CN101074127A - 一种无极放电液体处理方法及处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无极放电液体处理方法及处理装置，采用高压脉冲或直流，使板式电极(7)、板式电极(8)在液相、气液相或气液混相中放电实现高电压放电等离子体，用带小孔(13)的耐热绝缘板(14)将电场集中到局部，使局部电场达到足够高，实现等离子体放电，产生冲击波、紫外线和各种活性自由基，可有效地去除各种污染物质。本发明有效地将实际电极与放电电极分离，且放电电极采用耐热绝缘材料，解决了放电时电极溶化问题和高电导率效率下降问题。
Description
技术领域
本发明属于低温等离子体技术和水处理技术领域，涉及一种高压脉冲放电等离子体处理废水的方法及装置。
背景技术
随着污染日趋严重，水环境质量恶化趋势进一步发展，使得传统水处理方法受到更严峻的挑战，特别是用传统化学-生物学难以解决的诸多水环境污染问题，如脱磷、脱氮、脱臭、脱色、杀菌、微量污染物二恶英等的除去。目前，用脉冲放电等离子体技术结合紫外光生成的高活性化学自由基进行化学反应来进行污水处理，变得十分重要。
液体中放电污水处理技术，是利用浸于水中的高电压2～240kV、大电流数十千安的脉冲放电产生的等离子体、自由基、紫外辐射，以及等离子体通道刚性条件下迅速膨胀产生的冲击波对有机化合物作用，打断链结构，最终产生CO2与H2O等简单分子，使废水完全无害化。强脉冲放电所产生的等离子体具有高密度储存能和高膨胀效应，能形成强烈的热能、膨胀压力热能、光能、声能及辐射能力，进而在水中产生各种游离基，这些活性游离基可以破坏工业废水中的有害成份，使工业废水完全无害化。
用高压大电流脉冲放电技术处理染料废水，可有效破坏染料发色基团，使染料溶液基本脱色，破坏了染料分子，提高了溶液的可生物降解性，是一种有前景的染料处理新方法。高压脉冲放电水处理在降解各种难处理工业废水、有机农药、特种有害物质等方面，发挥更大的作用。
如图1所示，其为现有的高压脉冲液相放电水处理装置中电场分布示意图。该装置是将板式电极1与针式电极2插入绝缘箱3中，板式电极1用电极支架4固定于绝缘箱3内，绝缘箱3设有进水口5和出水口6，污水从进水口5通入绝缘箱3内，在两电极间施加高压脉冲电压，使板式电极1与针式电极2之间发生液相放电，其电场分布如图1所示。液相放电产生的等离子体，能够产生活性物质、紫外线和冲击波，有效除去污水中的污染物。
尽管高压脉冲放电水处理方法具有很好的效果和广阔的应用前景，但是，由于现有的这种装置中放电电极的局部高温会使电极消耗过快，溶解的电极会引起水体再次污染；除此之外，还存在着高电导率时放电困难、效果下降的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种无极放电液体处理方法及处理装置，能够解决放电时电极溶化问题和高电导率效率下降问题，有效地除去工业废水中的各种污染物质。
为达上述目的，本发明的技术方案如下：
一种无极放电液体处理方法，包括如下步骤：将板式电极7、板式电极8分别用电极支架9、电极支架10固定于放电容器11的两端，电极支架9、电极支架10分别连接于高压脉冲电源12的两输出端，用设有小孔13的绝缘板14将放电容器11分隔成上部放电区15、下部放电区16，通过高压脉冲电源12在板式电极7、板式电极8之间施加峰值电压为2～60kV、频率为1～10kHz的脉冲电压，先通过气体入口19向下部放电区16内通入气体，使下部放电区16内产生气相放电作用，再通过液体入口17向上部放电区15内通入废水，使上部放电区15内产生液相放电作用，废水经过气相放电和液相放电的共同作用后得到净化，进而从液体出口18排出放电容器11。
一种无极放电液体处理方法，包括如下步骤：将板式电极7、板式电极8分别用电极支架9、电极支架10固定于放电容器11的两端，电极支架9、电极支架10分别连接于高压脉冲电源12的两输出端，用设有小孔13的绝缘板14将放电容器11分隔成上部放电区15、下部放电区16，通过高压脉冲电源12在板式电极7、板式电极8之间施加峰值电压为2～60kV、频率为1～10kHz的脉冲电压，先通过液体入口21向下部放电区16内通入废水，使下部放电区16内产生液相放电作用，在废水经小孔13进入上部放电区15内时，再通过气体入口19向下部放电区16内通入气体，使下部放电区16在小孔13附近产生气液混合放电作用，废水经过液相放电和气液混合放电的共同作用后得到净化，进而从液体出口18排出放电容器11。
一种无极放电液体处理装置，该装置由板式电极7、板式电极8、电极支架9、电极支架10、放电容器11、高压脉冲电源12、设有一个或多个小孔13的绝缘板14、液体入口17、液体出口18、气体入口19、阀门20和液体入口21组成，板式电极7、板式电极8分别由电极支架9、电极支架10固定于放电容器11的上下两端，电极支架9、电极支架10分别连接于高压脉冲电源12的两个输出端，绝缘板14将放电容器11分隔成上部放电区15和下部放电区16两部分，液体入口17和液体出口18设于放电容器11的上部放电区15内，气体入口19和液体入口21设于放电容器11的下部放电区16内，气体入口19处设有阀门20。
所述的放电容器11为绝缘箱或绝缘筒；所述的小孔13的直径为0.5～3mm。
一种无极放电液体处理方法，包括如下步骤：将板式电极7、板式电极8分别用电极支架9、电极支架10固定于放电容器11的两端，电极支架9、电极支架10分别连接于高压脉冲电源12的两输出端，用设有小孔13的绝缘板14将放电容器11分隔成上部放电区15、下部放电区16，通过高压脉冲电源12在板式电极7、板式电极8之间施加峰值电压为2～60kV、频率为1～10kHz的脉冲电压，通过液体入口21向下部放电区16内通入废水，废水经小孔13流入上部放电区15，使上部放电区15、下部放电区16内都产生液相放电作用，废水经过液相放电作用后得到净化，进而从液体出口18排出放电容器11。
本发明的有益效果在于：利用高压脉冲或直流，在狭窄部位将局部电场集中加强，使局部电场达到足够高，在狭窄部位实现等离子体放电，本发明在两电极间插入耐热绝缘材料，有效地将实际电极与放电电极分离，解决了放电时电极溶化问题，并实现液体和气体中的同时放电，有效地提高了活性粒子的产生几率，提高了有机污染物的去除效率，对高电导率液体的处理仍然有效。
附图说明
图1是现有的高压脉冲液相放电水处理装置中电场分布示意图。
图2是本发明的一种无极放电液体处理装置中电场分布示意图。
图3是本发明一实施例的一种无极放电液体处理装置示意图。
图4是本发明另一实施例的一种无极放电液体处理装置示意图。
图中：1、板式电极，2、针式电极，3、绝缘箱，4、电极支架，5、进水口，6、出水口，7、板式电极，8、板式电极，9、电极支架，10、电极支架，11、放电容器，12、高压脉冲电源，13、小孔，14、绝缘板，15、上部放电区，16、下部放电区，17、液体入口，18、液体出口，19、气体入口，20、阀门，21、液体入口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
如图2和图3所示，用于废水处理的无电极放电脉冲等离子体液气放电装置，包括高压脉冲电源12、板式电极7、板式电极8、电极支架9、电极支架10和具有绝缘板14的放电容器11。放电容器11为绝缘箱，该绝缘箱为直径45mm的圆筒，绝缘板14为陶瓷板，电极支架9、电极支架10为两个金属杆，直径为40mm的板式电极7和板式电极8通过所述的两个金属杆水平固定于绝缘箱内的绝缘板14的上方和下方。绝缘板14上开有一个或多个0.5～3mm的小孔13，绝缘板14将绝缘箱分隔成上部放电区15和下部放电区16两部分。绝缘箱在上部放电区15内设有一液体入口17和一液体出口18，在下部放电区16内设有一气体入口19。
板式电极7、板式电极8分别通过电极支架9、电极支架10连接于高压脉冲电源12的正负输出端，在两电极之间施加的脉冲电源参数为：峰值电压2～60kV，频率1～10kHz，上升前沿≤100ns。在高压脉冲电压的作用下，放电容器11内形成的电场分布如图2所示，在狭窄部位将局部电场集中加强，使局部电场达到足够高，在狭窄部位实现等离子体放电。
处理液体废水时，先从气体入口19向下部放电区16通入气体，再从液体入口17向上部放电区15通入液体废水。在上部放电区15液相放电形成的液相放电等离子体能产生大量的各种活性物质、紫外线、冲击波，经下部放电区16气相放电形成的活性物质通过小孔13进入液体废水中，通过这些活性物质、紫外线、冲击波效应的联合作用，能够更加有效的去除废水中的各种污染物，在很大程度上提高了废水处理的效率。
如图4所示，其为本发明另一实施例的一种无极放电液体处理装置示意图。该装置与图3所示装置的区别在于，放电容器11在上部放电区15内设有一液体出口18，在下部放电区16内设有一气体入口19和一液体入口21。
图4所示的装置在处理液体废水时，有两种实施例：
一种实施例是：先从液体入口21向下部放电区16通入液体废水，使废水通过绝缘板14上的小孔13进入上部放电区15，再打开阀门20从气体入口19向下放电区16通入气体。气体经下部放电区16在小孔13附近形成气泡，气泡内形成的放电向两侧的上部放电区15和下部放电区16扩展，形成气液放电共存的现象，气液混合体经过小孔13进入上部放电区15。经气液混合放电区放电形成的活性物质通过小孔13进入上部放电区15的液体废水中，同时在上部放电区15液相放电形成的液相放电等离子体能产生大量的各种活性物质、紫外线、冲击波，通过这些活性物质、紫外线、冲击波效应的联合作用，能够更加有效的去除废水中的各种污染物，活性物质通过小孔13进入液体废水中，在很大程度上提高了废水处理的效率。
另一种实施例是：只从液体入口21向下部放电区16通入液体废水，阀门20始终保持关闭状态，即气体流量始终为零。废水经过小孔13流入上部放电区15，在两放电区内产生液相放电，由液相放电形成的液相放电等离子体能产生大量的各种活性物质、紫外线、冲击波，通过这些活性物质、紫外线、冲击波效应的联合作用，能够更加有效的去除废水中的各种污染物。
下表分别是利用本发明图3、图4装置处理废水的实验结果与利用现有技术图1装置处理废水的实验结果：
| 放电装置 | 污染物 | 初浓度(mg/L) | 电导率(mS/cm) | 时间(min) | 脱除率(％) |
| 图1 | 苯酚 | 50 | 0.140.8 | 30 | 95.610.5 |
| 图3 | 甲基橙 | 30 | 0.140.8 | 30 | 98.895.2 |
| 图4 | 苯酚 | 50 | 0.140.8 | 30 | 10098.3 |
通过上表的比较，可以看出，本发明利用高压脉冲或直流，在狭窄部位将局部电场集中加强，使局部电场达到足够高，在狭窄部位实现等离子体放电，在两电极间插入耐热绝缘材料，有效地将实际电极与放电电极分离，解决了放电时电极溶化问题，并实现液体和气体中的同时放电，有效地提高了活性粒子的产生几率，提高了有机污染物的去除效率，对高电导率液体的处理仍然有效。
Claims (6)
1、一种无极放电液体处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将板式电极(7)、板式电极(8)分别用电极支架(9)、电极支架(10)固定于放电容器(11)的两端，电极支架(9)、电极支架(10)分别连接于高压脉冲电源(12)的两输出端，用设有小孔(13)的绝缘板(14)将放电容器(11)分隔成上部放电区(15)、下部放电区(16)，通过高压脉冲电源(12)在板式电极(7)、板式电极(8)之间施加峰值电压为2～60kV、频率为1～10kHz的脉冲电压，先通过气体入口(19)向下部放电区(16)内通入气体，使下部放电区(16)内产生气相放电作用，再通过液体入口(17)向上部放电区(15)内通入废水，使上部放电区(15)内产生液相放电作用，废水经过气相放电和液相放电的共同作用后得到净化，进而从液体出口(18)排出放电容器(11)。
2、一种无极放电液体处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将板式电极(7)、板式电极(8)分别用电极支架(9)、电极支架(10)固定于放电容器(11)的两端，电极支架(9)、电极支架(10)分别连接于高压脉冲电源(12)的两输出端，用设有小孔(13)的绝缘板(14)将放电容器(11)分隔成上部放电区(15)、下部放电区(16)，通过高压脉冲电源(12)在板式电极(7)、板式电极(8)之间施加峰值电压为2～60kV、频率为1～10kHz的脉冲电压，先通过液体入口(21)向下部放电区(16)内通入废水，使下部放电区(16)内产生液相放电作用，在废水经小孔(13)进入上部放电区(15)内时，再通过气体入口(19)向下部放电区(16)内通入气体，使下部放电区(16)在小孔(13)附近产生气液混合放电作用，废水经过液相放电和气液混合放电的共同作用后得到净化，进而从液体出口(18)排出放电容器(11)。
3、一种无极放电液体处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将板式电极(7)、板式电极(8)分别用电极支架(9)、电极支架(10)固定于放电容器(11)的两端，电极支架(9)、电极支架(10)分别连接于高压脉冲电源(12)的两输出端，用设有小孔(13)的绝缘板(14)将放电容器(11)分隔成上部放电区(15)、下部放电区(16)，通过高压脉冲电源(12)在板式电极(7)、板式电极(8)之间施加峰值电压为2～60kV、频率为1～10kHz的脉冲电压，通过液体入口(21)向下部放电区(16)内通入废水，废水经小孔(13)流入上部放电区(15)，使上部放电区(15)、下部放电区(16)内都产生液相放电作用，废水经过液相放电作用后得到净化，进而从液体出口(18)排出放电容器(11)。
4、应用如权利要求1、2或3所述的一种无极放电液体处理方法的装置，其特征在于，该装置由板式电极(7)、板式电极(8)、电极支架(9)、电极支架(10)、放电容器(11)、高压脉冲电源(12)、设有一个或多个小孔(13)的绝缘板(14)、液体入口(17)、液体出口(18)、气体入口(19)、阀门(20)和液体入口(21)组成，板式电极(7)、板式电极(8)分别由电极支架(9)、电极支架(10)固定于放电容器(11)的上下两端，电极支架(9)、电极支架(10)分别连接于高压脉冲电源(12)的两个输出端，绝缘板(14)将放电容器(11)分隔成上部放电区(15)和下部放电区(16)两部分，液体入口(17)和液体出口(18)设于放电容器(11)的上部放电区(15)内，气体入口(19)和液体入口(21)设于放电容器(11)的下部放电区(16)内，气体入口(19)处设有阀门(20)。
5、如权利要求4所述的一种无极放电液体处理装置，其特征在于，所述的放电容器(11)为绝缘箱或绝缘筒。
6、如权利要求4所述的一种无极放电液体处理装置，其特征在于，所述的小孔(13)的直径为0.5～3mm。
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