倒入等離子反應器中，調節(jié)電壓在100V，使廢水從常規(guī)電解向輝光等離子電解過渡，直至陰電極周圍氣體鞘層被擊穿，形成輝光等離子體；調節(jié)電壓至600V，此時在等離子體的作用下，廢水沸騰劇烈，廢水中的物質被快速分解，反應時間為10min；將處理后的廢水排出并靜置30min，此時溶液分層，取上清夜分別測其色度與COD值。
結果如下原溶液COD＝867.4mg/L，吸光度A＝0.351。
處理后COD＝74.3mg/L，吸光度A＝0.012。
COD降解率為91.4％，脫色率為96.7％。
實施例4條件陰、陽電極的中心距離4cm，陰電極與陽電極的面積比為1∶1.5。
廢水品種印染處理加工廢水。
取200ml印染廢水，用氫氧化鈉調節(jié)其導電率為20ms/cm，倒入等離子反應器中，調節(jié)電壓在150V，使廢水從常規(guī)電解向輝光等離子電解過渡，直至陰電極周圍氣體鞘層被擊穿，形成輝光等離子體；調節(jié)電壓至500V，此時在等離子體的作用下，廢水沸騰劇烈，廢水中的物質被快速分解，反應時間為15min；將處理后的廢水排出并靜置30min，此時溶液分層，取上清夜分別測其色度與COD值。
結果如下原溶液COD＝1105.6mg/L，吸光度A＝0.432。
處理后COD＝185.74mg/L，吸光度A＝0.037。
COD降解率為83.2％，脫色率為91.5％。
實施例5
條件陰、陽電極的中心距離4cm，陰電極與陽電極的面積比為1∶50。
廢水品種皮革處理加工廢水。
取200ml皮革廢水，用氫氧化鈉調節(jié)其導電率為5ms/cm，倒入等離子反應器中，調節(jié)電壓在150V，使廢水從常規(guī)電解向輝光等離子電解過渡，直至陰電極周圍氣體鞘層被擊穿，形成輝光等離子體；調節(jié)電壓至700V，此時在等離子體的作用下，廢水沸騰劇烈，廢水中的物質被快速分解，反應時間為30min；將處理后的廢水排出并靜置30min，此時溶液分層，取上清夜分別測其色度與COD值。
結果如下原溶液COD＝1322.3082mg/L，吸光度A＝0.316。
反應后COD＝821.15mg/L，吸光度A＝0.093。
COD降解率為37.9％，脫色率為70.6％。
實施例6比較藥劑液體聚合硫酸鐵取100ml廢水，加入藥劑的量與廢水的量為1∶10，用氫氧化鈉或硫酸調節(jié)pH為7～9之間，攪拌5min，讓其沉降30min，取上清夜分別測其COD與脫色率，結果如下1.皮革處理加工廢水COD降解率51.3％，脫色率為76.4％。
2.印染處理加工廢水COD降解率為56.2％，脫色率為87.5％。
造紙?zhí)幚砑庸U水COD降解率為53.7％，脫色率為91.2％。
權利要求
1.一種利用低溫等離子體處理工業(yè)廢水的方法，其特征是包括下述步驟(1)在廢水中加入電解質調節(jié)廢水的電導率至5ms/cm～20ms/cm；(2)將廢水間歇通入設有陰、陽電極的等離子反應器內；(3)將等離子反應器接通直流電源或脈沖直流電源，根據不同的水質調節(jié)電壓在100～700V，使廢水從常規(guī)電解開始向輝光等離子電解過渡，并形成輝光等離子體；(4)利用輝光等離子體進行廢水處理，處理時間10～30分鐘；(5)將處理后的廢水排出，靜置后分離排放。
2.根據權利要求1所述的利用低溫等離子體處理工業(yè)廢水的方法，其特征是所述的電解質是指堿性化合物或酸性化合物。
3.根據權利要求2所述的利用低溫等離子體處理工業(yè)廢水的方法，其特征是所述的堿性化合物為氫氧化鈉或氫氧化鈣，酸性化合物為鹽酸。
4.一種實現權利要求1所述方法的處理裝置，包括電源、至少一組等離子反應器，其特征是所述的等離子反應器是由帶陽極室(1a)和陰極室(1b)的反應容器(1)，分別設置在陽極室(1a)和陰極室(1b)上部的端蓋(2)，分別設置在陽極室(1a)、陰極室(1b)內的陽電極(3)、陰電極(4)和設置在反應容器(1)外圍的冷凝器(5)組成，陽極室(1a)和陰極室(1b)下部相互連通，反應容器(1)設有進液口(1c)和出液口(1d)，冷凝器(5)設有冷卻水進口(5a)和冷卻水出口(5b)，在陰電極(4)外圍設有套管(6)，套管(6)的上端部與端蓋(2)固定連接，陰電極(4)的下端從套管(6)的下端部伸出并可沿套管(6)上、下移動，伸出套管(6)下端部的陰電極(4)與陽電極(3)的表面積之比為1∶1.5～50，陽電極(3)和陰電極(4)之間的中心距離為4～5cm；在陽極室(1a)和陰極室(1b)上部的端蓋(2)上分別設有排氣管(7)分別與陽極室(1a)和陰極室(1b)連通；陽電極(3)、陰電極(4)與電源之間電路連接。
5.根據權利要求4所述的處理裝置，其特征是所述的陽電極(3)材料為不銹鋼，形狀為棒狀或網狀；陰電極(4)材料為鎢/鉑合金。
6.根據權利要求4所述的處理裝置，其特征是所述的等離子反應器的反應容器(1)材料為pvc、石英、絕緣陶瓷、的其中一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用低溫等離子體處理工業(yè)廢水的方法及處理裝置，旨在提供一種消耗能量小，時間短、效率高的廢水處理技術，方法包括下述步驟(1)調節(jié)廢水的電導率；(2)將廢水間歇通入等離子反應器內；(3)等離子反應器接通電源，調節(jié)電壓在100～700V，形成輝光等離子體；(4)利用輝光等離子體進行廢水處理，時間10～30分鐘；(5)將處理后的廢水排出，靜置后分離排放；處理裝置是由電源和等離子反應器組成，等離子反應器中的陰電極與陽電極的表面積之比為1∶1.5～50，陽電極和陰電極之間的中心距離為4～5cm。本發(fā)明用于工業(yè)廢水凈化處理。
文檔編號C02F1/66GK101050002SQ200710027410
公開日2007年10月10日 申請日期2007年4月4日 優(yōu)先權日2007年4月4日
發(fā)明者黃會峰 申請人:黃會峰