CN102583697A - 一种介质阻挡放电水处理装置及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种介质阻挡放电水处理装置及其处理方法，所述的装置包括反应器壳体、阻挡介质层、板式高压电极、板式接地电极、悬浮电极和高压高频脉冲电源。本发明以待处理溶液作为地电极，向板式高压电极施加高压高频脉冲电压，击穿阻挡介质。在悬浮电极的辅助下，待处理溶液与阻挡介质之间发生气液混合介质阻挡放电，产生较多等离子体，进而生成大量活性物质，如·OH、O3、·O、H2O2等，与待处理溶液中的有机物质反应，达到分解和完全去除的作用。本发明有效地解决在强电场下发生气液混合放电，高效降解有机物，解决废水杀菌消毒、脱色除臭问题，真正实现高压脉冲水处理技术中的更有效和更低成本指标。
Description
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和方法。
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、成本低的介质阻挡放电水处理技术和装置意义重大。而本发明所述的悬浮电极的单水电极放电处理废水处理方法可解决以上问题，且未见报道。
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、污染物脱除效率高、成本低的介质阻挡放电水处理装置及其处理方法。
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，包括反应器壳体、阻挡介质层、板式高压电极、板式接地电极、悬浮电极、螺旋可调支柱A、螺旋可调支柱B和高压高频脉冲电源，所述的螺旋可调支柱B有4个，其一端位于反应器底面、另一端支撑阻挡介质层，所述的板式高压电极位于阻挡介质层之上，所述的悬浮电极通过个螺旋可调支柱B支撑，螺旋可调支柱B的顶端用螺母将悬浮电极固定，所述的板式接地电极固定在反应器底面，所述的板式高压电极通过电缆与高压高频脉冲电源连接，反应器中装有待处理溶液；所述的板式接地电极位于待处理溶液中，待处理溶液作为地电极。
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，铺设在待处理溶液表层。
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。
一种介质阻挡放电水处理装置的处理方法，包括如下步骤：
A、加入待处理溶液：向反应容器中加入待处理溶液；
B、接通电源：接通高压高频脉冲电源，向板式高压电极和板式接地电极之间施加高压脉冲电压，其峰值电压为1-60kV，频率1-30kHz；
C、调节电压：在阻挡介质层与待处理液面之间的放电间隙，调节电压，使放电间隙放电并产生放电通道，形成活性粒子，降解污染物。
本发明的基本原理如下：
将板式接地电极置于待处理溶液中，直接以待处理溶液作为一个间接地电极，阻挡介质放层置于待处理溶液表面与板式高压电极之间，当在两电极上施加足够高的交流电压时，两电极间的气体即使在很高的气压下也会被击穿而形成介质阻挡放电。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。当待处理溶液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，直至待处理溶液表面。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，能直接传质到待处理溶液中。同时，待处理溶液既作为介质又作为地电极，可在待处理溶液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，使待处理溶液中的污染物脱除、无害化。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明将板式地电极置于待处理溶液中，直接以待处理溶液作为一个间接电极，产生的等离子体中活性物质可以直接传质到待处理溶液里，传质效率高，所需时间短。
2、由于本发明的待处理溶液既作为介质又作为地电极，介质阻挡放电反应器中产生大量的活性物质可直接进入液相的同时，在地电极和待处理溶液表面之间发生有电化学反应，可明显提高传质效率。
3、本发明将待处理溶液作为地电极，比热容很大，使放电体系的温度不会太高，并且待处理溶液起到冷却的作用，能使放电体系散热均匀，更有利于放电的稳定性。
4、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，可使放电时水面平稳，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，由于液面平稳，可减少放电间距，相同的处理时间下，效率提高。
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是一种单水电极介质阻挡放电水处理装置结构示意图。
图2是一种单水电极介质阻挡放电水处理装置的电场分布示意图。
图中：1、反应器壳体，2、阻挡介质层，3、板式高压电极，4、板式接地电极，5、悬浮电极，6、螺旋可调支柱A，7、螺旋可调支柱B，8、高压高频脉冲电源。
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所示，一种介质阻挡放电水处理装置，包括反应器壳体1、阻挡介质层2、板式高压电极3、板式接地电极4、悬浮电极5、螺旋可调支柱A6、螺旋可调支柱B7和高压高频脉冲电源8，所述的螺旋可调支柱B7有4个，其一端位于反应器底面、另一端支撑阻挡介质层2，所述的板式高压电极3位于阻挡介质层2之上，所述的悬浮电极5通过个螺旋可调支柱B7支撑，螺旋可调支柱B7的顶端用螺母将悬浮电极5固定，所述的板式接地电极4固定在反应器底面，所述的板式高压电极3通过电缆与高压高频脉冲电源8连接，反应器中装有待处理溶液；所述的板式接地电极4位于待处理溶液中，待处理溶液作为地电极。所述的高压高频脉冲电源8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，铺设在待处理溶液表层。所述的网状悬浮电极5的材料为绝缘材料或金属材料。
一种介质阻挡放电水处理装置的处理方法，包括如下步骤：
A、加入待处理溶液：向反应容器中加入待处理溶液；
B、接通电源：接通高压高频脉冲电源8，向板式高压电极3和板式接地电极4之间施加高压脉冲电压，其峰值电压为1-60kV，频率1-30kHz；
C、调节电压：在阻挡介质层2与待处理液面之间的放电间隙，调节电压，使放电间隙放电并产生放电通道，形成活性粒子，降解污染物。
本发明的一个具体实施例如下：
反应器尺寸为250×250×150mm，反应器壳体1为有机玻璃制成，阻挡介质层2为石英板，尺寸为150×150×3mm，板式高压电极3和板式接地电极4为白钢板，尺寸为100×100×3mm，板式高压电极3的中心焊接长100mm、直径6mm的不锈钢螺丝杆，用以高压高频脉冲电源8。悬浮电极5为PVC网，铺设在待处理溶液的表面，尺寸为240×240×1mm，网孔的尺寸为5×5mm。
如图2所示，向两电极间施加高压高频脉冲电压时，反应器中发生气液混合放电。放电间隙有大量放电微丝，形成大量放电通道，非热等离子体分布在放电通道内，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。
在大气压条件下，向反应器中注入含酚废水作为待处理溶液，待处理溶液电导率为4μS·cm-1，放电间隙为5mm，放电频率为6kHz，峰值电压为19kV。在不同的放电时间5、10、15、20、25、30min时，水中H2O2、O3浓度及含酚废水的脱除率如表1所示。
表1 不同放电时间下溶液中H2O2、O3浓度
通过上表可以看出，本发明利用高压高频脉冲电源8，能够在强电场下发生介质阻挡气液混合放电，待处理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 (5)
1.一种介质阻挡放电水处理装置，其特征在于：包括反应器壳体(1)、阻挡介质层(2)、板式高压电极(3)、板式接地电极(4)、悬浮电极(5)、螺旋可调支柱A(6)、螺旋可调支柱B(7)和高压高频脉冲电源(8)，所述的螺旋可调支柱B(7)有4个，其一端位于反应器底面、另一端支撑阻挡介质层(2)，所述的板式高压电极(3)位于阻挡介质层(2)之上，所述的悬浮电极(5)通过个螺旋可调支柱B(7)支撑，螺旋可调支柱B(7)的顶端用螺母将悬浮电极(5)固定，所述的板式接地电极(4)固定在反应器底面，所述的板式高压电极(3)通过电缆与高压高频脉冲电源(8)连接，反应器中装有待处理溶液；所述的板式接地电极(4)位于待处理溶液中，待处理溶液作为地电极。
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：所述的高压高频脉冲电源(8)的峰值电压为1-60kV、频率1-30kHz。
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)是网状悬浮电极(5)，铺设在待处理溶液表层。
4.根据权利要求3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。
5.一种介质阻挡放电水处理装置的处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、加入待处理溶液：向反应容器中加入待处理溶液；
B、接通电源：接通高压高频脉冲电源(8)，向板式高压电极(3)和板式接地电极(4)之间施加高压脉冲电压，其峰值电压为1-60kV，频率1-30kHz；
C、调节电压：在阻挡介质层(2)与待处理液面之间的放电间隙，调节电压，使放电间隙放电并产生放电通道，形成活性粒子，降解污染物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130731 Termination date: 20140315 |