本发明涉及水体净化
技术领域：
，特别涉及一种等离子体脱氮装置及其使用方法。
背景技术：
污染水体(水源)是指受到有机物、氨氮、磷、微生物、病毒等污染，其中，一些指标不满足地表水环境质量标准(gb3828－2002)标准的水体。污染水体的净化方法主要有物理法、化学法和生物法。但使用上述的任意一项方法都难以完全净化水体内各类污染物。为了加强水体污染物的去除效果，往往是两种或两种以上的方法组合使用，其中主流的污水处理方法和装置是生化法和生化处理装置。然而这些装置存在投资成本高、占地面积大的缺点。在各类水体污染物的净化过程中，总氮和氨氮的处理是水体净化的重点和难点。现有技术中深度脱氮的装置是曝气生物滤池和反硝化深床滤池，这些装置运行时需要外加炭源，还要不断曝气和反洗，运行费用高、建设成本高且占地面积大；此外，上述方法采用微生物除氮方法，对工作条件和水体质量要求苛刻，并且控制参数和工艺复杂。综上，亟需一种经济实用、安全可靠并简单易行的脱氮装置及其方法。技术实现要素：为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种等离子体脱氮装置及其使用方法。本发明通过以下技术方案来实现：本发明一方面提供一种等离子体脱氮装置，包括：等离子体机，包括等离子体发生器和脉冲电源，所述等离子体发生器内包括至少一组电极，用于产生等离子体，所述等离子体发生器的入口用于污水进入；脱氮池，包括壳体和设置在所述壳体内的脱氮区、净水区和污泥收集区，所述脱氮区和净水区相邻设置，所述污泥收集区设置在所述脱氮区的下方，所述脱氮区的侧壁上设有进水口，所述净水区的侧壁上设有出水口；所述脱氮区与净水区之间设有隔板，所述隔板上开设有过水口，所述脱氮区和净水区通过所述过水口连通，所述脱氮区底部设有污泥收集口，所述脱氮区与污泥收集区通过所述污泥收集口连通，所述污泥收集区的底部设有污泥排放口；所述脱氮区内设有布水器，用于将污水均匀分布于所述脱氮区内，所述布水器的输入口通过所述进水口与上述等离子体发生器的出口连通，所述布水器的输出口设置在所述脱氮区的底部。在一个具体实施方式中，还包括控制装置，用于获取和控制所述等离子体脱氮装置的运行状态，所述控制装置包括控制器、plc、传感器以及阀组。在一个具体实施方式中，所述隔板包括相邻设置的上开隔板和下开隔板，所述上开隔板邻接所述脱氮区，所述下开隔板邻接所述净水区，所述过水口包括上过水口和下过水口，所述上过水口设置在所述上开隔板的顶部，所述下过水口设置在所述下开隔板的底部，所述上开隔板和下开隔板之间的空间形成过水道。在一个具体实施方式中，所述脱氮区内填装有催化剂层，所述催化剂层的顶面低于所述上过水口的底端，所述催化剂层的底面高于所述布水器的输出口。可选地，所述催化剂层包括钯、镍、铑、铜和铁中的一种或几种；或包括钯、镍、铑、铜和铁的氧化物中的一种或几种。优选地，所述出水口处设有堰板，所述堰板与上述净水区的侧壁形成出水槽。可选地，所述电极为石墨、铁、铝、锌、铜、铅、镍及各种合金电极或贵金属氧化物涂层的惰性电极中的一种。在一个具体实施方式中，所述脱氮区内设有滤料层，所述滤料层的顶面位于所述上过水口的下方，所述滤料层的底面位于所述催化剂层的上方。优选地，所述滤料层包括颗粒状的石英砂。本发明另一方面提供一种等离子体脱氮装置使用方法，包括如下步骤：s1.水体由等离子体发生器入口进入并在通电条件下完成水体等离子体化处理，水体在等离子体发生器内的停留时间为1-10s，所述等离子体发生器的脉冲工作电压范围0.3～30kv，电流密度范围1～10ma/cm2，工作频率范围5～80khz；s2.上述s1中水体经等离子体发生器的出口输出，并通过布水器进入脱氮池进行脱氮反应10-30min，水体中污泥沉淀至脱氮池底部并排出，脱氮池上部的水体通过出水口排出；s3.判断上述s2中出水水质，出水直接排放或出水进入循环水路，重复步骤s1-s3。本发明的一种等离子体脱氮装置及其使用方法，具有如下有益效果：1.本发明的等离子体脱氮装置只包括等离子体机和脱氮池两部分，结构和净化工艺简单。2.本发明的等离子体脱氮装置占地面积小，每万吨占地仅30-50平方米，占地约为生化处理曝气生物池装置或反硝化深床滤池的十分之一，投资成本低，适应性强。3.本发明的等离子体脱氮装置控制参数少、需求条件简单，调控等离子体机的电压、电流密度、频率和停留时间即能实现不同污染水体的净化，且耗能小，运行成本低。4.本发明的等离子体脱氮装置运行时能够产生氧气，提高水体的溶解氧，出水能够溶解氧含量能够达到7mg/l以上，能够促进水体自净化，有效抑制藻类生长。5.本发明的等离子体脱氮装置脱氮的同时还能够净化水中的总磷、有机物、色度、cod和bod，水体总磷的去除率达到70～95％，出水总磷小于0.2mg/l，cod去除率20～60％，全面的改善污染水体的水质。附图说明为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1是本发明的一个具体实施方式的结构示意图。图2是本发明的另一个具体实施方式的结构示意图。图中：100-等离子体机，200-脱氮池，110-等离子体发生器，120-脉冲电源，210-脱氮区，220-净水区，230-污泥收集区，240-布水器，250-催化剂层，270-滤料层，211-进水口，221-出水口，222-堰板，223-出水槽，231-污泥排放口，261-上开隔板，262-下开隔板，263-上过水口，264-下过水口，265-过水道。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。参考说明书附图1-2，本发明提供一种等离子体脱氮装置，包括：等离子体机100，包括等离子体发生器110和脉冲电源120，所述等离子体发生器内包括至少一组电极，用于产生等离子体，所述等离子体发生器的入口用于污水进入；脱氮池200，包括壳体和设置在所述壳体内的脱氮区210、净水区220和污泥收集区230，所述脱氮区210和净水区220相邻设置，所述污泥收集区230设置在所述脱氮区210的下方，所述脱氮区210的侧壁上设有进水口211，所述净水区220的侧壁上设有出水口221；所述脱氮区210与净水区220之间设有隔板，所述隔板上开设有过水口，所述脱氮区210和净水区220通过所述过水口连通，所述脱氮区210底部设有污泥收集口，所述脱氮区210与污泥收集区230通过所述污泥收集口连通，所述污泥收集区230的底部设有污泥排放口231；所述脱氮区210内设有布水器240，用于将污水均匀分布于所述脱氮区210内，所述布水器240的输入口通过所述进水口211与上述等离子体发生器110的出口连通，所述布水器240的输出口设置在所述脱氮区210的底部。上述等离子体发生器110产生的等离子体与水体中物质作用产生自由基，所述脉冲电源120的正极与所述等离子体发生器110的阳极连接板连接，所述阴极接线板与所述等离子体发生器110的阴极接线板连接。在一个具体实施方式中，所述等离子体发生器110入口与进水管连通，且进水管路中设有用于提供污水输入动力的提升泵；所述进水管路或等离子体机100的进水口211处还安装有流量传感器。上述壳体应至少能够耐受0.5mpa的压力；优选地，该壳体顶部采用密封圈和阀门密封。可选地，所述脱氮池200上部的形状为正方体、长方体或柱体。上述壳体包括外壳层和内保护层，在一个具体实施方式中，所述外壳层包括钢板层和/或混凝土层，所述内保护层为环氧沥青漆层。优选地，脱氮池200池底到池顶高度为5000～10000㎜。所述布水器240的输出口设置在距脱氮区210底面的800～2000mm的高度上。优选地，在脱氮池200顶部安装有压力传感器和安全阀。优选地，所述污泥排放口231连接有三通和污泥泵，所述污泥收集区230的宽度沿从上至下的方向逐渐减小。所述污泥收集区230与所述净水去之间设有隔离板。所述隔板包括相邻设置的上开隔板261和下开隔板262，所述上开隔板261邻接所述脱氮区210，所述下开隔板262邻接所述净水区220，所述过水口包括上过水口263和下过水口264，所述上过水口263设置在所述上开隔板261的顶部，所述下过水口264设置在所述下开隔板262的底部，所述上开隔板261和下开隔板262之间的空间形成过水道265。优选地，上开隔板261和下开隔板262的间距为50-300㎜，即过水道265的宽度为50-300㎜。所述脱氮区210内填装有催化剂层250，所述催化剂层250的顶面低于所述上过水口263的底端，所述催化剂层250的底面高于所述布水器240的输出口。所述催化剂层包括钯、镍、铑、铜和铁中的一种或几种；或包括钯、镍、铑、铜和铁的氧化物中的一种或几种。优选地，上述催化剂层250中的金属或金属氧化物的性状为纳米颗粒。在一个具体实施方式中，所述催化剂层250是整体填装为一层；在另一个实施方式中，所述催化剂层250包括多个的分层，相邻的分层之间具有间隙。优选地，该催化剂层250填装于距离脱氮区210底面1500～5000㎜的高度，催化剂的总填装厚度为500～3000㎜。所述脱氮区210内设有滤料层270，所述滤料层270的顶面位于所述上过水口263的下方，所述滤料层270的底面位于所述催化剂层250的上方。所述滤料层270包括颗粒状的石英砂。所述出水口221处设有堰板222，所述堰板222与上述净水区220的侧壁形成出水槽223。以使出水均质。优选地，上述出水口221设置在距净水区220顶壁下方300～600㎜的四周侧壁上，净水区220的侧壁上开设有至少一个出水口221。优选地，所述出水口221还连接有循环水管，该循环水管用于将脱氮池200的出水回流至收集池，并再次进入等离子体机100和脱氮池200净化，该循环水管的管路中还设置有循环水泵和三通阀门。优选地，所述脱氮区210内还设置有搅拌装置。所述电极为石墨、铁、铝、锌、铜、铅、镍及各种合金电极或贵金属氧化物涂层的惰性电极中的一种。所述等离子体脱氮装置还包括控制装置，用于获取和控制所述等离子体脱氮装置的运行状态，所述控制装置包括控制器、plc、传感器以及阀组。上述传感器包括电导率传感器、压力传感器、流量传感器、电位传感器、搅拌转速传感器、温度传感器、氯传感器、氢传感器、ph值传感器。优选地，脱氮池200内的工作水压为0.05～0.4mpa。作为更佳地，脱氮池200内的工作水压为0.1～0.3mpa。等离子体机100工作时产生大量的等离子体，等离子体与水体作用，产生大量活性很强的自由基，其中o·、oh·能与有机物分子反应生成水和二氧化碳；o·与nh3反应生成水和no3﹣；cl·和h·与no3﹣和氨氮反应生成n2和h2o。等离子作用产生的·h未及时反应的，生成氢气，形成大量的微气泡；等离子作用产生的·h与“no3﹣”和“no2﹣”反应生成n2，也形成大量的微气泡。随着这些氢气和氮气微气泡的上浮，会带出大量的固体悬浮物，达到固液分离的效果，形成气浮作用，辅助降低废水中的cod、色度、浊度等污染指数。同时，气浮作用下，部分固体物质上浮至脱氮区210内水体的上方，并被滤料层270阻挡在脱氮区210内。一种等离子体脱氮装置使用方法，包括如下步骤：s1.水体由等离子体发生器110入口进入并在通电条件下完成水体等离子体化处理，水体在等离子体发生器110内的停留时间为1-10s，所述等离子体发生器的脉冲工作电压范围0.3～30kv，电流密度范围1～10ma/cm2，工作频率范围5～80khz。s2.上述s1中水体经等离子体发生器110的出口输出，并通过布水器240进入脱氮池200进行脱氮反应10-30min，水体中污泥沉淀至脱氮池200底部并排出，脱氮池200上部的水体通过出水口221排出；s3.判断上述s2中出水水质，出水直接排放或出水进入循环水路，重复步骤s1-s3。本发明等离子体脱氮装置的净化原理：等离子体机100工作时产生大量的等离子体，等离子体与水体作用，产生大量活性自由基，包括o·，oh·，o·，cl·和h·。1、去除氨氮等离子体过程中产生的自由基o·与氨反应，生成硝酸根。nh3+o·—→no3﹣+h2onh4++o·—→n2↑+h2o2、去除总氮硝态氮的脱除机理是：等离子过程中产生的自由基h·与硝酸根在催化剂的反应，生成水和氮气。no2﹣+o·—→no3﹣no3﹣+h·—→no2﹣+h2ono2﹣+h·—→n2↑+h2o脱氮主反应此外，有机氮是植物、土壤和肥料中与碳结合的含氮物质的总称。如蛋白质、氨基酸、酰胺、尿素、杂环化合物等。在等离子体的作用下，经过开环断链，分解成氨态氮或者硝态氮。氨态氮或者硝态氮分别与cl·、o·、oh·、h·等自由基反应生成氮气和水。3、辅助去除总磷、cod、bod和增加溶解氧。因等离子体的作用，水体中大量的微生物细胞壁被击穿，细胞液流出，构成生物体的磷酸被自由基氧化成无机磷，水体中fe3+与po43﹣反应生成磷酸铁沉淀除去水体中的磷，通过吸附作用除去石油类、动植物油等有机物；fe3++po43﹣—→fepo4↓(除磷主反应)o·和ho·等自由基能快速氧化分解水体中的还原性物质(包括染料等有机物)，降低废水(污水)中20～60％的cod。rh有机物+o·—→co2↑+h2orh有机物+ho·—→co2↑+h2o·cl+h2o—→hclo—→o·+hcl等离子体撞击水分子，使水分子化学键断裂，产生氧气，使处理后的水体溶解氧大幅度增加；o·+o·—→o2↑实施例1某污染水体的脱氮的实施例，水体分段处理后，每段水体10000m3，水体长度2000m；对段内或区域内的水体的主要污染源进行排查，找准主要污染源，将主要污染源截污纳管至集水池内，并同时从水体下游取水至集水池内，用提升泵从集水池取水泵至等离子体发生器110内；等离子体发生器110的工作条件为：脉冲电压20kv，电流密度为8ma/cm2，频率40khz，水体等离子体机100中的停留时间为8s，等离子体处理后的水体流入脱氮池200进行脱氮处理，除去氨氮和总氮，水体在脱氮池200的停留时间为25min，脱氮后的水体输入水体的上游，重新进入等离子体发生器110，经过三次循环后，污染的水体净化成符合《地表水环境质量标准》gb3838-2002的水体。所述水体脱氮前后水质指标如表1。表1、某污染水体脱氮前后的水质指标实施例2某污染水体的脱氮的实施例，水体分段处理后，每段水体20000m3，水体面积100000m2；对段内或区域内的水体的主要污染源进行排查，找准主要污染源，将主要污染源截污纳管至集水池内，并同时从水体下游取水至集水池内，用提升泵从集水池取水泵至等离子体发生器110内；等离子体发生器110的工作条件为：脉冲电压0.3kv，电流密度为10ma/cm2，频率80khz，水体等离子体机100中的停留时间为10s，等离子体处理后的水体流入脱氮池200进行脱氮处理，除去氨氮和总氮，水体在脱氮池200的停留时间为20min，脱氮后的水体输入水体的上游，重新进入等离子体发生器110，经过两次循环后，污染的水体净化成符合《地表水环境质量标准》gb3838-2002的水体。所述水体脱氮前后水质指标如表2。表2、某污染水体脱氮前后的水质指标实施例3某污染水体的脱氮的实施例，污水输入等离子体发生器110内；等离子体发生器110的工作条件为：脉冲电压50kv，电流密度为1ma/cm2，频率80khz，水体等离子体机100中的停留时间为10s，等离子体处理后的水体流入脱氮池200进行脱氮处理，除去氨氮和总氮，水体在脱氮池200的停留时间为30min，脱氮后的水体输入水体的上游，重新进入等离子体发生器110，经过两次循环后，污染的水体净化成符合《地表水环境质量标准》gb3838-2002的水体。所述水体脱氮前后水质指标如表3。表3、某污水体脱氮前后的水质指标项目污水第一次循环第二次循环第三次循环感观发黑发臭微臭不臭无臭无味澄清的液体ph8.07.67.27.1溶解氧(mg/l)1.13.96.78.1cod(mg/l)42302215bod(mg/l)1783未检出氨氮(mg/l)6.21.70.60.1总磷(mg/l)2.30.40.20.1总氮(mg/l)11741色度(倍)18060101实施例4某污染水体的脱氮的实施例，水体分段处理后，每段水体15000m3，水体面积100000m2；对段内或区域内的水体的主要污染源进行排查，找准主要污染源，将主要污染源截污纳管至集水池内，并同时从水体下游取水至集水池内，用提升泵从集水池取水泵至等离子体发生器110内；等离子体发生器110的工作条件为：脉冲电压50kv，电流密度为5ma/cm2，频率5khz，水体等离子体机100中的停留时间为5s，等离子体处理后的水体流入脱氮池200进行脱氮处理，除去氨氮和总氮，水体在脱氮池200的停留时间为10min，脱氮后的水体输入水体的上游，重新进入等离子体发生器110，经过三次循环后，污染的水体净化成符合《地表水环境质量标准》gb3838-2002的水体。所述水体脱氮前后水质指标如表4。表4、某水体脱氮前后的水质指标项目污染水体第一次循环第二次循环第三次循环感观发黑发臭微臭不臭无臭无味澄清的液体溶解氧(mg/l)1.13.56.38.1cod(mg/l)35231915bod(mg/l)1295未检出氨氮(mg/l)2.30.90.30.1总磷(mg/l)9.50.70.20.1总氮(mg/l)13831.0实施例5污染水体输入等离子体发生器110内；等离子体发生器110的工作条件为：脉冲电压50kv，电流密度为1ma/cm2，频率80khz，水体等离子体机100中的停留时间为1s，等离子体处理后的水体流入脱氮池200进行脱氮处理，除去氨氮和总氮，水体在脱氮池200的停留时间为10min，脱氮后的水体输入水体的上游，重新进入等离子体发生器110，经过三次循环后，污染的水体净化成符合《地表水环境质量标准》gb3838-2002的水体。所述水体脱氮前后水质指标如表5。表5、某污染水体脱氮前后的水质指标上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。当前第1页12