一种废水处理装置及废水处理方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种废水处理装置及废水处理方法，所述废水处理装置包括介质阻挡放电等离子体发生装置，所述介质阻挡放电等离子体发生装置包括同轴设置的介质内管和介质外管，环绕所述介质内管的外表面设置碳电极，环绕所述介质外管的外表面设置金属电极，所述碳电极与所述金属电极之间形成介质放电等离子体区。本发明专利技术在介质阻挡放电等离子体发生装置介质阻挡放电等离子体发生装置中加入碳电极，在相同输入功率下，可以原位同步产生臭氧和过氧化氢，提高氧气转化效率和活性氧自由基的产量，比常规介质阻挡放电等离子体处理废水效率更高，并且过程安全可靠，无二次污染。

【技术实现步骤摘要】
一种废水处理装置及废水处理方法
本专利技术涉及废水处理
，尤其涉及一种废水处理装置及废水处理方法。
技术介绍
低温等离子体技术是一种新兴的水处理手段，通过高压放电产生高能电子，臭氧和紫外光等组分对水体中有机物进行深度处理。此外，臭氧还可与体系中紫外光或者过氧化氢作用，生成氧化性更强的羟基自由基，进一步增强处理效果。低温等离子体技术中有多种放电方式，如：电晕放电，辉光放电，介质阻挡放电，射频微波放电等，其中，介质阻挡放电是最有可能实现工业应用的技术，因为该方式通常以玻璃，石英，陶瓷等材料作为阻挡介质，使电极与放电气体不直接接触，电极不易腐蚀，此外，该方式可防止在放电区间形成局部火花，具有安全稳定性。然而在研究中发现，虽然介质阻挡放电方式能产生大量的臭氧活性气体，但有机废水处理效率却不理想，原因在于臭氧利用率较低，臭氧只有从气相转入溶液，才会对废水中有机物降解发挥作用。而且臭氧分子氧化有选择性，难以深度去除废水中有机污染物。CN107896413A专利专利技术一种液体瀑布式处理的介质阻挡放电等离子体发生装置，该装置以氧气作为气源，通电后可在放电区间产生一定量的臭氧气体，但在性能评价中1小时内草酸的降解率仅为24％。该装置虽能产生明显的臭氧，紫外光等活性物种，但放电区间非常有限，生成的臭氧气体难以在短时间内与废水充分混合，溶解于溶液中。因此，如何提高介质阻挡放电等离子体发生装置中臭氧与废水混合效率，并提高臭氧的溶解率，是解决有机废水处理低效的关键之一。此外，通过增加臭氧和其他氧化自由基的产量也是一种提高有机废水处理效率的有力措施。CN108339378A专利专利技术一种采用间隔布设等离子体发生器方式提升处理污染物效率的方法。该方法一方面采取多个发生器提升臭氧产率，另一方面增加放电区间，提高臭氧降解作用。然而，该专利技术只是通过增加发生器数量来提升臭氧产量，装置成本与处理废水的运营费用明显提升。因此，如何在保证输入功率的前提下，进一步增加臭氧和其他活性物种的产量及利用效率，对提升废水处理效率具有重要意义。因此，本领域亟待开发一种新型的废水处理装置以及处理方法，在保证输入功率的前提下，进一步提高臭氧、过氧化氢、氧化自由基等活性物种的产量和利用效率，提升废水处理效率。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种废水处理装置。所述废水处理装置在不增加输入功率前提下，能够提升介质阻挡放电等离子体发生装置产臭氧、过氧化氢等活性物种的产量。为达此目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种废水处理装置，所述废水处理装置包括介质阻挡放电等离子体发生装置，所述介质阻挡放电等离子体发生装置包括同轴设置的介质内管和介质外管，环绕所述介质内管的外表面设置碳电极，环绕所述介质外管的外表面设置金属电极，所述碳电极与所述金属电极之间形成介质放电等离子体区。本专利技术中，介质内管和介质外管即为放电介质。本专利技术中引入碳电极一方面可以缩短放电间隙，增大高能电子与气体作用的效率，从而提升臭氧的产量，并且由于等离子体装置中可同时产生紫外光，臭氧产量提高也会提高臭氧被紫外光光解产过氧化氢的产量；另一方面碳材料是氧气电还原为过氧化氢的催化剂，在介质阻挡放电等离子发生装置的阴极上加入碳电极有助于氧气被电还原成过氧化氢，进一步与臭氧发生过臭氧化反应，提升羟基自由基的产量。因此，在相同输入功率下，本专利技术可进一步提升体系中氧化活性物种的产量，提高废水处理效率，并且过程安全可靠，无二次污染。本专利技术中，碳电极环绕在介质内管的外壁，且沿着介质内管轴向的长度不发生变化，金属电极同理。优选地，沿所述介质内管轴向，所述碳电极的长度大于等于所述金属电极的长度。优选地，所述碳电极沿所述介质内管轴向的长度为介质内管长度的30-100％，例如40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％等。优选地，所述金属电极沿所述介质外管轴向的长度为介质外管总长度的30％-80％，例如35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％等。优选地，所述碳电极上边缘的高度大于等于所述金属电极上边缘的高度，且所述碳电极下边缘的高度小于等于所述金属电极下边缘的高度。优选地，所述碳电极以泡沫镍或镍网为基底。优选地，所述碳电极中的碳材料包括VulcanXC72R炭黑、石墨炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳毡和碳布中的任意一种或至少两种组合。优选地，所述碳电极的制备方法包括如下步骤。将碳浆料涂膜在基板上，烘干，冷压，得到碳电极。优选地，所述烘干的温度为50-110℃，例如60℃、80℃、90℃、100℃、105℃等。优选地，所述冷压的压力为5-20Mpa，例如6Mpa、7Mpa、8Mpa、9Mpa、10Mpa、12Mpa、15Mpa、16Mpa、17Mpa、18Mpa、19Mpa等；优选地，所述碳浆料包括碳材料，还包括占碳材料质量50％-200％(例如60％、80％、100％、120％、140％、160％、180％、190％等)的溶剂，以及占碳材料质量10％-30％(例如12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％、29％等)的聚偏氟乙烯。优选地，所述溶剂包括二甲基甲酰胺、异丙醇和乙醇中的任意一种或至少两种组合。优选地，所述介质内管为石英内管或刚玉陶瓷内管。优选地，所述介质外管为石英外管或刚玉陶瓷外管。优选地，所述金属电极包括金属网或金属层。优选地，所述金属包括铁、铜和钨中的任意一种或至少两种组合。优选地，所述介质阻挡放电等离子体发生装置的上部设置进气口，下部设置出气口、进液口和出液口。优选地，所述介质阻挡放电等离子体发生装置还包括设置在所述介质内管上部的匀流口。当废水进入等离子体装置石英内管，并自下而上到达装置匀流口，废水会沿着内管外壁的碳电极表面流下，此时接通电源，在放电区域进行废水处理。优选地，所述介质阻挡放电等离子体发生装置还包括变压器，所述变压器通过电线与金属电极相连。优选地，所述变压器的输出电压为0-30KV，例如1KV、2KV、5KV、8KV、10KV、12KV、15KV、18KV、20KV、25KV、28KV等。优选地，所述废水处理装置还包括与所述介质阻挡放电等离子体发生装置的出液口和出气口相连的气液混合柱。在本专利技术的优选方案中，引入气液混合柱，可显著加速臭氧的溶解，在气液混合柱内，溶解的臭氧一方面可直接攻击有机物，另一方面与过氧化氢反应生成羟基自由基攻击有机物。且气液混合柱提供了有效的反应区间，将等离子体装置处理有机物的区间由狭窄的放电区间扩展到混合柱，合理高效利用低温等离子体中产生的活性物种，提升处理效率。优选地，所述气液混合柱的材质为玻璃、石英或陶瓷。优选地，所述气液混合柱内部设置有至少一个曝气装置。气液混合柱中气体和液体自下而上流动，经过曝气装置，气体被分散成小气泡，加速溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废水处理装置，其特征在于，所述废水处理装置包括介质阻挡放电等离子体发生装置，所述介质阻挡放电等离子体发生装置包括同轴设置的介质内管和介质外管，环绕所述介质内管的外表面设置碳电极，环绕所述介质外管的外表面设置金属电极，所述碳电极与所述金属电极之间形成介质放电等离子体区。/n

【技术特征摘要】
1.一种废水处理装置，其特征在于，所述废水处理装置包括介质阻挡放电等离子体发生装置，所述介质阻挡放电等离子体发生装置包括同轴设置的介质内管和介质外管，环绕所述介质内管的外表面设置碳电极，环绕所述介质外管的外表面设置金属电极，所述碳电极与所述金属电极之间形成介质放电等离子体区。


2.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，沿所述介质内管轴向，所述碳电极的长度大于等于所述金属电极的长度；
优选地，所述碳电极沿所述介质内管轴向的长度为介质内管长度的30-100％；
优选地，所述金属电极沿所述介质外管轴向的长度为介质外管总长度的30％-80％；
优选地，所述碳电极上边缘的高度大于等于所述金属电极上边缘的高度，且所述碳电极下边缘的高度小于等于所述金属电极下边缘的高度；
优选地，所述碳电极以泡沫镍或镍网为基底；
优选地，所述碳电极中的碳材料包括VulcanXC72R炭黑、石墨炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳毡和碳布中的任意一种或至少两种组合；
优选地，所述碳电极的制备方法包括如下步骤：
将碳浆料涂膜在基板上，烘干，冷压，得到碳电极；
优选地，所述烘干的温度为50-110℃；
优选地，所述冷压的压力为5-20MPa；
优选地，所述碳浆料包括碳材料，还包括占碳材料质量50％-200％的溶剂以及占碳材料质量10％-30％的聚偏氟乙烯；
优选地，所述溶剂包括二甲基甲酰胺、异丙醇和乙醇中的任意一种或至少两种组合。


3.根据权利要求1或2所述的废水处理装置，其特征在于，所述介质内管为石英内管或刚玉陶瓷内管；
优选地，所述介质外管为石英外管或刚玉陶瓷外管；
优选地，所述金属电极包括金属网或金属层；
优选地，所述金属包括铁、铜和钨中的任意一种或至少两种组合。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的废水处理装置，其特征在于，所述介质阻挡放电等离子体发生装置的上部设置进气口，下部设置出气口、进液口和出液口；
优选地，所述介质阻挡放电等离子体发生装置还包括设置在所述介质内管上部的匀流口；
优选地，所述介质阻挡放电等离子体发生装置还包括变压器，所述变压器通过电线与金属电极相连。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的废水处理装置，其特征在于，所述废水处理装置还包括与所述介质阻挡放电等离子体发生装置的出液口和出气口相连的气液混合柱；
优选地，所述气液混合柱的材质为玻璃、石英或陶瓷；
优选地，所述气液混合柱内部设置有至少一个曝气装置；
优选地，所述曝气装置的砂芯尺寸为1.5-9μm；
优选地，所述气液混合柱内部设置有催化剂床层；
优选地，所述气液混合柱的下部设置有气液混合柱进液口和气液混合柱进气口；
优选地，所述气液混合柱的上部设置有气液混合柱出液口；
优选地，所述气液混合柱进液口与所述介质阻挡放电等离子体发生装置的出液口相连；
优选地，所述气液混合柱进气口与所述介质阻挡放电等离子体发生装置的出气口相连。


6.根据权利要求5所述的废水处理装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢勇冰，曹宏斌，郭壮，石艳春，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11