CN102583656A

CN102583656A - 一种介质阻挡放电水处理装置

Info

Publication number: CN102583656A
Application number: CN2012100686017A
Authority: CN
Inventors: 孙冰; 朱小梅; 严志宇; 宋丹
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: CN102583656B

Abstract

本发明公开了一种介质阻挡放电水处理装置，包括高压高频脉冲电源、锡纸高压电极、石英介质圆筒、铜管接地电极、悬浮电极和绝缘板；所述的悬浮电极形状为圆筒，其内径大于铜管接地电极的外径，其中心轴线与铜管接地电极的中心轴线共线。待处理的水经绝缘板中心的进水口进入铜管接地电极，并从铜管接地电极的上端溢出，并在铜管接地电极的外壁形成流动的水膜，最后经石英介质圆筒下端的出水口排出。本发明直接以废水作为一个辅助接接地极，产生的等离子体中活性物质可以直接传质到水里，传质效率高，所需时间短。本发明在处理废水时，废水可流动的被处理，水流速度可调，既可一次性处理废水，又可循环多次处理废水，在实际应用过程中可操作性强。

Description

一种介质阻挡放电水处理装置

技术领域

本发明属于低温等离子体发生技术及水处理应用技术领域，涉及一种高压高频脉冲气液混合介质阻挡放电等离子体处理废水的装置。

背景技术

水资源污染是世界各国普遍面临的急需解决的问题之一，且其恶化趋势愈演愈烈，使得传统生物化学处理技术难以完全解决水污染的诸多问题，如脱氮除磷、脱色除臭、杀菌去微生物、降解持久性有机污染物等。

以液体内埋入电极的高压脉冲介质阻挡放电等离子体处理废水，作为一项更有效和更低成本的治理技术，有着重要的实用价值。该技术将阻挡介质放置于电极之间，将两电极隔开，在两电极间施加高压脉冲电压时，电极间隙的气体就会击穿，产生大量细微的快脉冲放电通道，在电子通过通道的过程中，一些激发态原子和分子会自发地发射紫外辐射。放电产生的低温等离子体，作用于被处理的工业废水和印染废水中的难生物降解污染物，具有处理效果好、脱色迅速、无二次污染等特点。并且介质阻挡放电具有均匀、漫散和稳定的特点，在介质阻挡放电过程中产生的电子能量远高于电晕放电、火花放电的平均电子能量值，可以充分使有机物分子、水分子、氧气分子产生电离，从而激发出许多活性更高的粒子，这些活性物质及其高能电子轰击污染物质中C-C键及不饱和键，发生断键和开环等一系列反应，使大分子有毒物质变成小分子安全物质，乃至最终将其去除，使废水无害化。因此，高压脉冲介质阻挡放电等离子体处理废水技术具有广泛的应用前景。虽然已有一些将介质阻挡放电技术应用于废水处理的研究，但传统高压脉冲介质阻挡放电等离子体处理废水的方法是在气体中产生介质阻挡放电，产生的等离子体气体通过传质过程通入水里进行污水处理，存在传质效率低、短寿命物质无法有效传质、成本高、不能连续处理等问题。因此开发一种传质效率高、污染物脱除效率高、成本低、可连续处理的介质阻挡放电水处理技术和装置意义重大。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种传质效率高、可连续处理、污染物脱除效率高、成本低的介质阻挡放电水处理装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种介质阻挡放电水处理装置，包括高压高频脉冲电源、锡纸高压电极、石英介质圆筒、铜管接地电极、悬浮电极和绝缘板；所述的石英介质圆筒和绝缘板组成反应器，石英介质圆筒为反应器壳体、绝缘板为反应器底部；铜管接地电极的下端固定在反应器底部的绝缘板上、其上端通过电缆与高压高频脉冲电源连接；所述的悬浮电极形状为圆筒，其内径大于铜管接地电极的外径，其中心轴线与铜管接地电极的中心轴线共线；所述的锡纸高压电极设置在石英介质圆筒的外侧壁面，并通过电缆与高压高频脉冲电源连接；所述的绝缘板中心开有进水口并与进水管道相连；所述的石英介质圆筒靠近下端的位置开有出水口并与出水管道相连；待处理的水经绝缘板中心的进水口进入铜管接地电极，并从铜管接地电极的上端溢出，在铜管接地电极的外壁形成流动的水膜，最后经石英介质圆筒下端的出水口排出。

本发明所述的石英介质圆筒的下端与绝缘板密封连接，所述的铜管接地电极的下端与绝缘板密封连接。

本发明所述的悬浮电极的内径大于铜管外径0.1-4.0mm。

本发明所述的石英介质圆筒内壁与水膜之间的距离为0.1-9.0mm。

本发明所述的水膜厚度为0.1-4.0mm。

本发明所述的高压高频脉冲电源的峰值电压为1-60kV、频率1-30kHz。

本发明所述的悬浮电极是网状悬浮电极。

本发明所述的网状悬浮电极的材料为绝缘材料或金属材料。

本发明所述的铜管接地电极的材料用其他金属材料代替。

本发明所述的锡纸高压电极材料用其他金属材料代替。

本发明的基本原理如下：将待处理废水由进水管通入铜管接地电极管内，废水充满铜管接地电极后从铜管接地电极外侧溢流出来，在铜管接地电极外侧形成一定厚度的流动的水膜，水膜外侧安装悬浮电极。当在锡纸高压电极和铜管接地电极上施加足够高的交流电压时，两电极间的气体被击穿而形成介质阻挡放电，放电过程中悬浮电极的存在可以避免水膜的波动影响介质阻挡放电的稳定性。因此，这种介质阻挡放电表现为均匀、漫散和稳定，貌似低气压的辉光放电。当废水介质阻挡放电等离子体产生时，电子在外加电场的作用下与气体分子频繁碰撞，快速移动并进行能量的相互传递。高速运动的电子和离子使放电区域迅速扩大，最后产生一个贯穿放电空间的高电导率的丝状放电通道，直至废水水膜表面。介质阻挡放电产生的非热等离子体分布在贯穿放电空间的丝状放电通道内，可使气体发生电离，产生各种活性自由基或带电荷的原子和基团，如·OH、O₃、·O、H₂O₂等，整体具有强氧化性，能直接传质到废水水膜中。同时，废水水膜既作为介质又作为辅助接地电极，可在废水内同时发生电化学反应。反应过程中的活性自由基及高能电子轰击污染物质中C-C键及不饱和键，发生断键和开环等一系列反应，使大分子有机物变成小分子无机物，乃至最终将其去除，使废水中的污染物脱除、无害化。最终，处理后的废水经出水管流出反应器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明直接以废水作为一个辅助接接地极，产生的等离子体中活性物质可以直接传质到水里，传质效率高，所需时间短。

2、本发明将水作为辅助接地电极，比热容很大，使放电体系的温度不会太高，并且水起到冷却的作用，能使放电体系散热均匀，更有利于放电的稳定性。

3、本发明采用悬浮电极的设计，减少了电场对水分子的拖动力，可使放电时流动的水膜表面平稳，放电均匀，避免了液体溅到阻挡介质表面造成的局部放电和短路等问题。在相同的放电间隙下，增加悬浮电极，可降低均匀放电时的峰值电压与频率，降低能耗，减少电极的损废。相同电压下，由于水流平稳，可减少放电间距，使废水在相同的处理时间下，污染物脱除效率提高。

4、本发明在处理废水时，废水可流动的被处理，水流速度可调，既可一次性处理废水，又可循环多次连续处理废水，在实际应用过程中可操作性强。

5、本发明工艺先进、运行稳定、操作简单，在大气压下即可运行，设备易于管理，具有较强的实用性、经济性。

附图说明

本发明共有附图2幅，其中：

图1是介质阻挡放电水处理装置示意图。

图2是介质阻挡放电水处理装置放电示意图。

图中：1、高压高频脉冲电源，2、锡纸高压电极，3、石英介质圆筒，4、铜管接地电极，5、悬浮电极，6、绝缘板。

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1-2所示，一种介质阻挡放电水处理装置，包括高压高频脉冲电源1、锡纸高压电极2、石英介质圆筒3、铜管接地电极4、悬浮电极5和绝缘板6；所述的石英介质圆筒3和绝缘板6组成反应器，石英介质圆筒3为反应器壳体、绝缘板6为反应器底部；铜管接地电极4的下端固定在反应器底部的绝缘板6上、其上端通过电缆与高压高频脉冲电源1连接；所述的悬浮电极5形状为圆筒，其内径大于铜管接地电极4的外径，其中心轴线与铜管接地电极4的中心轴线共线；所述的锡纸高压电极2设置在石英介质圆筒3的外侧壁面，并通过电缆与高压高频脉冲电源1连接；所述的绝缘板6中心开有进水口并与进水管道相连；所述的石英介质圆筒3靠近下端的位置开有出水口并与出水管道相连；待处理的水经绝缘板6中心的进水口进入铜管接地电极4，并从铜管接地电极4的上端溢出，并在铜管接地电极4的外壁形成流动的水膜，最后经石英介质圆筒3下端的出水口排出。所述的石英介质圆筒3的下端与绝缘板6密封连接，所述的铜管接地电极4的下端与绝缘板6密封连接。所述的悬浮电极5的内径大于铜管外径0.1-4.0mm。所述的石英介质圆筒3内壁与水膜之间的距离为0.1-9.0mm。所述的水膜厚度为0.1-4.0mm。所述的高压高频脉冲电源1的峰值电压为1-60kV、频率1-30kHz所述的悬浮电极5是网状悬浮电极5。所述的网状悬浮电极5的材料为绝缘材料或金属材料。所述的铜管接地电极4的材料用其他金属材料代替。所述的锡纸高压电极2材料用其他金属材料代替。

本发明以石英介质圆筒3作为反应器壳体，内径为100mm、高1000mm、管壁厚3mm，石英介质圆筒3底部开2mm圆孔，接出水管。以铜管接地电极4作地电极，外径80mm、高900mm、厚度2mm。在大于铜管外径4mm处环绕安置一圈悬浮电极5，保证水流均匀，防止水花溅到石英介质圆筒3的内壁上，造成放电短路。放电空间为石英介质圆筒3的内壁与水膜之间，间距为5mm。反应器壳体外有锡纸高压电极4，高670mm、厚0.1mm。反应器底部为绝缘板6，绝缘板6中心开圆孔，安装进水管，控制水膜厚度为1-2mm。

在大气压条件下，向反应器中通入含酚废水，溶液电导率为4μS·cm^-1，放电频率8kHz，峰值电压20kV，废水流速40mL/min时，含酚废水的脱除率＞80％。本发明利用高压高频脉冲电源1，能够在强电场下发生介质阻挡气液混合放电，溶液中产生高浓度的活性物质，可充分降解水中有机物质，解决废水杀菌消毒、脱色除臭问题，而且成本低，处理时间短，节能减排。

Claims

1.一种介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：包括高压高频脉冲电源1、锡纸高压电极2、石英介质圆筒3、铜管接地电极4、悬浮电极5和绝缘板6；所述的石英介质圆筒3和绝缘板6组成反应器，石英介质圆筒3为反应器壳体、绝缘板6为反应器底部；铜管接地电极4的下端固定在反应器底部的绝缘板6上、其上端通过电缆与高压高频脉冲电源1连接；所述的悬浮电极5形状为圆筒，其内径大于铜管接地电极4的外径，其中心轴线与铜管接地电极4的中心轴线共线；所述的锡纸高压电极2设置在石英介质圆筒3的外侧壁面，并通过电缆与高压高频脉冲电源1连接；所述的绝缘板6中心开有进水口并与进水管道相连；所述的石英介质圆筒3靠近下端的位置开有出水口并与出水管道相连；待处理的水经绝缘板6中心的进水口进入铜管接地电极4，并从铜管接地电极4的上端溢出，在铜管接地电极4的外壁形成流动的水膜，最后经石英介质圆筒3下端的出水口排出。

2.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：所述的石英介质圆筒3的下端与绝缘板6密封连接，所述的铜管接地电极4的下端与绝缘板6密封连接。

3.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：所述的悬浮电极5的内径大于铜管外径0.1-4.0mm。

4.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：所述的石英介质圆筒3内壁与水膜之间的距离为0.1-9.0mm。

5.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：所述的水膜厚度为0.1-4.0mm。

6.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：所述的高压高频脉冲电源1的峰值电压为1-60kV、频率1-30kHz。

7.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：所述的悬浮电极5是网状悬浮电极5。

8.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：所述的网状悬浮电极5的材料为绝缘材料或金属材料。

9.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：所述的铜管接地电极4的材料用其他金属材料代替。

10.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：所述的锡纸高压电极2材料用其他金属材料代替。