一种用于高含盐难降解有机废水的处理装置的制作方法

一种用于高含盐难降解有机废水的处理装置
1.针对本技术技术方案的研究，得到“四川省科技计划资助”，项目立项编号：2018jz0010。
技术领域
2.本技术属于废水处理的方法及装置设计技术领域，特别涉及一种用于高含盐难降解有机废水的处理装置及处理方法。


背景技术：

3.2017年，我国排放工业废水约1.81
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105万吨，尤其是石化、制药、造纸、印染、皮革等化工行业中产生的大量高浓度有机废水，由于原材料的多样性与复杂性，致使采用传统处理方法难以进行有效的处理与降解。这些废水具有成分复杂、盐度高、色度高、污染物浓度高等特点，其中大多数有机污染物具有极高的生物毒性和致癌性。
4.目前，针对高含盐有机废水的处理方法一般采用：1)先脱盐，然后再利用传统的微生物方法经行达标处理；2)高级氧化技术将其转化成易生物降解污水后再利用微生物方法经行达标处理。第1种方案虽然能对水进行达标处理，但脱出的盐由于含有有机污染物，又认定为危险废弃物，处理成本高。第2种方案的处理思路是先将污染物降到符合要求，然后再经行脱盐，盐可作为工业盐回收。
5.针对高级氧化技术，目前能够成熟应用的主要包括：1)芬顿、类芬顿系列氧化技术；2)臭氧氧化技术；3)电催化氧化技术；4)湿式催化氧化技术；5)超临界水氧化技术。但上述高级氧化技术在工程应用中仍然存在许多不足：芬顿、类芬顿氧化技术存在着劳动强度大(药剂投加种类较多和需要两次调节反应ph)、污泥量大等缺陷；臭氧氧化技术最大的问题就是臭氧利用率不高、能耗高，高盐环境下处理效果低；电催化氧化技术也存在着电流效率低、能耗高、电极寿命短等缺陷；湿式氧化技术由于涉及到压力容器，所以设备及工艺要求很高，对操作人员的要求也很高，而且大量研究表明中间产物苯甲酸和乙酸对湿式氧化有抑制作用；超临界水氧化技术虽然氧化效率高、处理彻底、无二次污染，但也面临着高温下设备腐蚀、盐的析出和沉积问题，设备投资巨大。
6.随后，langmuir等人于1928年首次提出等离子体基本概念，指出等离子体是物质存在的第四种基本形态。等离子体是由大量的电子、离子、原子、分子以及自由基粒子等组成的集合体，宏观上呈电中性。
7.其中，液相放电能够产生等离子体，且该等离子体能够降解有机污染物，主要原因是由于放电等离子体含大量高能电子、自由基、离子等，其中高能电子可以与有机污染物直接发生碰撞(又称为“粒子非弹性碰撞”)，使污染物活化处于激发态，甚至直接降解；此外，高能电子碰撞产生的活性物质可以直接氧化降解(又称为“活性物质氧化”)有机污染物。进一步，除高能电子碰撞引发的活性物质外，放电过程还伴随产生紫外辐射、高温热解、超声波等效应，这些效应有利于促进有机污染物的降解。综上，等离子体利用放电产生的理化效应，共同作用于有机污染物，使之在较短时间内即可被降解。
8.目前，液相放电的方法有：1)辉光放电；2)介质阻挡放电；3)电弧放电；4)微波放电。上述各种放电技术特征为：辉光放电需要直流高压电源，电极成本高，在放电过程中易产生电极腐蚀，辉光放电过程大部分能量用于升高材料温度，耗费的功率较大；介质阻挡放电采用正弦波形交流高压电源，放电均匀，电极不易受到腐蚀，但是，放电所需要的高压脉冲电源能耗较高，且设计、生产难度较大；电弧放电产生的等离子体温度高，能量高，密度大，然而高温使得电极极易受到腐蚀，放电产生的电弧难以熄灭；微波放电属于高频放电等离子体法，不管有无介质的阻挡，均能维持持续、稳定的放电，并且能量利用率高，无电极污染，可以在常温常压下发生。
9.但是，目前并没有针对高含盐、难生物降解的有机废水，而直接采用液相放电产生的等离子体进行处理的装置或方法，大多是利用微波可以穿透非金属容器的特性，对容器内的固定催化剂进行激发，起到微波催化氧化的效果，提高废水中有机物的分解速度。


技术实现要素：

10.为了解决现有技术中存在的至少一个技术问题，本技术提供了一种用于高含盐难降解有机废水的处理装置及处理方法。
11.本技术公开了一种用于高含盐难降解有机废水的处理装置，包括微波发生装置和反应器，所述微波发生装置包括至少一个用于产生微波等离子体的电极，所述反应器包括：
12.封闭的壳体；
13.电极安装孔，所述电极安装孔贯穿开设在所述壳体的底板上，其中，一个所述电极通过对应的一个所述电极安装孔伸入到所述壳体内腔中，且固定在所述电极安装孔上；
14.布水管线，其包括布水管进水口和布水管出水口，所述布水管进水口与位于所述壳体外侧的进水管线连通，所述布水管出水口连通至所述壳体的内腔，并且，在每一个所述电极安装孔的周围均分布有多个所述布水管出水口；
15.反应器出水口，所述反应器出水口贯穿开设在所述壳体上，并与位于所述壳体外侧的出水管线连通。
16.根据本技术的至少一个实施方式，每个所述布水管出水口中均连通有一根穿孔管，其中，所述穿孔管与所述布水管出水口连通的一端为开口端，相对的另一端为密封端，且在所述穿孔管的管壁上开设有多个出水孔；以及
17.分布在每一个所述电极安装孔周围的多根所述穿孔管均与该电极安装孔内的电极平行，并同时垂直于所述底板，另外，每根所述穿孔管上的多个出水孔均朝向对应的电极。
18.根据本技术的至少一个实施方式，在任意一个所述电极安装孔的周围，多个所述布水管出水口在以该电极安装孔为圆心的同心圆上均匀分布。
19.根据本技术的至少一个实施方式，所述壳体呈圆筒状，且所述电极及对应的电极安装孔的数量为多个，其中一个所述电极安装孔设置在所述底板的圆心处，其余的所述电极安装孔均匀分布该圆心的同心圆上。
20.根据本技术的至少一个实施方式，位于同一个同心圆上的多个所述布水管出水口距离对应圆心的距离为5-10cm；以及
21.所述穿孔管的轴向高度大于所述电极的轴向高度，且所述穿孔管上出水孔的孔径
为5-10mm。
22.根据本技术的至少一个实施方式，所述布水管线布置在所述底板的内侧面上，其布水管进水口由内向外贯穿所述底板后与所述进水管线连通，其布水管出水口在所述底板的内侧面上围绕相应的电极安装孔进行分布。
23.根据本技术的至少一个实施方式，所述反应器还包括：
24.排气孔，所述排气孔贯穿开设在所述壳体顶部；
25.真空泵，所述真空泵通过排气管线连通至所述排气孔。
26.根据本技术的至少一个实施方式，所述反应器还包括：
27.反应器排水口，所述反应器排水口贯穿设置在所述壳体上靠近底板的位置，并与位于所述壳体外侧的出水管线连通排空管线连通。
28.根据本技术的至少一个实施方式，所述微波发生装置还包括依次电连接的电源、微波发生器以及波导组件，所述波导组件又通过同轴电缆与所述电极连接。
29.本技术至少存在以下有益技术效果：
30.本技术的用于高含盐难降解有机废水的处理装置，在反应器中设置有微波发生装置的电极，电极传送的微波能量能够使其周围的液体迅速汽化，产生气泡，同时产生的强场作用力将气泡击穿，从而在电极尖端周围产生等离子体，等离子体利用放电产生的理化效应，共同作用于有机废水中的污染物，使之在较短时间内即可被降解，提高处理效率；
31.另外，通过在一个电极安装孔的周围分布有多个布水管出水口，使得电极周围的液体分布更均匀，以提高等离子体产生效率以及有机废水处理效率。
附图说明
32.图1是本技术用于高含盐难降解有机废水的处理装置的结构简图；
33.图2是本技术用于高含盐难降解有机废水的处理装置的一具体实施例中，用于体现电极布置方式的结构俯视图；
34.图3是本技术用于高含盐难降解有机废水的处理装置的一具体实施例中，用于体现电极与微波发生器连接关系的连接结构俯视图；
35.图4是本技术用于高含盐难降解有机废水的处理装置中电极与同轴电缆连接示意图；
36.图5是本技术用于高含盐难降解有机废水的处理装置的一具体实施例中，用于体现布水管线与电极排列方式的结构俯视图；
37.图6是本技术用于高含盐难降解有机废水的处理装置中，用于体现穿孔管与电极相对位置的结构正视图。
具体实施方式
38.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.需要理解的是，在本技术的描述中可能涉及到的技术术语，例如“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
40.第一方面，如图1所示，本技术公开了一种用于高含盐难降解有机废水的处理装置，可以包括微波发生装置和反应器1。
41.其中，微波发生装置包括用于产生微波等离子体的至少一个电极5；需要说明的是，微波发生装置可以根据需要选择为目前已知的多种适合的微波发生装置，只要能够通过其电极将微波能量注入待处理废水中并产生微波等离子体即可。
42.如图1所示，本技术的微波发生装置还包括依次电连接的电源11(用于供电)、微波发生器10以及波导组件9，其中波导组件9又通过同轴电缆6与电极5连接；并且，参见附图3所示，是一个波导组件9通过多根(例如图3中5根)同轴电缆6同时连接多个(例如图3中5个)电极5。
43.进一步，本技术的反应器1可以设置成多种适合的结构，参见图1-图5 所示，反应器1可以包括壳体、电极安装孔(图中被电极5遮挡，未直接示出)、布水管线12以及反应器出水口。
44.其中，壳体采用封闭结构；同样，壳体的形状结构可以根据需要进行适合的设置，例如圆筒状或多边形筒状等等；本技术中，如图2、图3、图5所示，将壳体设置呈圆筒状，从而更有利于后续电极5以及布水管线 12的合理布置。
45.反应器1的电极安装孔是贯穿开设在壳体的底板101上；其中，电极安装孔一方面是使得微波发生装置的电极5能够伸入到壳体内腔中，另一方面还能将电极5进行固定；可以理解的是，虽然图4所示实施例中电极5 是垂直于底板101，但这并不是对电极5设置角度的唯一限制，在其他未示出的实施例中，电极5可以与底板101呈多种适合的角度，同样能够达到后续描述的产生等离子体的效果；进一步，电极5的具体固定方式可参见图4所示，是先将电极5的顶端穿过电极安装孔后竖直伸入到壳体内腔中，再将电极5的底部与电极安装孔进行固定(例如螺纹连接、过盈配合连接等方式)。同样可以理解的是，由于壳体内腔中承装有有机废水，为进一步提高密封性能，还可以在电极5与电极安装孔的连接部位进行其他密封处理，例如安装密封圈，此处不再具体赘述。
46.反应器1的布水管线12包括布水管进水口和布水管出水口13；其中，布水管进水口与位于壳体外侧的进水管线2(进水管线2上还可以设置相应的控制阀门)连通，而布水管出水口13连通至壳体的内腔，从而使得外部的有机废水能够通过进水管线2从布水管进水口流入，再流经布水管线12后从布水管出水口13进入反应器1壳体的内腔中；进一步，本技术在任意一个电极安装孔的周围，均分布多个布水管出水口13，从而使得有机废水在流入壳体内腔时，能够更加均匀地分布到对应电极5的周围，以提高等离子体产生效率。
47.还需要说明的是，上述布水管线12可以采用多种适合布置方式，例如沿着反应器1壳体侧壁延伸设置或设置在底板101上等；并且，以布置在底板101上为例，也同样可以有多种方式，例如布水管线12布置在底板 101内侧面(即图1中底板101的上表面)，或布置在底
板101外侧面(即图1中底板101的下表面)，或将底板101设置成夹层状，布水管线12布置在夹层中，只要满足布水管进水口能够与外侧进水管线2连通，以及布水管出水口13连通壳体内腔即可。
48.如图5所示，本技术具体是将布水管线12固定布置(固定方式可以是焊接、粘接、卡扣连接等)在底板101内侧面，其布水管进水口由内向外贯穿底板101后与进水管线2连通，其布水管出水口13(本身就位于壳体内腔中)在底板101的内侧面上围绕相应的电极安装孔进行分布；这样的布水管线12布置方式，一方面是能够尽可能减少底板101的开孔数量，提高其结构稳定性的同时又降低了加工成本，另外，由于布水管线12主体部分都位于壳体内腔中，从而不容易被损坏，以增加使用寿命，降低维护成本。对于布水管线12的其他布置方式，此处不再赘述。
49.进一步，如图1所示，反应器出水口贯穿开设在壳体上，且优选设置在壳体上靠近顶部位置，并与位于壳体外侧的出水管线3(出水管线3同样可以设置相应的控制阀门)连通，从而能够通过出水管线3将反应器1 中反应后的水排出。
50.本技术的用于高含盐难降解有机废水的处理装置，通过在反应器中设置微波发生装置的电极5，电极5传送的微波能量能够使其周围的液体迅速汽化，产生气泡，同时产生的强场作用力将气泡击穿，从而在电极5 尖端周围产生等离子体(或叫放电生等离子体)，等离子体含大量高能电子、自由基、离子等，而高能电子可以与有机污染物直接发生碰撞，使污染物活化处于激发态，甚至直接降解；此外，高能电子碰撞产生的活性物质可以直接氧化降解有机污染物；进一步，除高能电子碰撞引发的活性物质外，放电还伴随产生紫外辐射、高温热解、超声波等效应，这些效应有利于降解有机污染物。
51.综上，本技术的放电等离子体利用放电产生的理化效应，共同作用于有机废水中的污染物，从而实现在高含盐环境下有机物降解以及将难生物降解的有机物转化为容易微生物降解的有机物，即提高出水 bod5/cod值，以提高后续微生物处理单元的处理效率。
52.并且，本技术通过在每个电极5的周围分布多个布水管出水口，使得电极5周围的有机废水分布更均匀，从而进一步提高等离子体产生效率以及有机废水处理效率。
53.进一步，如图6所示，本技术的用于高含盐难降解有机废水的处理装置中，反应器1还可以包括穿孔管14。
54.具体的，是在每个布水管出水口13中连通(固定方式可以采用螺纹连接、过盈配合等方式)一根穿孔管14；其中，穿孔管14与布水管出水口13连通的一端设置为开口端，相对的另一端设置为密封端，并且在穿孔管14的管壁上开设有多个出水孔15；另外，参见图6所示，对于分布在任意一个电极安装孔周围的多个穿孔管14，首先是所有穿孔管14均与电极安装孔内的电极5平行，并且，为便于布置且使得处理效果更佳，此处限定所有穿孔管14和电极5均垂直于底板101；其次，所有穿孔管14的出水孔15均朝向(正对)该电极5，从而又能够进一步提高电极5周围的有机废水分布的均匀性，最终使得等离子体产生效率以及有机废水处理效率更高。
55.可以理解的是，每根穿孔管14的长度，以及其包括的出水孔15的数量、出水孔15排布方式以及每个出水孔15的孔径，均可以根据具体需求进行适合的设置；如图6所示，首先是穿孔管14的轴向高度大于电极5的轴向高度，约为电极5的轴向高度两倍；另外，每个穿孔管14中出水孔15 的数量为6个，沿轴向均匀排布，并且每个出水孔15的孔径为5-10mm；通过
穿孔管14及其出水孔15的设置方式，使得有机废水能够由下至上通过穿孔管，并依次通过出水孔15达到电极5尖端，从而进一步保证高含盐有机废水均匀与电极5充分接触。
56.进一步，本技术的用于高含盐难降解有机废水的处理装置中，任意一个电极安装孔的周围的多个布水管出水口13的排布方式可以为多种，例如在对应电极安装孔在周围呈队列排布或呈正多边形排布等；如图5所示，在本技术中，为进一步使得对应电极5周围的有机废水分布更均匀，多个布水管出水口13是在以对应电极安装孔为圆心的同心圆上均匀分布，并且，该同心圆距离对应圆心的距离设置为5-10cm。
57.同样，对于电极安装孔(即同时包括对应的电极5)的数量，可以根据反应器1容纳有机废水(或规定时间内有机废水处理量)的大小而进行适合的设置；而当电极安装孔的数量为多个时，多个电极安装孔的排布方式也可以进行适合的选择；参见图5所示，在本技术中，是在圆形(也可以是其他形状)底板101上，先将其中一个电极安装孔设置在底板101 的圆心处，再将其余电极安装孔均匀分布该圆心的同心圆上，这样布置方式能够使得电极5产生的强氧化活性粒子更加均匀，有效避免了处理过程中的短路现象。
58.进一步，本技术的用于高含盐难降解有机废水的处理装置中，反应器1还包括排气孔、真空泵8以及反应器排水口。
59.如图1所示，排气孔是贯穿开设在壳体顶部(也可以是其他位置，在顶部是排气效果最佳的位置)，真空泵8通过排气管线7连通至排气孔；这样的排气结构，一方面是能够将反应器1中反应产生的气体及时排出，另一方面，能够通过真空泵8降低反应器1中气相压力，从而有利于反应器1中气泡以及等离子体的产生，以增强反应效率。
60.反应器排水口是贯穿设置在壳体上靠近底板101的位置(同样，也可以是其他位置)，并与位于壳体外侧的出水管线3连通排空管线4连通，当有机废水处理结束后，能够通过排空管线4对反应器1内腔中的残留液体进行排空。
61.第二方面，本技术还公开了一种用于高含盐难降解有机废水的处理方法，是采用上述第一方面中任一项所述的处理装置完成以下步骤：
62.s101、控制高含盐难降解有机废水从进水主管线2流入布水管线12，再从布水管线12的多个布水管出水口13流入反应器1壳体的内腔中，多个布水管出水口13流出的高含盐难降解有机废水能够均布在对应电极5的周围。
63.可以理解的是，当布水管出水口13还设置有穿孔管14，以及穿孔管 14上设置出水孔15时，有机废水是依次流经布水管出水口13、穿孔管14 以及出水孔15后在电极5周围均匀布水。
64.s102、同时调节微波发生装置的输出功率，微波能量通过波导组件9，同轴电缆6从电极5注入反应器1中有机废水里，使电极5周围的液体迅速汽化，产生气泡，同时产生的强场作用力将气泡击穿，在电极5尖端周围产生等离子体，使电极5周围液相中产生大量的活性粒子，例如臭氧、游离氧、羟基自由基等，从而氧化降解废水中的有机污染物。
65.下面将以2个具体应用实例来对本技术的用于高含盐难降解有机废水的处理装置及处理方法做进一步说明。
66.应用实例1：
67.某制药园区产生的高浓度制药废水，其中cod含量为22900mg/l， tds的含量为57000mg/l，因此属于高含盐难生物降解有机废水。
68.采用本技术的处理装置的处理工艺及结果如下：
69.调节微波发生器功率，使输出功率达到200w，连续运行30min后，测得cod含量为5250mg/l，其中，cod去除效率为77.07％。
70.进一步，参见下表1所示，是将相同比例成分的高含盐难生物降解有机废水采用传统湿式氧化处理的结果；通过对比可以看出，采用本技术处理装置及处理工艺后的cod去除效果，接近于湿式氧化处理方法中温度为250
°
、压力为4.2mpa的处理结果；但需要强调的是，本技术处理装置的处理工艺只需要在常温常压下进行，而湿式氧化处理方法中，就算是最低档温度要求(180
°
)也远远高于本技术的处理工艺环境温度，并且在该最档低温度情况下，cod去除率只能达到34.14，远远不如本技术的常温条件下的处理效果。
71.表1湿式氧化处理结果
[0072][0073]
应用实例2：
[0074]
某化工园区产生的化工废水，其中cod含量为17000mg/l，tds的含量为98000mg/l，cl-含量为11300mg/l，因此属于高含盐难生物降解有机废水，且氯离子含量高，处理难度大。
[0075]
采用本技术的处理装置的处理工艺及结果如下：
[0076]
调节微波发生器功率，使输出功率达到500w，运连续运行30min后，测得cod为2150mg/l，其中，cod去除率为87.35％。
[0077]
进一步，参见下表2所示，是将相同比例成分的高含盐难生物降解有机废水采用传统湿式氧化处理的结果；通过对比可以看出，采用本技术处理装置及处理工艺后的cod去除效果，接近于湿式氧化处理方法中温度为250
°
、压力为4.2mpa的处理结果；但同样需要强调的是，本技术处理装置的处理工艺只需要在常温常压下进行；并且，对湿式氧化的设备，特别是在高温情况下，有机废水中高含量的氯离子对湿式氧化的设备造成非常严重的腐蚀，而采用本技术的处理装置就可以避免这种腐蚀问题。
[0078]
通过上述两个应用实例可知，本技术的用于高含盐难降解有机废水的处理装置及处理方法，对处理环境要求更低，提高了安全性能的同时还降低处理成本，另外，同等环境条件下本技术的处理装置方法的处理效率更高，适用性更强。
[0079]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。