[发明专利]等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置，尤其涉及一种等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置及其单级循环装置和多级串联装置，属于水处理技术领域。

背景技术

高压放电产生的等离子体射流，富含高能电子、紫外线（UV）、冲击波、臭氧和活性粒子(·OH、·O、·H、O₃、H₂O₂等)，这一特性可以用来去除水中难降解的有机物、细菌、重金属等有毒害物种。超声波在废水降解中具有特殊的物理化学效应，特别是超声空化所产生的局部高温（大于5000K）和高压（大于100MPa），为有机物的化学反应提供了极端的物理化学环境。这将引发液体中的一系列复杂的物理、化学反应，如热分解和自由基的氧化等。超声空化效应产生的这些强氧化性的自由基能加速废水中有机物的氧化分解，产物H₂O₂具有更持久、稳定的氧化分解作用。此外，超声空化的超临界水效应能大大增加O₃的溶解速度和溶解度，而超声波作用下形成的冲击波和射流能使产生的自由基扩散到气液界面和溶液的每个部分，使之与有机物更好地接触并将其氧化分解。因而超声、O3的协同作用能大大提高对有机物的去除率。

等离子体发生装置放电过程中会产生紫外光，TiO₂受到紫外光照射后产生电子-空穴对，其中，电子易被水中溶解氧等氧化性物质捕获，而空穴则可氧化吸附在TiO₂表面的有机物或先将吸附在TiO₂表面的OH-和H₂O分子氧化成羟基自由基，而羟基自由基的氧化能力在水体氧化剂中是最强的。为了利用等离子体产生过程中产生的O₃，并且提高降解率，提出一种等离子体-超声联合处理废水的方法。

现有的等离子体水处理装置存在诸多缺点，如等离子体利用率低、水处理效率低、反应装置不能自动控制，装置占地面积大、耗能高，等离子体中的活性物质在短暂生命周期内没有得到充分利用等。因此，开发一种快速、高效、便捷、成本低、能耗小、使用寿命长、不产生二次污染的水处理装置确有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种综合利用超声、臭氧、等离子体、TiO₂催化等方法来进行污水处理的等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置，该法成本低、能耗小、故障率低且不产生二次污染；进一步地，本发明提供一种气体可循环利用，超声臭氧联合反应器和等离子体发生器在水处理过程相互独立，既可协同工作，又可相互独立工作，运行灵活，降低能耗，提高整体系统的能效比，联合互补的等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置；更进一步地，本发明提供一种智能化，可自动控制的等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置；更进一步地，本发明提供一种通过气液分离装置的设置，可避免液体形成液体栓塞进入气体循环管道，以保护气泵和空气压缩泵的等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置；更进一步地，本发明提供一种单个水处理单元即可实现污水的循环处理的等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置的单级循环装置；更进一步地，本发明提供一种等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置的多级串联装置，迅速有效地降解废水中的有机物；更进一步地，本发明提供一种克服现有技术中废水处理装置占地面积大、耗能高、单次处理时间长和等离子体中活性物质利用率低等问题的等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置，其特征在于：包括：水处理单元，所述水处理单元包括超声臭氧联合反应器和等离子体发生器，所述超声臭氧联合反应器的出水口通过液泵和液体流量计与Y型反应器的进水口相连，所述等离子体发生器的出气口伸入所述Y形反应器的进气口内部，所述Y形反应器的出水口设置于所述Y型反应器的进水口和进气口的下方，所述Y形反应器的出水口内设置有负载催化剂的孔网，所述Y形反应器的出水口与水平向的出水管相连，所述出水管的侧壁通过气液分离装置及气泵与第一气体循环管道的进气口相连接，所述第一气体循环管道的出气口穿过所述超声臭氧联合反应器的顶端后与曝气装置的进气口相连接，所述超声臭氧联合反应器的内部顶端设置有臭氧传感器、液位检测装置和负压单向阀，所述超声臭氧联合反应器的内部底端设置有所述曝气装置和压电超声换能器；所述超声臭氧联合反应器的顶端通过第二气体循环管道与所述等离子体发生器相连通。