一种脉冲放电等离子体式电催化水处理装置的制作方法

1.本实用新型涉及工业有机废水处理领域，具体涉及一种脉冲放电等离子体式电催化水处理装置。


背景技术：

2.制药、印染、石化、焦化等行业产生的废水是难降解有机废水的主要来源，其基本特征是有机物浓度高，种类多，毒性强，含盐量高，可生化性低。常规的生化处理技术难以实现高效去除，对环境和居民身体健康产生了较大的危害，严重制约我国经济和环境可持续发展。
3.为有效去除工业废水中难降解有机污染物，迫切需要从技术工艺上进行优化革新。近年来，新型高级氧化技术快速发展成为处理难降解有机废水的主要手段。其中，脉冲放电等离子体氧化技术集合了高能电子轰击、羟基自由基氧化、紫外光降解、臭氧氧化等多种效应于一体，可实现对有机污染物高效、无选择性氧化降解；此外，电催化氧化技术具有氧化能力强，设备简单、易于控制、环境相容性好、集中应用等优点。因此，这两种技术被认为是处理难降解有机废水的有效手段，展示出广阔的应用前景。
4.然而，目前脉冲等离子体放电技术和电催化氧化技术都还存在以下几个问题：1)能量利用效率较低，导致能耗较高；2)污染物和电极间传质效率较低，导致反应停留时间长；3)等离子放电产生的活性氧物种利用率低。
5.针对上述问题，将脉冲放电等离子体技术与电催化氧化技术协同联用可达到高效降解有机污染物的目的，具有很好的应用前景。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种脉冲放电等离子体式电催化水处理装置，将脉冲放电等离子体技术与电氧化联用以提高能量利用效率同时高效降解废水中有机污染物的目的。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供技术方案如下：一种脉冲放电等离子体式电催化水处理装置，包括进水布水层(3)，所述进水布水层外接进水流量计量泵(1)；所述进水布水层上方设有曝气系统(16)，所述曝气系统外接风机或气源发生器(2)；所述曝气系统上方设有绝缘多孔聚四氟支撑板(4)，所述绝缘多孔聚四氟支撑板上固定有多组并联高压电极(7)和地电极(5)；所述高压电极(7)固定在绝缘聚四氟支撑板(6)上；所述高压电极(7)外接高频高压电源(10)；所述地电极上端设置绝缘固定挡板(12)，所述绝缘挡板开有一定空隙(11)，以保证经等离子处理处里后水体进入电催化反应区；所述电催化反应区由设置上下两层绝缘多孔聚四氟支撑板(4)；所述两层绝缘多孔聚四氟支撑板(4)间安装多组并联阳极板(9)和阴极板(8)；在所述阴极板和阳极板外接大功率直流电源(13)；所述电催化反应区设置出水口(14)；所述装置顶部设有出气口(15)。
8.所述的脉冲放电等离子体式电催化水处理装置中，所述进水布水层(3)支管上均
匀布置多个等孔距等直径的小孔，以保证在反应器内完成均匀布水；所述曝气系统上均匀分布普通曝气盘或微纳米气泡曝气盘，所述曝气系统连接鼓风机或常用供气瓶；供气量连续可调，供气系统至少为空气，氧气或臭氧中的一种。
9.所述的脉冲放电等离子体式电催化水处理装置中，所述脉冲放电等离子反应区中高压电极(7)为棒状电极，所述棒状电极表面用绝缘介质包覆，只有头部尖端部分具有放电功能；所述地电极(5)为不锈钢板。
10.所述的脉冲放电等离子体式电催化水处理装置中，所述脉冲放电等离子反应区中高压电极(7)外接高频高压电源(10)，所述高频高压电源脉冲频率为0.1-10khz，脉冲放电电压为0-30kv，脉冲宽度为1-50μs。
11.所述的脉冲放电等离子体式电催化水处理装置中，所述电催化反应区由多组阴极板(8)和阳极板(9)并联组成，所述阴极板和阳极板间距可调，所述阴极板(8)选用不锈钢板或钛板，所述阳极板(9)为钌铱钛阳极、锡锑电极或二氧化铅电极一种。
12.本实用新型提供一种脉冲放电等离子体式电催化水处理装置，所述装置包括进水布水层、曝气系统、脉冲放电等离子体反应区和电催化反应区。所述水处理装置采用升流式进水方式，所述曝气系统可向反应器内连续曝气使水体连续足够多的微纳米气泡，促进脉冲放电等离子体产生大量的强氧化活性物种；经脉冲放电等离子体处理后的水进入电催化反应区，所述电催化反应区依靠自身产生的强氧化性物种的同时，可进一步利用脉冲放电等离子体产生的活性物种对水中残留的有机物分子实现快速、高效的降解。
13.所述脉冲放电等离子反应区和电催化反应区通过聚四氟的绝缘挡板隔开，所述绝缘挡板开有一定空隙，以保证水流顺利通过；所述电催化反应区设有出水口，所述出水口高度略高于电极板1-2厘米；所述装置顶部设有出气口，所述出气口可接气体收集系统或氮气置换系统以降低装置上部空间氢气、氧气浓度，保证反应装置安全性。
14.所述水处理装置还包括电气控制系统、在线监测系统和ph调节系统。
15.优选的，所述进水可通过计量泵调节，所述曝气系统中气体为空气、氧气或臭氧，且曝气量连续可调。
16.优选的，所述脉冲放电等离子反应区中高压棒状电极和地电极之间的间距为2-10厘米，高压棒状电极和地电极组数量为1-5组；所述高频高压电源脉冲频率为0.1-10khz，脉冲放电电压为0-30kv，脉冲宽度为1-50μs。
17.优选的，所述电催化反应区阴极和阳极组数量为1-5组，所述阴阳极间距可调，所述阴极可选用不锈钢板或钛板，所述阳极为钌铱钛阳极、锡锑电极或二氧化铅电极一种。
18.优选的，所述脉冲放电等离子体式电催化水处理装置水力停留时间为10～60分钟。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
20.1.本实用新型的脉冲放电等离子体式电催化水处理装置将脉冲放电等离子体技术和电催化氧化技术联用。两者协同作用显著提高了有机物的去除率。其中，曝气系统产生的微纳米气泡一方面促进脉冲放电等离子体产生活性物种，同时促进有机物和电极间的传质，加快反应动力学。
21.2.脉冲放电等离子体产生的未被利用的臭氧、双氧水等氧化物种，可被电催化技术进一步活化利用，从而显著提高去除效果，提高能量利用效率。与其他氧化技术相比，该
技术无需添加商用氧化剂，降低运行成本并避免了后续处理问题。
附图说明
22.图1是本实用新型装置的结构示意图。
23.图2是本实用新型电极板示意图。
24.图3是本实用新型高压电极支撑板侧视图。
25.图中：1-进水流量计量泵，2-风机或气源发生器，3-进水布水层，4-绝缘多孔聚四氟支撑板，5-地电极，6-绝缘聚四氟支撑板，7-高压电极，8-阴极板，9-阳极板，10-高频高压电源，12-绝缘挡板，13-直流电源，14-出水口，15-出气口，16-曝气系统。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例方式对本实用新型作进一步详细说明。
27.实施例及对比例处理某制药废水进水水质指标：cod 1300mg/l、ss 105mg/l,色度175倍。
28.在实施例中，有机废水通过计量泵经布水系统均匀进入反应装置；随后，启动曝气风机，曝气量为5l/min，使进入脉冲放电等离子体反应区水体有足够多的气泡；
29.紧接着，启动高频高压电源，脉冲电压为20kv，脉冲冲频率为10khz高压棒状电极和地电极之间的间距为5厘米，高压棒状电极和地电极组数量为3组；
30.随后，启动电催化反应区电源，所用阳极为二氧化铅电极，阳极和阴极间距设为5厘米，施加极板电流密度为10ma/cm2。
31.最后，反应后上清液从出水口排出，停留时间为30分钟。
32.对比例1处理工艺与实施例相同，区别在于：无电催化氧化处理步骤。
33.对比例2处理工艺与实施例相同，区别在于：无脉冲放电等离子体氧化处理步骤。
34.实施例及对比例中制药废水的处理结果如下表所示：
[0035][0036]
本实用新型所述脉冲放电等离子体式电催化水处理装置，证明了脉冲放电等离子与电催化氧化之间存在协同效应，显著提升了对有机物的降解效率，解决了单一氧化技术能耗高、停留时间长的问题。综上所述，本实用新型提供了一种高效、经济、无二次污染的新型水处理装置。

技术特征：
1.一种脉冲放电等离子体式电催化水处理装置，其特征在于，包括进水布水层(3)，所述进水布水层外接进水流量计量泵(1)；所述进水布水层上方设有曝气系统(16)，所述曝气系统外接风机或气源发生器(2)；所述曝气系统上方设有绝缘多孔聚四氟支撑板(4)，所述绝缘多孔聚四氟支撑板上固定有多组并联高压电极(7)和地电极(5)；所述高压电极(7)固定在绝缘聚四氟支撑板(6)上；所述高压电极(7)外接高频高压电源(10)；所述地电极上端设置绝缘挡板(12)，所述绝缘挡板开有一定空隙(11)，以保证经等离子处理后水体进入电催化反应区；所述电催化反应区设置上下两层绝缘多孔聚四氟支撑板(4)；所述两层绝缘多孔聚四氟支撑板(4)间安装多组并联阳极板(9)和阴极板(8)；在阴极板和阳极板外接大功率直流电源(13)；所述电催化反应区设置出水口(14)；所述装置顶部设有出气口(15)。2.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体式电催化水处理装置，其特征在于，所述进水布水层(3)支管上均匀布置多个等孔距等直径的小孔，以保证在反应器内完成均匀布水；所述曝气系统上均匀分布普通曝气盘或微纳米气泡曝气盘，所述曝气系统连接鼓风机或常用供气瓶；供气量连续可调，供气系统至少为空气，氧气或臭氧中的一种。3.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体式电催化水处理装置，其特征在于，所述脉冲放电等离子反应区中高压电极(7)为棒状电极，所述棒状电极表面用绝缘介质包覆，只有头部尖端部分具有放电功能；所述地电极(5)为不锈钢板。4.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体式电催化水处理装置，其特征在于，所述脉冲放电等离子反应区中高压电极(7)外接高频高压电源(10)，所述高频高压电源脉冲频率为0.1-10khz，脉冲放电电压为0-30kv，脉冲宽度为1-50μs。5.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体式电催化水处理装置，其特征在于，所述电催化反应区由多组阴极板(8)和阳极板(9)并联组成，所述阴极板和阳极板间距可调，所述阴极板(8)选用不锈钢板或钛板，所述阳极板(9)为钌铱钛阳极、锡锑电极或二氧化铅电极一种。

技术总结
本实用新型公开一种脉冲放电等离子体式电催化水处理装置，包括进水布水层，进水布水层外接进水流量计量泵；进水布水层上方设有曝气系统，曝气系统外接风机或气源发生器；曝气系统上方设有绝缘多孔聚四氟支撑板，绝缘多孔聚四氟支撑板上固定有多组并联高压电极和地电极；高压电极固定在绝缘聚四氟支撑板上；高压电极外接高频高压电源；地电极上端设置绝缘固定挡板，绝缘挡板开有一定空隙，以保证经等离子处理处里后水体进入电催化反应区；电催化反应区由设置上下两层绝缘多孔聚四氟支撑板；两层绝缘多孔聚四氟支撑板间安装多组并联阳极板和阴极板；在阴极板和阳极板外接大功率直流电源；电催化反应区设置出水口；装置顶部设有出气口。有出气口。有出气口。


技术研发人员：牛连勇
受保护的技术使用者：江苏智诚达环保科技有限公司
技术研发日：2022.11.24
技术公布日：2023/8/2