CN102491446B - 光纤微等离子体液体处理工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤微等离子体液体处理工艺及装置，借助光纤管均匀排列并在其内通气，利用大气压放电在微孔光纤管口或端头产生等离子体，所述等离子体面积可微控，并具有良好等离子体与处理材料接触面积，可明显提高处理效果，大大提高能量利用率。利用这种使用光纤约束放电气体实现大气压下在液体中产生微等离子体来对被污染的液体样品进行处理，具有其独特的优势：气体利用率高，放电方式简单，无需复杂的真空设备，设备成本低，杀菌效率高，能量消耗低。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体液体处理装置及工艺，尤其涉及光纤微等离子体液体处理装置及工艺。
技术背景
随着社会经济和城市化进程的发展，水资源紧缺和水环境污染已成为本世纪全球性问题并且日趋严重。正确掌握和合理利用现有水处理技术并研究新的水处理技术是解决水环境污染和合理利用水资源的重要途径。
我国的水处理技术需求紧迫但发展缓慢并且相对落后，特别是缺乏深度处理技术。现行的“混凝+沉淀+过滤+消毒”的常规处理组合达不到对COD和氨氮去除的要求，投加高剂量的氯气消毒又会导致三卤甲烷和卤乙酸等有致突变作用的消毒副产品，对水的饮用安全构成威胁。所以考虑增加预处理或深度处理环节是当前提高供水水质的必需工作。
低温等离子体水处理技术是近20年兴起的新型水处理高级氧化技术。因其处理效率高、操作简便、与环境兼容等优点引起了研究者的广泛关注。它能在常温常压下，通过放电反应直接或间接产生羟基自由基，紫外线和高能冲击波，从而有效降解难生化降解的污染物。现有的等离子液体处理装置主要采用在高压金属板间鼓气方式产生等离子体，装置结构复杂，气体流量大，迄今为止光纤微放电等离子体液体处理技术尚未见报道。
发明内容
鉴于现有技术所存在的上述问题，本发明公开了一种使用光纤约束放电气体实现大气压下在液体中产生微等离子体，以对液体样本进行灭菌、脱色等处理的装置及工艺，其在液体内部产生微等离子体，装置结构简单、节能，成本低。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种光纤微等离子体液体处理装置，包括高压交流电源、微孔光纤、气腔、高压电极和地电极，共特征在于：
所述高压电极是有1个或多个并连，一个高压电极对应插入一个微孔光纤内，高压电极的直径小于微孔光纤的内径；
所述微孔光纤有通孔，其一端插置和连通于所述气腔上，另一端连同其内的高压电极插入待处理液体液面之下，悬空于所述液体内的地电极上方。
具体的，所述高压电极采用铜芯或钨芯，其直径为50～200μm；所述地电极采用铜片，通过气体质量流量控制器向光纤内通入气体，所述高压电极接通高压交流电源，电源的频率为5-15KHz，其峰峰值为6-36KV，气体放电产生等离子体。
本发明体积小巧，气体利用率高，通过微孔光纤空间约束可实现微等离子体，大气压下微等离子体空间尺度最低可达30-50μm，可进行精细操作，可在液体中进行定点杀菌，同时适用于对液体培养基中进行灭菌处理。
通过微米光纤管空间约束产生的微等离子体相对稳定，可构建宏观下均匀大气压等离子体装置；其进行液体处理的工艺如下：
(1)连接电源：将交流高压电源连接于高压电极上，电压的峰峰值为6～36KV，频率在5KHz～15KHz，地电极置于待测液体中；
(2)放电前，将放电气体通过气体质量流量控制器经入气口进入气腔，并进而通过微孔光纤到达待处理液面下，通气一段时间，一般10-20s；
(3)大气压条件下放电：打开电源，在大气压条件下，进行高压放电10s以上，微孔光纤在其液面下的端口处产生等离子体；所述放电气体是氦气添加少量氧气，其中氧气占氦气的百分比为1-4％。
本发明借助光纤管均匀排列并在其内通气，利用大气压放电在微孔光纤管口或端头产生等离子体，所述等离子体面积可微控，并具有良好等离子体与处理材料接触面积，可明显提高处理效果，大大提高能量利用率。利用这种使用光纤约束放电气体实现大气压下在液体中产生微等离子体来对被污染的液体样品进行处理，具有其独特的优势：气体利用率高，放电方式简单，无需复杂的真空设备，设备成本低，杀菌效率高，能量消耗低。
附图说明
图1是本发明实施例的单光纤结构示意图；
图2是本发明实施例的多光纤结构示意图；
图3是本发明实施处理样品时的照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
使用单光纤约束放电气体实现大气压下在液体中产生微等离子体，其装置如图1所示，采用一根微孔光纤1，内插一个高压电极2，所述微孔光纤1一端插置和连通于所述气腔3上，另一端连同其内的高压电极2插入待处理液体样本6液面之下，悬空于所述液体内的地电极7上方。所述高压电极2连接用于产生等离子体的交流正弦波高压电源5，电压的峰峰值达到14KV以上，频率在5KHZ～15KHZ范围内。放电前，放电气体通过气体质量流量控制器由入气口4通入气腔3，大概十几秒左右打开电源进行放电，在光纤位于液面下的端口位置产生等离子体；根据想要处理状态确定处理时间，一般处理10s以上即可。
使用多光纤约束放电气体实现大气压下在液体中产生微等离子体，其装置如图2所示，多根微孔光纤1均匀排列，每一根微孔光纤1内插有一个铜芯作为高压电极2，地电极4置于液体样本6中，气体通过气体质量流量控制器由入气口4通入气腔，接通高压交流电源5，在所述光纤位于液面下的端口位置产生等离子体。
采用上述多光纤约束放电气体实现大气压下在液体中产生微等离子体的装置，用氦气放电处理液体样本照片，如图3所示。将其用于处理被军团菌污染的液体样本，经过氦气添加少量氧气放电处理5分钟后，杀菌效率至50％以上；通过控制氧气的百分比，最佳杀菌效率可达90％以上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明披露的技术范围内，根据发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种光纤微等离子体液体处理工艺，包括如下步骤：
(1)一个或多个并连的高压电极分别插置于带有通孔的微孔光纤内，光纤的内径大于所述高压电极的直径；所述光纤一端插置和连通于气腔上，另一端连同其内的高压电极插入待处理液体液面之下，悬空于所述液体内的地电极上方；
（2）连接电源：将高压电极连接于交流高压电源上，电压的峰峰值为6～36kV，频率在5kHz～15kHz，地电极置于待测液体中；
（3）通气：放电气体通过气体质量流量控制器经入气口进入气腔，并进而通过微孔光纤的微孔到达待处理液面下，通气10-20s；
（4）大气压条件下放电：打开电源，在大气压条件下，进行高压放电10s以上，微孔光纤在其液面下的端口处产生等离子体；
所述高压电极采用铜芯或钨芯，其直径为50～200μm；大气压下微等离子体空间尺度大于50μm。
2.如权利要求1所述的液体处理工艺，其特征在于：
所述放电气体是氦气添加少量氧气，其中氧气占氦气的百分比为1-4%。
3.一种光纤微等离子体液体处理装置，包括高压交流电源、微孔光纤、气腔、高压电极和地电极，共特征在于：
所述高压电极有1个或多个并连，一个高压电极对应插入一个微孔光纤内，高压电极的直径小于微孔光纤的内径；
所述微孔光纤有通孔，其一端插置和连通于所述气腔上，另一端连同其内的高压电极插入待处理液体液面之下，悬空于所述液体内的地电极上方；
所述高压交流电源的频率为5-15kHz，其峰峰值为6-36kV。
4.如权利要求3所述的光纤微等离子体液体处理装置，其特征在于：
所述高压电极采用铜芯或钨芯，其直径为50～200μm；所述地电极采用铜片。
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