權利要求

1.有機污染物廢水處理裝置，其特征在于，該裝置包括：等離子體產生部、霧化單元、冷卻單元；其中， 所述等離子體產生部，用于高壓放電產生等離子體； 所述霧化單元，用于將廢水霧化成液滴，所述液滴與所述等離子體產生部釋放的等離子體中活性物質摻混； 所述冷卻單元，用于冷卻廢水，將冷卻后的廢水噴向所述等離子體產生部。2.根據權利要求1所述的有機污染物廢水處理裝置，其特征在于：所述等離子體產生部包括高壓電極，所述高壓電極與高壓電源的正極連接，其外包裹著阻擋介質，所述阻擋介質的外圍設置有低壓電極，所述阻擋介質與低壓電極之間留有空隙，所述低壓電極與所述高壓電源的負極接地； 優(yōu)選地，所述高壓電極、阻擋介質、低壓電極同軸； 優(yōu)選地，所述低壓電極為圓筒形； 優(yōu)選地，所述高壓電源采用脈沖式或交流式。 3.根據權利要求1所述的有機污染物廢水處理裝置，其特征在于：所述裝置還包括廢水循環(huán)單元，用于將廢水抽入所述等離子體產生部，廢水在流經所述等離子體產生部的內壁時形成水幕； 優(yōu)選地，所述廢水循環(huán)單元包括設置在廢水與所述等離子體產生部之間通路上的第一循環(huán)水泵、流量計、第一閥門，其中，所述第一循環(huán)水泵用于抽取廢水，所述流量計用于檢測廢水流量，所述第一閥門用于控制通路開閉； 優(yōu)選地，所述水幕形成在所述等離子體產生部的低壓電極內壁上； 優(yōu)選地，所述廢水循環(huán)單元還包括導流機構，所述導流機構與所述等離子體產生部的低壓電極留有間隙，用于引導所述通路通入的廢水形成水膜； 優(yōu)選地，所述導流機構與所述等離子體產生部同軸。 4.根據權利要求1所述的有機污染物廢水處理裝置，其特征在于：該裝置還包括補氣和氣體循環(huán)單元，用于向所述等離子體產生部輸入氣體； 優(yōu)選地，所述氣體包括以下至少一種：空氣、氧氣、臭氧、非活性氣體。 5.根據權利要求4所述的有機污染物廢水處理裝置，其特征在于，所述補氣和氣體循環(huán)單元包括：氣體增壓機構，其輸入端與包含所述等離子體產生部的反應箱連接，用于將連通氣路中的氣體增壓后輸入所述等離子體產生部；優(yōu)選地，所述氣體增壓機構與所述等離子體產生部間的氣體通路上設置有氣體流量計； 優(yōu)選地，所述氣體增壓機構輸出端與導流機構連接，氣體通過導流機構上設置的氣孔通入所述等離子體產生部； 優(yōu)選地，所述反應箱內底部存儲有廢水，所述霧化單元設置在所述反應箱內； 優(yōu)選地，所述廢水中還設置有催化單元，所述催化單元用于對廢水中的污染物分子進行吸附，激活活性物質； 優(yōu)選地，所述反應箱內設置有隔板，所述等離子體產生部設置在所述隔板下端，所述隔板與所述反應箱四壁及底面形成反應區(qū)。 6.根據權利要求1所述的有機污染物廢水處理裝置，其特征在于：所述冷卻單元包括依次連接的第二循環(huán)水泵、水冷機、噴淋頭，所述水冷機和所述噴淋頭連接的通路上設置有第二閥門；其中， 所述水冷機，用于對所述第二循環(huán)水泵抽取的廢水進行冷卻處理； 所述第二閥門，用于控制所述水冷機輸出的冷卻后的廢水進入所述噴淋頭； 所述噴淋頭，用于將冷卻后的廢液噴向所述等離子體產生部的低壓電極。 7.一種有機污染物廢水處理方法，其特征在于，該方法包括： 利用高壓電極與低壓電極之間的放電過程產生等離子體； 將廢水霧化成液滴，所述液滴與所述等離子體中活性物質摻混； 將廢水冷卻后噴向所述低壓電極。 8.根據權利要求7所述的廢水處理方法，其特征在于，該方法還包括：向所述等離子體的反應區(qū)域不斷通入氣體。 9.根據權利要求7所述的廢水處理方法，其特征在于，該方法還包括：在所述廢水中加入均相和/或異相催化劑。 10.根據權利要求7所述的廢水處理方法，其特征在于，該方法還包括：將廢水循環(huán)流入所述等離子體的反應區(qū)域，使廢水在流經所述低壓電極內壁時形成水幕。

說明書

技術領域

本申請涉及一種廢水處理裝置及處理方法，屬于環(huán)境保護應用技術處理領域，特別涉及一種有機污染物廢水處理裝置及廢水處理方法。

背景技術

有機污染物的廢水處理技術對環(huán)境保護領域意義重大，具有重要應用前景。等離子體處理廢水作為高級氧化技術是目前研究的熱點和難點，針對有機污染物的廢水處理，如何在同等能耗條件下，提高等離子體中活性物質的產量，同時提高活性物質的利用率，是將等離子體處理廢水技術推向工程應用的兩個重要方面。

研究者們普遍專注于研究單一因素對等離子體參數的影響，繼而只提出了用以提高等離子體處理廢水性能的個別舉措。然而，等離子體參數復雜且受多種因素耦合影響，因此，在實際工程應用中，缺少能夠將多種技術手段同時運用的一體化設計，集成難度高，導致等離子體的優(yōu)良特性遠未得到充分發(fā)揮。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于，提供一種基于多因素耦合的高效處理有機污染物廢水的裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種處理有機污染物廢水的方法。

本發(fā)明所述的有機污染物廢水處理裝置包括：等離子體產生部、霧化單元、冷卻單元；其中，

所述等離子體產生部，用于高壓放電產生等離子體；

所述霧化單元，用于將廢水霧化成液滴，所述液滴與所述等離子體產生部釋放的等離子體中活性物質摻混；

所述冷卻單元，用于冷卻廢水，將冷卻后的廢水噴向所述等離子體產生部。

優(yōu)選地，所述等離子體產生部包括高壓電極，所述高壓電極與高壓電源的正極連接，所述高壓電極外包裹著阻擋介質，所述阻擋介質的外圍設置有低壓電極，所述阻擋介質與低壓電極之間留有空隙，能夠使廢水和氣體通過，所述低壓電極與所述高壓電源的負極接地。

優(yōu)選地，所述高壓電極、阻擋介質、低壓電極同軸。

優(yōu)選地，所述低壓電極為圓筒形。

優(yōu)選地，所述阻擋介質由絕緣材料構成，形成了介質阻擋放電結構，保證了在大氣壓條件下產生大面積均勻等離子體，從而提高了高壓電極和低壓電極的隔離度，保證了電極間等離子體的有效產生。

優(yōu)選地，所述高壓電源采用脈沖式或交流式。其中，脈沖式高壓電源具有體積小、能耗低、活性物質產量高的優(yōu)點；而交流式高壓電源的功率大且造價低。

優(yōu)選地，所述霧化單元包括超聲波霧化器，所述超聲波霧化器連接電源。

進一步地，所述有機污染物廢水處理裝置還包括廢水循環(huán)單元，用于將廢水抽入所述等離子體產生部，廢水在流經所述等離子體產生部的內壁時形成水幕。水幕形成在高低壓電極之間，同時還有空氣，以此構成了氣液兩相放電結構，使得廢液處理效率得到提高。

優(yōu)選地，所述廢水循環(huán)單元包括設置在廢水與所述等離子體產生部之間通路上的第一循環(huán)水泵、流量計、第一閥門，其中，所述第一循環(huán)水泵用于抽取廢水，所述流量計用于檢測廢水流量，所述第一閥門用于控制通路開閉。

優(yōu)選地，所述水幕形成在所述等離子體產生部的低壓電極內壁上。

優(yōu)選地，所述廢水循環(huán)單元還包括導流機構，所述導流機構與所述等離子體產生部的低壓電極留有間隙，用于引導所述通路通入的廢水形成水膜。

優(yōu)選地，所述導流機構與所述等離子體產生部同軸。

進一步地，所述有機污染物廢水處理裝置還包括補氣和氣體循環(huán)單元，用于向所述等離子體產生部輸入氣體。

優(yōu)選地，所述氣體包括以下至少一種：空氣、氧氣、臭氧、非活性氣體。

優(yōu)選地，所述補氣和氣體循環(huán)單元包括：氣體增壓機構，其輸入端與包含所述等離子體產生部的反應箱連接，用于將連通氣路中的氣體增壓后輸入所述等離子體產生部。所述反應箱為與外界大氣隔離的密閉空間。

優(yōu)選地，所述氣體增壓機構與所述等離子體產生部間的氣體通路上設置有氣體流量計。

優(yōu)選地，所述氣體增壓機構輸出端與導流機構連接，氣體通過導流機構上設置的氣孔通入所述等離子體產生部。

優(yōu)選地，所述反應箱內底部存儲有廢水，所述霧化單元設置在所述反應箱內。

優(yōu)選地，所述廢水中還設置有催化單元，所述催化單元用于對廢水中的污染物分子進行吸附，激活活性物質。

優(yōu)選地，所述催化單元包含均相和/或異相催化劑，能夠吸附污染物分子，并有效激活活性物質。

優(yōu)選地，所述催化劑可以混合在廢水中，也可以是負載型的，提高了活性物質使用效率。

優(yōu)選地，所述反應箱內設置有隔板，所述等離子體產生部設置在所述隔板下端，所述隔板與所述反應箱四壁及底面形成反應區(qū)。

優(yōu)選地，所述冷卻單元包括依次連接的第一循環(huán)水泵、水冷機、噴淋頭，所述水冷機和所述噴淋頭連接的通路上設置有第一閥門；其中，

所述水冷機，用于對所述第一循環(huán)水泵抽取的廢水進行冷卻處理；

所述第一閥門，用于控制所述水冷機輸出的冷卻后的廢水進入所述噴淋頭；

所述噴淋頭，用于將冷卻后的廢液噴向所述等離子體產生部的低壓電極。

本發(fā)明所述的有機污染物廢水處理方法包括：

利用高壓電極與低壓電極之間的放電過程產生等離子體；

將廢水霧化成液滴，所述液滴與所述等離子體中活性物質摻混；

將廢水冷卻后噴向所述低壓電極，對所述低壓電極進行冷卻。

進一步地，所述有機污染物廢水處理方法還包括：向所述等離子體的反應區(qū)域不斷通入氣體。

進一步地，所述有機污染物廢水處理方法還包括：在所述廢水中加入均相或異相催化劑。

進一步地，所述有機污染物廢水處理方法還包括：將廢水循環(huán)流入所述等離子體的反應區(qū)域，使廢水在流經所述低壓電極內壁時形成水幕。

一種基于本發(fā)明所述有機污染物廢水處理裝置的廢水處理方法，包括：

等離子體產生部產生等離子體；

霧化單元將廢水霧化成液滴，所述液滴與所述等離子體產生部釋放的等離子體中活性物質摻混；

冷卻單元將廢水冷卻后噴向所述等離子體產生部。

優(yōu)選地，所述冷卻單元將廢水冷卻后噴向所述等離子體產生部包括：

第一循環(huán)水泵抽取廢水輸送到水冷機；

水冷機對廢水進行冷卻處理，其輸出經第一閥門控制進入噴淋頭；

噴淋頭將冷卻后的廢液噴向所述等離子體產生部的低壓電極。

進一步地，所述廢水處理方法還包括：廢水循環(huán)單元將廢水抽入所述等離子體產生部，在流經所述等離子體產生部的內壁時形成水幕。

優(yōu)選地，所述廢水循環(huán)單元將廢水抽入所述等離子體產生部包括：

第一循環(huán)水泵抽取廢水通入導流機構；

流量計檢測抽取的廢水流量，通過第一閥門控制廢水循環(huán)通路的開閉。

進一步地，所述廢水處理方法還包括：補氣和氣體循環(huán)單元向所述等離子體產生部輸入氣體。

優(yōu)選地，所述補氣和氣體循環(huán)單元向所述等離子體產生部輸入氣體包括：氣體增壓機構將通入的等離子體產生部的反應箱內的氣體增壓后輸入所述等離子體產生部。

進一步地，所述氣體增壓機構輸出的氣體通過導流機構上設置的氣孔通入所述等離子體產生部。

進一步地，所述廢水處理方法還包括：催化單元對廢水中的污染物分子進行吸附，激活活性物質。

本申請能產生的有益效果包括：

1、本申請的霧化單元將有機污染物廢水霧化為小液滴，繼而彌散在反應區(qū)，由于小液滴表面積比較大，增強了廢水與等離子體活性物質的摻混，提高了等離子體活性物質的利用效率。

2、本申請的冷卻單元利用冷卻的廢水，對等離子體產生部中的低壓電極進行降溫處理，從而降低了臭氧的受熱分解，提高了臭氧產量。

3、本申請通過設置導流機構，使廢水形成水膜，繼而在沿低壓電極內壁下流時形成水幕，形成氣液兩相流動，其具有以下優(yōu)點：

（1）等離子體活性產物產量高、氣體電離度高；

（2）活性產物能夠直接作用于廢水，利用率高；

（3）等離子體中的紫外線能夠有效起到催化作用，廢水處理效率高。

4、本申請通過設置補氣和氣體循環(huán)單元，向反應區(qū)補充氣體，可有效提高活性物質產量。

進一步地，本申請在反應箱中設置了隔板，使得隔板與反應箱四壁和地面形成較為密閉的反應區(qū)，所述補氣和氣體循環(huán)單元的設置使得反應區(qū)的活性氣體能夠循環(huán)利用，提高了利用率，同時也避免了因氣體逸散入大氣導致的大氣環(huán)境的二次污染，更加環(huán)保。

5、本申請的催化單元可吸附污染物分子，并有效激活活性物質，提高活性物質利用效率。

6、從整體上說，本申請綜合考慮多因素耦合影響，形成了一體化設計，結構簡單易行，極大提高了有機污染物廢水的處理效率，并能降低能耗，可工廠化，應用前景廣闊。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種實施方式中等離子體產生部的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明一種實施方式中廢水循環(huán)單元及廢水循環(huán)過程示意圖；

圖3為本發(fā)明一種實施方式中冷卻單元及冷卻過程示意圖；

圖4為本發(fā)明一種實施方式中霧化單元結構示意圖；

圖5為本發(fā)明一種實施方式中補氣和氣體循環(huán)單元及補氣循環(huán)過程示意圖；

圖6為本發(fā)明一種實施方式中有機污染物廢水處理裝置總構成示意圖。

部件和附圖標記列表：1-高壓電極；2-阻擋介質；3-低壓電極；4-廢水；5-第一循環(huán)水泵；6-流量計；7-第一閥門；8-隔板；9-導流機構；10-導流機構與圓筒形低壓電極的間隙；11-第二循環(huán)水泵；12-水冷機；13-第二閥門；14-噴淋頭；15-超聲波霧化器；16-電源；17-廢水液滴；18-氣體增壓機構；19-氣體流量計；20-氣孔；21-催化劑；22-高壓電源；23-接地。

具體實施方式

下面結合實施例詳述本申請，但本申請并不局限于這些實施例。

本發(fā)明所述的有機污染物廢水處理裝置包括：等離子體產生部、冷卻單元、霧化單元；其中，

所述等離子體產生部，用于高壓放電產生等離子體；

所述霧化單元，用于將廢水霧化成液滴，所述液滴與所述等離子體產生部釋放的等離子體中活性物質摻混；

所述冷卻單元，用于冷卻廢水，將冷卻后的廢水噴向所述等離子體產生部。

本發(fā)明的有機污染物廢水處理方法包括：

利用高壓電極與低壓電極之間的放電過程產生等離子體；

將廢水霧化成液滴，所述液滴與所述等離子體中活性物質摻混；

將廢水冷卻后噴向所述低壓電極。

實施例一

請參見圖1，其示出了一種作為優(yōu)選的等離子體產生部的結構示意圖。

所述等離子體產生部包括高壓電極1、阻擋介質2、低壓電極3。高壓電極1外包裹著一層絕緣材料作為阻擋介質2。阻擋介質2的設置提高了高壓電極1和低壓電極3的隔離度，保證了電極間等離子體的有效產生。低壓電極3設置阻擋介質2外圍，且與阻擋介質2之間留有空隙，能夠使廢水和空氣通過。

低壓電極3為圓筒形，可以使高壓電極、低壓電極形成同軸結構，從而將等離子體活性物質包裹在反應區(qū)域內，實現高效利用，且放電面積大，工程適用性強。

高壓電極1與高壓電源22的正極連接，高壓電源22的負極與低壓電極3 共同接地23，保證了整個裝置的用電安全。

高壓電源采用脈沖式或交流式。

實施例二

一種有機污染物廢水處理裝置，該裝置除了等離子體產生部、冷卻單元、霧化單元外，還包括廢水循環(huán)單元，用于將廢水抽入所述等離子體產生部，廢水在流經所述等離子體產生部的內壁時形成水幕。

如圖2所示的廢水循環(huán)單元，包括第一循環(huán)水泵5、流量計6、第一閥門7，其中，第一循環(huán)水泵5用于抽取廢水，流量計6用于檢測廢水流量，第一閥門7用于控制通路開閉。

所述廢水循環(huán)單元還包括導流機構9。如圖所示的隔板8將反應箱分割為上下兩層，導流機構9安裝在上層，且與所述等離子體產生部的低壓電極留有間隙10。所述導流機構9設置為上下兩個圓柱體的結構，其中上端圓柱體直徑大于下端圓柱體，上端圓柱體內設置貫通的氣孔20，可使氣體通入等離子體區(qū)域。上端圓柱體與下端圓柱體一體化加工，過度部分可設置倒角。下端圓柱體上設置有三個或多個凸起結構，嵌入低壓電極3的內壁，與低壓電極形成緊密配合，除凸起之外的下端圓柱體部分與低壓電極內壁之間形成空隙10，可使水流和氣流通過。上端圓柱體與下端圓柱體半徑之差即為水幕厚度。低壓電極3上端設置有卡環(huán)，低壓電極3與所述卡環(huán)螺紋連接，卡環(huán)外周壓在隔板8上，形成固定。所述隔板8用于承接由第一閥門7流下來的廢水，隨著所述隔板8上承載的廢水的水位升高，逐漸淹沒所述導流機構9的縫隙，此時廢水可靠自身重力進入縫隙，在低壓電極3上形成水幕。

本發(fā)明的有機污染物廢水處理方法還包括廢水循環(huán)過程，該過程包括：

利用第一循環(huán)水泵5將廢水抽入所述等離子體產生部，形成廢水循環(huán)水路。在所述廢水循環(huán)水路上，利用流量計6監(jiān)測廢水流量，利用第一閥門7控制水路的開關，

廢水4進入導流機構9與圓筒形低壓電極的間隙10，經沿低壓電極3內壁流下形成水幕。

實施例三

一種有機污染物廢水處理裝置，包括等離子體產生部、霧化單元以及如圖3所示的冷卻單元。

所述冷卻單元包括：

第二循環(huán)水泵11，用于抽取廢水4；

水冷機12，用于對第二循環(huán)水泵11抽取的廢水進行冷卻處理；

第二閥門13，用于控制水冷機12與噴淋頭14之間水路的開關；

噴淋頭14，用于將冷卻后的廢水噴向低壓電極3。

本發(fā)明的有機污染物廢水處理方法中所述將廢水冷卻后噴向所述低壓電極包括：

利用第二循環(huán)水泵11將廢水抽出，利用水冷機12將廢水冷卻，利用第二閥門13控制冷卻水路開關；利用噴淋頭14將冷卻后的廢水噴向低壓電極3。

實施例四

一種有機污染物廢水處理裝置，包括設置在反應箱內的等離子體產生部、冷卻單元以及如圖4所示的霧化單元。

所述霧化單元采用超聲波霧化器15，所述超聲波霧化器15放置在反應箱底部的廢水4中，用于將廢水霧化成液滴，液滴在所述反應箱內彌散，與反應箱內等離子體活性物質的摻混。超聲波霧化器15與電源16連接。

實施例五

一種有機污染物廢水處理裝置，該裝置除了設置在反應箱內的等離子體產生部、冷卻單元、霧化單元外，還包括如圖5所示的補氣和氣體循環(huán)單元。

所述補氣和氣體循環(huán)單元包括：氣體增壓機構18、氣體流量計19。氣體增壓機構18的輸入端與反應箱連通，用于產生空氣或氧氣流輸出至所述等離子體產生部。氣體流量計19，用于監(jiān)測氣體增壓機構18輸出的氣體流量，方便控制。

氣體增壓機構18可以采用氣體壓縮機或高壓氣源。

考慮到一體化設計，當有機污染物廢水處理裝置中安裝導流機構9時，所述導流機構9上可以設置氣孔20，方便所述補氣和氣體循環(huán)單元中輸出的氣體通過氣孔20進入所述等離子體產生部。

本發(fā)明有機污染物廢水處理方法還包括補氣循環(huán)：

利用氣體增壓機構18對通入的反應區(qū)的氣體進行增壓，利用氣體流量計9控制氣體流量。氣體經過導流機構9上的氣孔20進入等離子體反應區(qū)。

實施例六

一種有機污染物廢水處理裝置，該裝置除了設置在反應箱內的等離子體產生部、冷卻單元、霧化單元外，還包括催化單元。

所述催化單元設置在廢水中，包含均相或異相催化劑。催化劑可以混合在廢水中，也可以是負載型的。

實施例七

請參見圖6，其示出了一種有機污染物廢水處理裝置總構成示意圖。

所述有機污染物廢水處理裝置包括包含反應箱、高壓電極1、阻擋介質2、低壓電極3、第一循環(huán)水泵5和第二循環(huán)水泵11、流量計6、第一閥門7和第二閥門13、隔板8、導流結構9、水冷機12、噴淋頭14、超聲波霧化器15、電源16、高壓氣源18、催化劑21、高壓電源22；反應箱由隔板8分為上下兩層空間。

高壓電極1外包裹一層阻擋介質2，阻擋介質2的外圍包裹圓筒形低壓電極3。低壓電極3與阻擋介質2之間留有空隙，能夠使廢水和空氣通過。高壓電源22的正極連接到高壓電極1上，負極與低壓電極3共同接地23。

廢水4置于反應箱底部，第一循環(huán)水泵5將廢水抽出，流量計6監(jiān)測廢水流量，第一閥門7控制水路的開關。反應箱上層安裝導流結構9，廢水進入導流機構與圓筒形低壓電極的間隙，經沿低壓電極3內壁流下形成水幕。第二循環(huán)水泵11將廢水抽出后送到水冷機12中進行廢水冷卻；第二閥門13控制冷卻水路開關；噴淋頭14將冷卻后的廢水噴向低壓電極3。

超聲波霧化器15連接電源16；氣體增壓機構18連接氣體流量計19；氣體經過導流機構上的氣孔20進入等離子體反應區(qū)域。催化劑21投入到廢水中。

以上所述，僅是本申請的幾個實施例，并非對本申請做任何形式的限制，雖然本申請以較佳實施例揭示如上，然而并非用以限制本申請，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本申請技術方案的范圍內，利用上述揭示的技術內容做出些許的變動或修飾均等同于等效實施案例，均屬于技術方案范圍內。

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