CN102515302A

CN102515302A - 微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置

Info

Publication number: CN102515302A
Application number: CN2011104586140A
Authority: CN
Inventors: 李雪辰; 赵欢欢; 董丽芳
Original assignee: Hebei University
Current assignee: Hebei University
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-31
Also published as: CN102515302B

Abstract

本发明涉及一种微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置，其结构包括有对污水进行高压雾化阴极放电反应处理的反应器；与所述反应器通过管路相接、向所述反应器提供喷气气流的供气系统；与所述反应器电连接、为所述反应器的高压雾化阴极放电反应提供放电所需能量的高压电源；以及与所述反应器通过管路相接、向所述反应器提供待处理污水的污水池。本发明能够处理生活废水和工业废水，在污水处理过程中，无需任何化学添加剂，处理过程简单，无废弃物，容易实现控制和自动化；微空心阴极放电的电子密度高，工作效率高，电极损耗小。

Description

微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置

技术领域

本发明涉及一种污水处理装置，具体地说是一种微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置。

背景技术

目前，工业污染物的排放越来越多，环境污染也愈加严重。特别是与人类生活紧密相关的水资源的污染日益严重，水中所含的有毒有害物质（如氯苯酚、多氯联苯等）越来越多。这些有害物质通过食物链或者饮水在影响着人类的身体健康，使人们产生多种疾病，如诱发致癌、致畸、致突变效应等。

对污水处理的常规方法主要有生物法、物化法和氧化法等，这些处理方法的效果不佳，处理成本高。随着科技的进步，新的处理方法主要有电子束辐照水处理、脉冲放电水处理和介质阻挡放电水处理等。电子束辐照水处理方法存在的不足之处是，电子枪的制造工艺复杂，精度要求高；电子束辐照水体表面积有限，影响大规模的污水处理。脉冲放电水处理方法的存在不足之处是，工业化应用的脉冲高压电源技术难度大，导致制造成本高；脉冲放电发生过程中受处理溶液的电导率影响较大；高压放电电极腐蚀严重，影响水处理的稳定运行。介质阻挡放电水处理方法存在的不足之处是，由于放电一般是脉冲的，时间占空比较小，影响污水处理效率。由于以上所述水处理方法存在的缺点，使得污水处理装置的应用受到了很大的制约。

发明内容

本发明的目的就是提供一种处理效率高、水处理量大、设备成本低、运行费用低并且运行稳定的微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置。

本发明的目的是这样实现的：一种微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置，包括有：

对污水进行高压雾化阴极放电反应处理的反应器；

与所述反应器通过管路相接、向所述反应器提供喷气气流的供气系统；

与所述反应器电连接、为所述反应器的高压雾化阴极放电反应提供放电所需能量的高压电源；以及

与所述反应器通过管路相接、向所述反应器提供待处理污水的污水池。

微空心阴极放电是一种高气压辉光放电，放电时产生高密度的高气压非平衡等离子体。本发明污水处理装置是一种由“微空心阴极放电”基本结构构成的等离子体反应器，它能够产生高密度的高气压非平衡等离子体，由于空心阴极中负辉区交叠在一起，电子会在此区域多次反射，产生很多的二次电子，该高能电子的分布具有非热电子能量分布。本发明通过向反应器中引入高速气流，使污水以雾状形式进入等离子体，由此增大了污水与等离子体的接触面积，实现了对污水的高效处理。

本发明在所述反应器中设有放电系统，所述放电系统是在并列的第一电极板与第二电极板之间夹有电介质层，在所述第一电极板、第二电极板与电介质层上开有贯通孔，所述贯通孔通过与所述反应器相接的连接管路连通到所述供气系统。

所述污水池通过进水管路通入所述反应器，所述进水管路的出口端开在所述贯通孔上。

所述高压电源的正、负极分别与所述第一电极板和所述第二电极板相接。

所述供气系统包括设置在所述连接管路上的气压表和气阀，以及连接在所述连接管路端部的供气机构。

在所述反应器的出气管口上接有出气管道，所述出气管道的一端接在所述气压表与所述气阀之间的所述连接管路上；在所述出气管道上设置有单向阀。

所述贯通孔开在所述第一电极板、所述第二电极板与所述电介质层的中心部位，所述进水管路与所述贯通孔相通处的开口孔径小于所述贯通孔的孔径。

所述污水池设置在所述反应器的上部，在所述进水管路上接有过滤装置。

所述反应器有至少一个；两个或两个以上的所述反应器为串联或并联连接形式。

本发明通过在放电系统中设置贯通孔，高速气流通过贯通孔喷入反应器，污水通过进水管路以水滴状引入贯通孔，在高速气流的推动下，以雾状形式喷入反应器中，由此增大了污水处理的反应面积，提高了污水处理效率。另外，由于气流对污水的助推作用可以使反应过程中两个电极板上的水垢等附属物减少，从而使电极板的使用寿命增长。

本发明的独特优点是，能够处理生活废水和工业废水，如燃料废水、有机废水等。在进行污水处理的过程中，无需任何的化学添加剂，处理过程简单，无废弃物，容易实现控制和自动化；微空心阴极放电的电子密度高，工作效率高，电极损耗小。本发明污水处理装置的构造简单，制造成本低，运行费用低，并且运行稳定，可采用正、负极性直流高压电源、交流高压电源和正、负极性脉冲高压电源等多种电源供电。通过反应器的并联或串联的连接方式，可以获得放大的水处理效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、反应器，2、供气机构，3a、第一电极板，3b、第二电极板，3c、电介质，3d、贯通孔，4、高压电源，5、污水池，6、连接管路，7、出气管口，8、净水出口，9、气压表，10、气阀，11、过滤装置，12、进水管路，13、电源开关，14、高压电缆，15、单向阀，16、出气管道。

具体实施方式

如图1所示，本装置的主体包括反应器1、供气系统、放电系统、高压电源4和污水池5等部分。反应器1的外壳是由有机玻璃制成，在外壳上开有出气管口7和净水出口8。在反应器1内的顶部设置有放电系统。该放电系统是在上、下并列的第一电极板3a与第二电极板3b之间充填电介质，形成电介质层3c。高压电源4的正极接第一电极板3a，负极接第二电极板3b。第一电极板3a和第二电极板3b可以用铝、钼等材料制作而成，充填的电介质可以是云母、陶瓷等材料。第一电极板3a、第二电极板3b和电介质层3c可以是圆形、方形或椭圆形等各种形状；贯通孔3d的大小可以根据具体需要设置。在第一电极板3a、第二电极板3b与电介质层3c上开有位于中心部位的贯通孔3d。该贯通孔3d通过连接在反应器1外壳上的连接管路6与供气系统相接。

供气系统包括设置在连接管路6上的气压表9和气阀10，以及连接在连接管路6端部的供气机构2，该供气机构可以是气泵和气罐等高压充气装置。在反应器1的出气管口7上连接有出气管道16，出气管道16的一端接在气压表9与气阀10之间的连接管路6上，在出气管道16上设置有向连接管路6通气的单向阀15。

污水池5设置在反应器1的上部，污水池5通过进水管路12通入反应器1，进水管路12的出口端开在贯通孔3d上，进水管路12与贯通孔3d相通处的开口孔径最好小于贯通孔3d的孔径。在进水管路12上接有过滤装置11，污水依靠重力流到下方的反应器1内。

高压电源4可以是直流高压电源、交流高压电源，或是具有正、负极性的脉冲高压电源。当采用直流电源时，电压可以设为0—±50KV，当采用交流高压电源或者正、负极性脉冲高压电源时，频率可以设为0-50MHz，峰值电压可以设为0—±50KV。

为了达到高的水处理要求，可以采用多次循环处理的方式；为了得到更大水量的处理规模，可以将上述的设计制作的反应器1通过并联和串联的方式连接，从而获得放大的水处理效果。

本发明的工作过程如下：污水池5中的水通过自然压力经过滤装置11和进水管路12进入反应器1；供气系统提供的高速气流通过贯通孔，在贯通孔内气压降低，污水以小水滴形式被引入贯通孔，并在高速气流的推动下以雾的形式喷入反应器1里；在微空心阴极放电的过程中，在反应器1里能够产生大量的OH^-、O₃、H₂O₂等活性物质，与水中的污染物发生化学反应，生成水、二氧化碳以及一些容易被生化法所处理的污染物，从而达到污水处理的目的。此外，微空心阴极放电产生的紫外光、电风等物理效应也参与到了水处理的过程。

Claims

1.一种微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置，其特征在于，包括有：

对污水进行高压雾化阴极放电反应处理的反应器（1）；

与所述反应器（1）通过管路相接、向所述反应器（1）提供喷气气流的供气系统；

与所述反应器（1）电连接、为所述反应器（1）的高压雾化阴极放电反应提供放电所需能量的高压电源（4）；以及

与所述反应器（1）通过管路相接、向所述反应器（1）提供待处理污水的污水池（5）。

2.根据权利要求1所述的微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置，其特征在于，在所述反应器（1）中设有放电系统，所述放电系统是在并列的第一电极板（3a）与第二电极板（3b）之间夹有电介质层（3c），在所述第一电极板（3a）、第二电极板（3b）与电介质层（3c）上开有贯通孔（3d），所述贯通孔（3d）通过与所述反应器（1）相接的连接管路（6）连通到所述供气系统。

3.根据权利要求2所述的微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置，其特征在于，所述污水池（5）通过进水管路（12）通入所述反应器（1），所述进水管路（12）的出口端开在所述贯通孔（3d）上。

4.根据权利要求3所述的微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置，其特征在于，所述高压电源（4）的正、负极分别与所述第一电极板（3a）和所述第二电极板（3b）相接。

5.根据权利要求4所述的微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置，其特征在于，所述供气系统包括设置在所述连接管路（6）上的气压表（9）和气阀（10），以及连接在所述连接管路（6）端部的供气机构（2）。

6.根据权利要求5所述的微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置，其特征在于，在所述反应器（1）的出气管口上接有出气管道（16），所述出气管道（16）的一端接在所述气压表（9）与所述气阀（10）之间的所述连接管路（6）上；在所述出气管道（16）上设置有单向阀（15）。

7.根据权利要求3所述的微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置，其特征在于，所述贯通孔（3d）开在所述第一电极板（3a）、所述第二电极板（3b）与所述电介质层（3c）的中心部位，所述进水管路（12）与所述贯通孔（3d）相通处的开口孔径小于所述贯通孔（3d）的孔径。

8.根据权利要求3所述的微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置，其特征在于，所述污水池（5）设置在所述反应器（1）的上部，在所述进水管路（12）上接有过滤装置（11）。

9.根据权利要求1所述的微空心阴极放电等离子体高效污水处理装置，其特征在于，所述反应器（1）有至少一个；两个或两个以上的所述反应器（1）为串联或并联连接形式。