CN101434428B - 用于水处理的液体电极沿面放电等离子体反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于水处理的液体电极沿面放电等离子体反应器，由盛水槽、放电电极系统和废水区域组成，放电电极系统放置于盛水槽的中央，废水存在于放电电极系统的绝缘介质管周围，放电电极系统与交流高压电源的高压端子连接，废水作为液体电极与电源的低压端子连接，或者液体电极与电源的低压端子同时与地线连接，曝气气体从放电电极系统的绝缘介质管上端口进入，从下端口的曝气头喷出进入废水。当电源供电时，在介质管内壁上产生沿面放电等离子体，曝气气体通过时生成活性物质，活性物质降解水中污染物处理水；本发明的有益效果是，结构简单，水处理效果高，一次性投资少，运行费用低。

Description

用于水处理的液体电极沿面放电等离子体反应器

技术领域

本发明涉及一种用于水处理的放电等离子体反应器，具体涉及用于水处理的液体电极沿面放电等离子体反应器。

背景技术

大气压下放电等离子体可产生一些氧化活性很强的物质，如羟基自由基OH、臭氧O₃和原子氧O等，能够对传统方法如生化法、化学法和物理法难处理废水进行有效处理，尤其是毒性有机废水、印染废水和菌藻。目前，放电等离子体水处理反应器，主要有三种形式，即纯液相放电等离子体、气液两相混合的放电等离子体和水面上方的气相放电等离子体反应器。液相和气液两相混合的放电等离子体反应器，由于被处理水体存在于电极之间，水体的电导率导电性能对放电等离子体状态和活性物质生成有很大的影响，尤其是对高电导率导电性好的水体处理效果差，而且，由于放电电极在水中，电极腐蚀问题影响放电等离子体运行状态和处理效果，同时也影响反应器的运行寿命。水面上方放电等离子体反应器，虽然放电是在气相环境中发生，受水体电导率影响小，但是放电等离子体产生的活性物质向被处理水体中扩散效率和作用水体的厚度都受到限制，影响水处理效果。虽然，水中介质阻挡放电等离子体反应器可以克服水体电导率影响，但是，水中介质阻挡放电等离子体发生、活性物质产生和水处理效率还是存在一些缺点。臭氧发生器自研制成功以来，已在水处理领域成熟应用，但是，由于臭氧生成反应过程是放热反应，导致臭氧发生器在工作过程中温度升高，减少臭氧的产生量，因此臭氧发生器设计时必须有冷却系统以控制温度，从而造成臭氧发生器的设备成本和运行成本增加。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于水处理的液体电极沿面放电等离子体反应器，该反应器具有结构简单，水处理效果高，一次性投资少，运行费用低等优点。

本发明的技术方案是，用于水处理的液体电极沿面放电等离子体反应器，由盛水槽、放电电极系统和废水区域组成，盛水槽中央是放电电极系统，放电电极系统的绝缘介质管周围是被处理的废水，其中盛水槽是金属、有机材料和钢筋混凝土材料制成，放电电极系统内部的高压放电电极与交流高压电源的高压端子连接，废水作为液体电极与交流高压电源的低压端子连接，或者废水的液体电极和交流高压电源的低压端子同时与接地线连接构成回路。放电电极系统是由多根内部安装高压放电电极的绝缘介质管并联安装在框架上，高压放电电极采用螺线管形状金属丝带、金属网孔或者梳状金属带等结构内衬在绝缘介质管内壁上，要求紧密接触；在盛水槽内壁上安装接线端子，形状可以设计成球体、平板或者环形带，废水通过接线端子和导线与交流高压电源的低压端子相连，交流高压电源的接地端与地线相连，或者盛水槽的接线端子与地线相连，交流高压电源的低压端子与地线相连构成回路；绝缘介质管采用陶瓷、石英玻璃或云母等绝缘性好的材料，绝缘介质管上端口是曝气气体入口，下端口连接曝气头，曝气气体从入口进入到绝缘介质管内部，从曝气头喷出。当在高压放电电极和液体电极之间施加交流高压时，在绝缘介质管内壁上产生沿面放电等离子体，曝气气体先经过沿面放电等离子体区域作用，生成活性物质混入曝气气体中，使曝气气体转变成活性气体，然后活性气体再经过曝气头喷出进入盛水槽的被处理废水中，氧化降解水中的有机物和菌藻，实现水处理；沿面放电等离子体伴随强的放电流光产生，流光中含有紫外和可见区域的光，当绝缘介质管采用透光性能高的材料时，如石英玻璃，绝缘介质管内壁上沿面放电等离子体的流光辐射到盛水槽的被处理废水，沿面放电等离子体流光作为光源，诱发光解和光催化反应过程，提高水处理效果。

本发明的有益效果是，结构简单，水处理效果高，一次性投资少，运行费用低。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1是本发明的用于水处理的液体电极沿面放电等离子体水处理反应器结构示意图。

图2是本发明的反应器的螺线管状高压放电电极的放电电极系统示意图。

图3是本发明的反应器的网孔状高压放电电极的放电电极系统示意图。

图4是本发明的反应器的梳状高压放电电极的放电电极系统示意图。

图5是本发明的实施例的水处理系统示意图。

图中：1、放电电极系统，2、高压放电电极，3、绝缘介质管，4、盛水槽，5、绝缘子，6、接线端子，7、气体均流板，8、曝气头，9、高压电缆，10、气体入口，11、鼓风机，12、管路，13、气相区域，14、废水区域。

具体实施方式

如附图所示：本发明主要有由盛水槽4、放电电极系统1和废水区域14组成，放电电极系统1放置于盛水槽4的中央。放电电极系统1由多根内衬高压放电电极2的绝缘介质管3并联构成，高压放电电极2采用螺线管状金属丝金属带、金属网或者梳状金属带等结构紧密安装在绝缘介质管3的内壁上，绝缘介质管3采用绝缘强度高的陶瓷材料、石英玻璃或云母，在每根绝缘介质管3上端口处安装绝缘子5，绝缘子5上有气体进口和高压电缆9引出口，下端口连接曝气头8，高压电缆9一端连接高压放电电极2，另一端与交流高压电源的高压端子相连，所有的绝缘介质管安装在放电电极系统的框架上；放电电极系统1安装在盛水槽4中央，安装方式可采用固定式安装和垂直升降式安装，盛水槽4内壁上安装接线端子6，接线端子6的形状可以是球体、平板或者环形带，接线端子6是不锈钢等金属材料，废水充满于放电电极系统1周围，并通过接线端子6和导线与交流高压电源的低压端子相连，或者接线端子6和交流高压电源的低压端子同时与接地线相连，盛水槽4的材料可以是金属、有机材料和钢筋混凝土；反应器整体分为两个空间区域，即绝缘介质管3内部的气体区域13和绝缘介质管3外部的废水区域14，气体区域也是沿面放电等离子体区域，而液体区域除了起到液体电极作用以外，还能够控制绝缘介质管温度，使放电产生活性物质生成量稳定；曝气的气体由鼓风机产生进入气体入口10，经过气体均流板7进入每根绝缘介质管3气体入口，最后从曝气头7排出进入废水2中；当在放电电极系统1的高压放电电极2和盛水槽4内壁上的接线端子6之间施加交流高压时，在绝缘介质管3的内壁上产生沿面放电等离子体，曝气的气体通过等离子体时产生臭氧、原子氧等活性物质，转变成活性气体从曝气头8喷出进入废水中，活性物质和废水中有机物和细菌、藻类等物质发生物理化学反应，处理废水，排出的废气可以通过管路收集二次利用。同时，沿面放电等离子体伴随放电流光产生，当绝缘介质管3采用透光性能高的材料时，如石英玻璃，绝缘介质管3内壁上沿面放电等离子体的流光可以辐射到被处理废水，沿面放电等离子体流光作为光源，诱发光解和光催化反应过程，提高水处理效果。

由于本发明的放电电极系统1是工作气相状态，换句话说就是绝缘介质管3内部必须保证气相环境，因此本发明反应器的运行程序根据放电电极系统1安装在盛水槽4中方式不同有两种：

当放电电极系统1是固定安装在盛水槽4中时，开机程序是首先曝气气体由鼓风机产生，进入放电电极系统1的气体入口10通过气体均流板7分别进入每根绝缘介质管3，从曝气头8排出，第二步向盛水槽4内部进水，待水位达到规定的高度，第三步让交流高压电源给反应器供电，调节电压输出到反应器正常工作状态，用句简单话表示开机流程就是曝气-布水-加电；停机程序是首先停止高压电源给放电电极系统1供电，然后将盛水槽4中水排出，最后鼓风机停止供气，以待下次工作，用句简单话表示停机流程就是停电-排水-停气-待机。

当放电电极系统1采用垂直升降方式安装盛水槽4中时，开机程序是首先将盛水槽4布水到规定高度，第二步鼓风机给放电电极系统1鼓气，第三步通过升降机将放电电极系统1放置于盛水槽4的废水中，最后让交流高压电源给放电电极系统1供电，调节电压输出到反应器正常工作状态，用句简单话表示开机流程就是布水-曝气-降机-加电；停机程序是首先是停止高压电源给放电电极系统1供电，然后通过升降机将放电电极系统1从盛水槽4提升到规定位置原位，第三步，鼓风机停止给放电电极系统1供气，最后排放盛水槽4中的废水，以待下次工作，用句简单话表示停机流程就是停电-提机-停气-排水-待机。

反应器运行可采用间歇式或连续式运行。所谓间歇式就是反应器进水完成后，反应器运行，达到运行标准后排水，进行下次水处理。所谓连续式就是废水在反应器连续通过，调整流量，保证出水达到要求。下面给出本发明的一个实施例：

本发明实施例中的反应器如图3所示，放电电极系统1是一个单管的绝缘介质管3，绝缘介质管的内径30mm，外径35mm，有效放电长度为400mm，高压放电电极2是在绝缘介质管3内壁上安装直径1.25mm细的不锈钢丝，绕成螺距为20mm的螺线管形状，高压放电电极2通过高压电缆和交流高压电源的高压端子连接；绝缘介质管3下端口直接连接曝气头；盛水槽4采用有机玻璃管，内径80mm，外径90mm，长740mm，在盛水槽内壁上安装不锈钢圆环作为接线端子6，废水通过接线端子6和交流高压电源的低压端子连接；空气为曝气气体，由鼓风机产气，通过管路进入绝缘介质管3从曝气头排出进入废水中。应用本发明实例的反应器处理实验室配制的阳离子红染料废水，当废水浓度为13.3mg/L，色度约200，水量为1.5L，交流高压电源输出电压为6.5kV，频率为7kHZ，功率为60W，反应器运行16分钟，废水的脱色率接近100％，色度降到约为0。

Claims (6)

1.用于水处理的液体电极沿面放电等离子体反应器，其特征在于，主要由盛水槽(4)、放电电极系统(1)和废水区域(14)组成，放电电极系统(1)放置于盛水槽(4)的中央，废水存在于放电电极系统(1)的绝缘介质管(3)周围，放电电极系统(1)由绝缘介质管(3)并联安装在框架上，高压放电电极(2)紧密安装在绝缘介质管(3)内壁上，并与高压电源的高压端子连接，废水作为液体电极与电源的低压端子连接，或者废水的液体电极和电源的低压端子同时与地线连接；绝缘介质管(3)内部是气体区域，曝气气体从放电电极系统(1)的绝缘介质管(3)上端口进入，从下端口的曝气头(8)喷出进入废水。

2.根据权利要求1所述的用于水处理的液体电极沿面放电等离子体反应器，其特征在于，所述的曝气气体先经过沿面放电等离子体区域，转变成活性气体，然后活性气体再经过曝气头(8)喷出进入废水，处理废水。

3.根据权利要求1或2所述的用于水处理的液体电极沿面放电等离子体反应器，其特征在于，所述的绝缘介质管(3)为陶瓷、石英玻璃或云母。

4.根据权利要求1所述的用于水处理的液体电极沿面放电等离子体反应器，其特征在于，所述的放电电极系统(1)的高压放电电极(2)采用螺线管状金属丝、金属网孔或者梳状金属带结构。

5.根据权利要求1所述的用于水处理的液体电极沿面放电等离子体反应器，其特征在于，所述的盛水槽由金属、有机材料或钢筋混凝土材料制成。

6.根据权利要求3所述的用于水处理的液体电极沿面放电等离子体反应器，其特征在于，绝缘介质管是透光性能高的石英玻璃介质时，沿面放电等离子体流光是光化学和光催化反应过程的光源。

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