專利名稱：一種介質阻擋放電技術處理染料廢水的裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及等溫等離子體工程與環(huán)境工程領域中水處理技術，特別是涉及一種介質阻擋放電技術處理染料廢水的裝置及其方法。
背景技術：
染料廢水具有成分復雜、濃度高、色度深、鹽含量高、可生化性差、pH變化大等特點，一直是工業(yè)廢水處理的重點和難點。當前，染料朝著抗光解、抗氧化及抗生物降解等趨勢發(fā)展，使得傳統(tǒng)的染料廢水處理技術已經難以實現對其進行達標排放處理。近年來，污水排放標準日趨嚴格，染料廢水的處理已成為迫切需要解決的環(huán)境問題之一。近年來，以產生自由基為主的高級氧化技術(Advanced Oxidation Processes, AOPs)成為了染料廢水研究領域的熱點。高級氧化技術利用化學活性極強并無選擇性的自由基(如· OH等)進攻或氧化有機物分子，使有機污染物開環(huán)、斷鍵，從而轉變成易降解的小分子物質，甚至直接礦化成CO2和H2O,從而達到氧化礦化有機物的目的。低溫等離子體(Non-thermal plasma,NTP)是一種新型的高級氧化技術,利用紫外光輻射、高能電子轟擊作用、高活性的等離子體(如· 0H，· HO2, 02_，H2O2, O3等)等多因素的協(xié)同作用，集濕式氧化、超臨界水氧化、光催化、電化學催化、紫外光降解、高溫熱解、臭氧氧化于一體的新型水處理技術，能有效去除各種廢水中的難降解物質，具有工藝簡單、降解速度快、無二次污染等諸多優(yōu)點。介質阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge, DBD)是把固體絕緣介質覆蓋在電極上或者懸掛在放電空間里，利用介質阻擋層的放電間隙阻止電流流通，同時釋放出等離子體。相比較其他放電形式，具有放電穩(wěn)定、不易產生火花放電、活性粒子能量高等諸多優(yōu)勢，因此，具有更廣泛的工業(yè)應用前景。然而，介質阻擋放電技術處理染料廢水在實際應用過程中也存在一些問題①待處理的染料廢水不能在介質表面形成比較均勻的液膜，容易導致局部放電，而且對觸發(fā)放電電壓有更高的要求介質阻擋放電過程中產生的一些化學物質(如H2O2和03等)，由于與染料廢水接觸時間較短，所以沒有進行比較充分地的利用。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種介質阻擋放電技術處理染料廢水的裝置及其方法，能夠形成均勻液膜、能充分地運用放電過程中產生的化學物質并能運用到工程實踐中的低溫等離子體廢水處理裝置，利用低溫等離子體對染料廢水中污染因子的綜合處理能力，進行廢水深度處理。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種介質阻擋放電技術處理染料廢水的裝置，包括設有氣體入口和氣體出口的密閉容器、支架、負極板、以及與高壓電源相連的金屬圓柱電極，所述支架上安裝有所述負極板；所述負極板表面加工有一序列均勻的凹槽；所述負極板一端安裝有布水器，另一端安裝有水收集器；所述負極板安裝有布水
3器的一側安裝有高壓極，負極板安裝有水收集器的一側安裝有接地極；所述金屬圓柱電極由介質阻擋材料包裹形成套筒結構，并懸掛在所述負極板的上方；所述套筒結構在形成均勻水膜的負極板和高壓極之間形成介質阻擋放電。所述水收集器的出口端與反應容器相連；所述反應容器底部設有微孔曝氣裝置； 所述氣體出口輸出的氣體通過管道與抽氣泵送入所述微孔曝氣裝置；所述反應容器中的染料廢水通過管道和蠕動泵送入所述布水器相連。所述負極板采用耐腐蝕性和抗氧化性的金屬材料制成，所述凹槽的寬度為
O.2_2mm,深度為 O. 2-0. 5mm。所述介質阻擋材料為玻璃、氧化鋁、聚四氟乙烯、硅橡膠，或上述物質進行摻雜改性的材料。所述介質阻擋材料為圓筒形，厚度為O. 5mm-5mm, 一端開口，并通過聚四氟塞子密封；所述介質阻攔材料的內徑比所述金屬圓柱電極的直徑大Imm;所述金屬圓柱電極緊貼所述阻擋介質材料的內壁。所述密閉容器采用絕緣耐腐蝕性材料制成。所述反應容器內投有金屬離子或者非均相催化劑，其中，金屬離子為Mn2+、Cu2+、 Zn2+或Co2+，非均相催化劑為Mn02、FeOOH, TiO2或活性炭。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是還提供一種介質阻擋放電技術處理染料廢水的方法，將反應容器中的染料廢水用蠕動泵泵入到布水器并通入到負極板上，通過在負極板上下分別安裝高壓極和接地極，在形成均勻水膜的負極板和高壓極之間形成介質阻擋放電，利用介質阻擋放電過程中產生的03、· 0H、· HO2, 02\ H2O2、高能電子以及紫外光與負極板上的染料廢水發(fā)生作用，對污染物進行降解；處理完的水再回流到反應容器中， 并將反應產生的未利用的臭氧以及其他的活性物質注入到反應容器中，使其與廢水充分接觸、混合，進一步對染料廢水中的有機物進行降解。上述介質阻擋放電技術處理染料廢水的方法還包括向所述反應容器中投加金屬離子或者非均相催化劑進行強化處理的步驟，其中，金屬離子為Mn2+、Cu2+、Zn2+或Co2+，非均相催化劑為Mn02、FeOOH, TiO2或活性炭。有益效果由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明中介質阻擋放電反應直接在所需處理的廢水中進行，介質阻擋放電過程中產生的紫外光可以有效地對廢水中的污染物進行降解，同時，介質阻擋放電產生的臭氧等活性物質通過微孔曝氣的方式進入廢水中，并且與廢水充分混合、接觸，進一步對廢水中的污染物進行降解。其中，介質阻擋放電在常溫、常壓下就可進行，反應條件溫和，控制性較強；反應器設備及其操作比較簡單；反應產生的高能電子、03、H202和活性物質(*0!1、!102*、02_等) 無選擇地與水中的污染物反應，將其降解為二氧化碳、水和簡單有機物。


圖I是本發(fā)明的處理染料廢水裝置示意圖；圖2是本發(fā)明的負極板的示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。本發(fā)明涉及一種介質阻擋放電技術處理染料廢水的方法，將反應容器中的染料廢水用水泵泵入到布水器并通入到負極板上，通過在負極板上下分別安裝高壓極和接地極， 在形成均勻水膜的負極板和高壓極之間形成介質阻擋放電，利用介質阻擋放電過程中產生的03、·0Η、·Η02、02_、Η202、高能電子以及紫外光與負極上的染料廢水發(fā)生作用，對污染物進行降解；處理完的水再回流到反應容器中，并將反應產生的未利用的臭氧以及其他的活性物質注入到反應容器中，使其與廢水充分接觸、混合，進一步對染料廢水中的有機物進行降解。本發(fā)明還涉及一種介質阻擋放電技術處理染料廢水的裝置，如圖I所示，包括介質阻擋材料I、金屬圓柱電極2、高壓電源3、氣體出口 4、空氣泵5、水收集器6、反應容器7、 微孔曝氣裝置8、蠕動泵9、支架10、布水器11、氣體入口 12、負極板13、密閉容器14 ;其中負極板13安裝在支架10上并且安裝在高壓電極和接地極之間；金屬圓柱電極2由介質阻擋材料I包裹形成套筒結構，通過一定的連接結構懸掛在負極板13的上方，通過調整套筒結構與負極板13的距離，使放電正好在形成的液膜上發(fā)生，對廢水中的有機物進行降解；在密閉容器14內產生的未利用的臭氧以及其他的活性物質，通過密閉容器14右端設有的氣體出口 4，經由空氣泵5和微孔曝氣裝置8注入到反應容器7，使其與廢水充分接觸、混合， 進一步對染料廢水中的有機物進行降解。阻擋介質I包裹金屬圓柱電極2形成套筒結構，通過一定的連接結構懸掛在負極板的上方；負極板表面加工出一序列均勻的小凹槽，小凹槽的寬度為O. 4mm，深度為O. 4mm, 通過調節(jié)蠕動泵的流量，使染料廢水能在負極板表面形成厚度均勻的液膜；高壓極連接高頻、高壓電源，其電流頻率為5. 0-50. OkHz,電壓峰值為10000V-50000V。將反應容器中的染料廢水用水泵泵入到布水器并通入到負極板上，通過在負極板上下分別安裝高壓極和接地極，在形成均勻水膜的負極板和高壓極之間形成介質阻擋放電，利用介質阻擋放電過程中產生的03、*0!1、*!102、02_、!1202、高能電子以及紫外光與負極上流動的染料廢水發(fā)生作用，對污染物進行降解；在密閉容器內產生的未利用的臭氧以及其他的活性物質，通過密閉容器右端設有的氣體出口，經由空氣泵和微孔曝氣裝置注入到反應容器，使其與廢水充分接觸、混合，進一步對染料廢水中的有機物進行降解。本發(fā)明所述的介質阻擋放電的負極板，如圖2所示，采用耐腐蝕性和抗氧化性的金屬材料制成，并且在負極板表面加工出一序列均勻的小凹槽，小凹槽的寬度為O. 2-2mm, 深度為O. 2-0. 5mm,通過調節(jié)蠕動泵的流量，使染料廢水能在負極板表面形成O. 2-1. Omm厚度的均勻液膜；根據廢水的性質，在降解效果高的條件下，盡可能地提高蠕動泵的流量。本發(fā)明采用金屬圓柱電極，金屬圓柱緊貼介質阻擋的內壁，由介質阻擋材料包裹形成套筒結構；通過一定的連接結構懸掛在負極板的上方，通過調整套筒與負極板的距離， 使放電正好在形成的均勻液膜上發(fā)生，對廢水中的有機物進行降解；金屬圓柱電極與高頻、 高壓電源相連，其電流頻率為5. 0-50. OkHz,電壓峰值為10000V-50000V ;金屬圓柱電極的個數，可以根據實際的需要，設為單個或者多個。本發(fā)明采用的介質阻擋材料包括玻璃、氧化鋁、聚四氟乙烯、硅橡膠，還包括上述物質進行各種摻雜改性的材料；介質阻擋材料為圓筒形，厚度為O.只有一端開口，并通過聚四氟塞子密封；其內徑比所用金屬圓柱電極的直徑大1_，使金屬圓柱電極能緊貼阻擋介質材料的內壁。本發(fā)明所述的介質阻擋放電系統(tǒng)是置于絕緣耐腐蝕的密封容器中，制作密閉容器的材料包括有機玻璃、塑料以及附有耐腐蝕內襯的設別與構筑物，密閉容器的大小根據所用的等離子發(fā)生裝置大小而確定。本發(fā)明所述的介質阻擋放電系統(tǒng)所處的密閉設有氣體進入口，根據實際的需要， 所用的放電氣體氣體空氣、氧氣、氮氣、稀有氣體以及它們的混合氣體。反應產生的未利用的臭氧以及其他的活性物質通過微孔曝氣裝置注入到容器中， 使其與廢水充分接觸、混合，進一步對染料廢水中的有機物進行降解；另外，還可以向反應容器中投加Mn2+、Cu2+、Zn2+、Co2+等金屬離子或者Mn02、FeOOH, TiO2、活性炭等非均相催化劑來強化處理效果。本發(fā)明中介質阻擋放電反應直接在所需處理的廢水中進行，介質阻擋放電過程中產生的紫外光可以有效地對廢水中的污染物進行降解，同時，介質阻擋放電產生的臭氧等活性物質通過微孔曝氣的方式進入廢水中，并且與廢水充分混合、接觸，進一步對廢水中的污染物進行降解。
權利要求
1.一種介質阻擋放電技術處理染料廢水的裝置，包括設有氣體入口(12)和氣體出口 ⑷的密閉容器(14)、支架(10)、負極板(13)、以及與高壓電源(3)相連的金屬圓柱電極(2)，其特征在于，所述支架(10)上安裝有所述負極板(13);所述負極板(13)表面加工有一序列均勻的凹槽；所述負極板(13) —端安裝有布水器(11)，另一端安裝有水收集器(6)； 所述負極板(13)安裝有布水器(11)的一側安裝有高壓極，負極板安裝有水收集器(6)的一側安裝有接地極；所述金屬圓柱電極(2)由介質阻擋材料(I)包裹形成套筒結構，并懸掛在所述負極板(13)的上方；所述套筒結構在形成均勻水膜的負極板(13)和高壓極之間形成介質阻擋放電。
2.根據權利要求I所述的介質阻攔放電技術處理染料廢水的裝置，其特征在于，所述水收集器出)的出口端與反應容器(7)相連；所述反應容器(7)底部設有微孔曝氣裝置(8);所述氣體出口(4)輸出的氣體通過管道與抽氣泵(5)送入所述微孔曝氣裝置(8);所述反應容器(7)中的染料廢水通過管道和蠕動泵(9)送入所述布水器(11)相連。
3.根據權利要求I或2所述的介質阻擋放電技術處理染料廢水的裝置，其特征在于，所述負極板(13)采用耐腐蝕性和抗氧化性的金屬材料制成；所述凹槽的寬度為O. 2-2mm，深度為 O. 2-0. 5mm。
4.根據權利要求I所述的介質阻擋放電技術處理染料廢水的裝置，其特征在于，所述介質阻擋材料(I)為玻璃、氧化鋁、聚四氟乙烯、硅橡膠，或上述物質進行摻雜改性的材料。
5.根據權利要求I所述的介質阻擋放電技術處理染料廢水的裝置，其特征在于，所述介質阻擋材料(I)為圓筒形，厚度為O.—端開口，并通過聚四氟塞子密封；所述介質阻攔材料⑴的內徑比所述金屬圓柱電極⑵的直徑大Imm;所述金屬圓柱電極⑵緊貼所述阻擋介質材料(I)的內壁。
6.根據權利要求I所述的介質阻擋放電技術處理染料廢水的裝置，其特征在于，所述密閉容器(14)采用絕緣耐腐蝕性材料制成。
7.根據權利要求2所述的介質阻擋放電技術處理染料廢水的裝置，其特征在于，所述反應容器(7)內投有金屬離子或者非均相催化劑，其中，金屬離子為Mn2+、Cu2+、Zn2+或Co2+， 非均相催化劑為Mn02、FeOOH, TiO2或活性炭。
8.一種介質阻擋放電技術處理染料廢水的方法，其特征在于，將反應容器中的染料廢水用蠕動泵泵入到布水器并通入到負極板上，通過在負極板上下分別安裝高壓極和接地極，在形成均勻水膜的負極板和高壓極之間形成介質阻擋放電，利用介質阻擋放電過程中產生的03、*0!1、*!102、02_、!1202、高能電子以及紫外光與負極板上的染料廢水發(fā)生作用，對污染物進行降解；處理完的水再回流到反應容器中，并將反應產生的未利用的臭氧以及其他的活性物質注入到反應容器中，使其與廢水充分接觸、混合，進一步對染料廢水中的有機物進行降解。
9.根據權利要求8所述的介質阻擋放電技術處理染料廢水的方法，其特征在于，還包括向所述反應容器中投加金屬離子或者非均相催化劑進行強化處理的步驟，其中，金屬離子為Mn2+、Cu2+、Zn2+或Co2+，非均相催化劑為Mn02、FeOOH, TiO2或活性炭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種介質阻擋放電技術處理染料廢水的裝置及其方法，通過在金屬負極板表面加工出均勻的凹槽，使染料廢水在負極板表面能形成均勻液膜；金屬圓柱緊貼介質阻擋的內壁形成套筒結構，通過調整套筒與負極板的距離，在負極板和高壓極之間形成介質阻擋放電，利用放電過程中產生的O3、·OH、H2O2、高能電子以及紫外光等對污染物進行降解；反應產生的未利用的臭氧以及其他的活性物質通過微孔曝氣裝置注入到容器中，使其進一步對染料廢水中的有機物進行降解；另外，向反應容器中投加Mn2+、Cu2+、Zn2+、Co2+等金屬離子或者MnO2、FeOOH、TiO2、活性炭等非均相催化劑來強化處理效果。
文檔編號C02F1/78GK102603029SQ20121008320
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權日2012年3月26日
發(fā)明者何俊, 劉亞男, 劉振鴻, 孫玉, 張丹丹, 徐冰潔, 梅述芳, 毛菲菲, 胡金龍, 薛罡, 邢聆君 申請人:東華大學