CN104058480B - 低气压放电等离子体水处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低气压放电等离子体水处理装置，主要构成包括：放电电源、高压电极、反应器、雾化喷洒器、进水管、出水管、水流量监控器、抽气管、气阀、真空泵、污水池、净水池。本发明无需水泵，一台真空泵就能在有水流经反应器的条件下维持反应器内低气压环境，在低气压环境放电，产生大体积、高活性非热平衡等离子体，可以有效地去除水中的重金属离子、有机物和微生物等污染源，处理能效高，对不同行业产生的不同污染程度的污水具有普遍适用性，还可以为特殊行业用水提供活化水。本发明还涉及一种在反应室内与外界保持着水循环的条件下实现低气压放电的等离子体水处理方法，并且无需强排式水泵，大幅减少系统能耗。

Description

低气压放电等离子体水处理装置及方法

技术领域

本发明涉及低温等离子体的应用技术领域，具体涉及一种可用于水处理的低气压放电等离子体装置及方法。

背景技术

常用的水处理方法有：沉淀物过滤法、硬水软化法、活性炭吸附法、去离子法、逆渗透法、超过滤法、蒸馏法、紫外线消毒法、生物化学法。下面是这些常用水处理方法的技术特征：

沉淀物过滤法：这是最古老且最简单的净水法，所以这个步骤常用在水纯化的初步处理，或有必要时，在管路中也会多加入几个滤器以清除体积较大的杂质。滤过悬浮的颗粒物质所使用的滤器种类很多，例如网状滤器，沙状滤器（如石英沙等）或膜状滤器等。只要颗粒大小大于这些孔洞之大小，就会被阻挡下来。对溶解于水中的离子，就无法阻拦下来。如果滤器太久没有更换或清洗，堆积在滤器上的颗粒物质会愈来愈多，则水流量及水压会逐渐减少甚至堵塞，因此滤器需要定时更换。

硬水软化法：硬水的软化需使用离子交换法，它的目的是利用阳离子交换树脂以钠离子来交换硬水中的钙与镁离子，以此来降低水源内之钙镁离子的浓度，在硬水软化的过程中，钠离子会逐渐被使用耗尽，则交换树脂的软化效果也会逐渐降低，这时需要作还原的工作。

活性炭：主要作用是清除氯与氯氨以及其它分子量在60到300道尔顿的溶解性有机物质。活性炭的表面呈颗粒状，内部是多孔的，比表面积大，而这些孔的表面及颗粒表面有极强的物理吸附能力。影响活性炭清除有机物能力的因素有活性炭本身的面积，孔洞大小以及被清除有机物的分子量及其极性，当吸附能力达饱合之後，吸附过多的杂质就会掉落下来污染下游的水质，所以必须定时清除吸附其上的杂质，反复清除多次后就需要更换新的活性炭。

去离子法：去离子法的目的是将溶解於水中的无机离子排除，与硬水软化器一样，也是利用离子交换树脂的原理。使用两种树脂-阳离子交换树脂与阴离子交换树脂。阳离子交换树脂利用氢离子（H+）来交换阳离子；而阴离子交换树脂则利用氢氧根离子（OH-）来交换阴离子，氢离子与氢氧根离子互相结合成中性水。这些树脂之吸附能力耗尽之後也需要再还原，阳离子交换树脂需要强酸来还原；相反的，阴离子则需要强碱来还原。如果阴离子交换树脂消耗殆尽而没有还原，则吸附力最弱的氟就会逐渐出现在透析用水中，造成软骨病，骨质疏松症及其它骨病变；如果阳离子交换树脂消耗尽了，氢离子也会出现在透析用水之中，造成水质酸性的增加，所以去离子功能是否有效，需要时常监视，定期还原和更新离子交换材料。

反渗透法：反渗透法可以有效的清除溶解於水中的无机物、有机物、细菌、热原及其它颗粒等，是透析用水之处理中最重要的一环。反渗透水处理常用的半透膜材质有纤维质膜，芳香族聚酝胺类，polyimide或polyfuranes等，至於它的结构形状有螺旋型，空心纤维型及管状型等。至於这些材质中纤维素膜的优点是耐氯性高，但在硷性的条件下（pH ≥8.0）或细菌存在的状况下，使用寿命会缩短。polyamide的缺点是对氯及氯氨之耐受性差。如果反渗透前没有作好前置处理则渗透膜上容易有污物堆积，例如钙，镁，铁等离子，造成反渗透功能的下降；有些膜（如polyamide）容易被氯与氯氨所破坏，因此在反渗透膜之前要有活性碳及软化器等前置处理。反渗透处理速度慢、成本高。

超过滤法：超过滤法与逆渗透法类似，也是使用半透膜，但它无法控制离子的清除，因为膜之孔径较大，约10-200A之间。只能排除细菌，病毒，热原及颗粒状物等，对水溶性离子则无法滤过。超过滤法主要的作用是充当逆渗透法的前置处理以防止逆渗透膜被细菌污染。它也可用在水处理的最後步骤以防止上游的水在管路中被细菌污染。与活性碳类似，需要定时清洗、更换滤膜。

蒸馏法：蒸馏法可以清除任何不可挥发性的杂质，但是无法排除可挥发性的污染物，它需要很大的储水槽来存放，这个储水槽与输送管却是造成污染的重要原因。

紫外线消毒法：主要是利用254纳米波长的紫外线光照射，破坏细胞的生命核心——DNA，阻止细胞再生，使细菌变得无害，从而达到灭菌的效果。这种系统的规模取决于紫外线的强度（照射器的强度和功率）和接触时间（水、液体、或空气暴露在紫外线下的时间长短）。处理效率低、成本高。

生物化学法：生物化学水处理方法利用自然界存生的各种细菌微生物，将废水中有机物分解转化成无害物质，使废水得以净化。生物化学水处理方法可以分活性污泥法、生物膜法、生物氧化塔、土地处理系统、厌氧生物水处理方法。生物化学水处理方法周期长，占地大，受环境限制多。

等离子体法：是一种深度氧化法，其原理是利用放电等离子体中所产生的臭氧、氧原子、羟基等活性自由基团与水中污染源的反应，来达到脱除水中有害物质的目的，同时伴随紫外光解、冲击波作用，从而脱除水中的有机物、杀灭病菌。具体说就是：等离子体技术在水处理中的应用就是充分利用等离子体中的各种活性自由基和紫外线的强氧化作用和灭菌效应，降解有机污染源、沉降金属离子、杀灭病菌，对生活和工业污水处理均有普遍适用性，体积小。

综上所述，物理方法处理效率低、成本高；化学方法处理不彻底，可能产生二次污染；生化法则受到环境和高投资等条件的限制；而等离子体技术处理污染的有效性已经得到广泛认可，而且体积小、投资低，不受环境限制。

最近十多年间，等离子体技术在污水处理方面的应用研究也得到相关领域研发人员的关注，一批研发成果相续公开。例如，中国发明专利申请号为：03111599.3，发明名称：一种电脉冲微型等离子体水处理方法和设备，此发明的特征是把金属颗粒放入水中，然后施加电脉冲，在金属颗粒间放电产生微型等离子体，氧化、刻蚀金属颗粒表面，生成具有强絮凝作用的金属氢化物和氧化物，金属表面吸附水中杂质后沉降。其不足之处是需要大量金属颗粒，并且金属颗粒不易于分散到水中，分散后也不易沉降收集，放电激发等离子体的能量利用率低。

   中国发明专利申请号：94116647.3，名称：脉冲放电等离子体水处理方法及装置，其特征是在大气条件下，利用窄脉冲电压驱动丝状阳极对网状或板状阴极放电，水流经过两电极之间。此发明的缺点是采用丝状电极的电晕放电模式，只有丝状电极周围的小区域内有等离子体产生，而且等离子体扩散性差，因此，处理能效低，需要经过多次循环处理才能获得较理想效果。

  中国发明专利申请号：02111033.6，名称：等离子体水处理方法，是采用大气压脉冲放电等离子体处理方法与催化剂处理方法的混合，其特征是利用大气放电激发等离子体，加上催化剂的辅助，有助于提高处理效率，不足之处是大气放电的能量利用率低，催化剂的添加也大幅增加了处理成本，催化剂不易于回收，存在二次污染的危险。

 中国发明专利申请号：201010138133.7，名称：高压脉冲放电等离子体水处理装置及其高频高压电源；以及中国发明专利申请号：201010138086.6，名称：高压脉冲放电等离子体水处理装置及方法；中国发明专利申请号：200910022562.5，名称：一种双通道放电等离子体水处理装置； 中国实用新型专利申请号：201120213976.9，名称：一种用于高压放电等离子体水处理的设备；它们的特征都是利用待处理的污水作为大气压放电的电极或介质板，直接在水的表面上产生等离子体，优点是可以提高等离子体与水的有效接触面积，缺点是水的导电率偏低，会消耗较大比例的电能，降低能效。

  中国实用新型专利申请号：200720013297.0，名称：一种电晕放电等离子体水处理装置，其特征是采用针状电极电晕放电，产生的等离子体体主要集中于针尖附近，优点是可以降低放电电压，缺点是针尖易损耗，并且，电晕放电等离子体活性自由基的密度偏低，扩散性差。

   中国发明专利申请号：03133403.2，名称：一种短高压脉冲介质阻挡放电等离子体水处理方法和设备；中国实用新型专利申请号：03213417.7，一种介质阻挡放电等离子体水处理设备；中国实用新型专利申请号：03213417.7，名称：一种介质阻挡放电等离子体水处理设备；它们的特征都是在水中混入气泡，再给水中加载高电压，激发水中气泡放电产生等离子体，等离子体与水中污染源反应生成沉积物或絮状物，然后过滤去除，优点是水中放电可以使等离子体与水有较充分的接触，缺点是需要超高电压激发，放电产生等离子体的效能低。

  中国发明专利申请号：200810020181.9，名称：等离子体水处理方法及其装置，其特征是采用电弧放电产生热平衡等离子体处理污水，优点是装置简单，缺点是激发电弧放电产生热平衡等离子体需要大电流，能耗高，发热量大，而活性自由基浓度却不高，处理水的能效远低于非平衡等离子体。

   中国发明专利申请号：201210417958.1，名称：一种增强型毛细管针放电等离子体水处理装置，其特征是采用微小空心电极放电，即在金属毛细管下端针状管口与金属端盖之间的绝缘介质管内产生气体放电等离子体，生成的产物从金属端盖上的小孔流出进入待处理溶液，对反应容器内的溶液进行净化，优点是可以降低放电电压，缺点是等离子体在气流带动下，尾流与液体接触时，活性已经下降很多，并且，与针状电极的电晕放电相似，微孔电极易损耗。

综上所述，目前公开的等离子体水处理装置和方法都存在能效偏低，单位能耗高等问题，原因是目前用于处理污水的等离子体装置都是基于高频高压的介质阻挡放电、电晕放电、火花放电或热平衡等离子体。这些技术都是在大气压条件下放电或者水中放电产生等离子体，大部分电能消耗在发热上，用于激发高能自由基和紫外线的电能比例小，并且，大气压放电所用的高频高压电源本身的效率也偏低，因此，系统电能利用率偏低。由于气压高，放电只能在局部小区域内激发等离子体，并且，碰撞频率高、自由程短，等离子体中活性自由基扩散性差、寿命短，不易于充分与水中污染源接触，因此，活性自由基的利用率不高，导致处理效率低。低气压放电等离子体与大气压等离子体相比有很多优势，例如，激发放电形式多样，涵盖直流放电、交流放电、高频放电、射频放电和微波放电，更容易激发大体积、高活性非热平衡等离子体，可以有效地去除水中的重金属离子、有机物和微生物等污染源，处理能效高，对不同行业产生的不同污染程度的污水具有普遍适用性，不需要添加化学试剂和催化剂，无废弃物回收和二次污染问题，然而，水处理装置需要不间断的水循环，在低气压条件下维持反应器内外水循环一直是个难题。

发明内容

本发明的目的在于解决等离子体技术在污水处理领域的应用技术课题而提供一种能产生大体积、扩散性好、放电电能利用率高的低气压放电等离子体水处理装置及方法。克服了大气压放电激发等离子体水处理装置和方法中普遍存在的高频高压电源效率低、气体放电电能利用率低、等离子体体积小、扩散性差等问题；还克服了在反应器内与外界有不间断水循环的条件下，无需强排式水泵即可维持反应器内低气压放电环境的难题。

本发明的目的是通过以下措施实现低气压放电：利用出水管内水柱的重力来平衡反应器内外的压力差，在水不间断流进和流出反应器的条件下，只需用一台真空泵连续抽出反应器内气体，即可维持反应器内低气压环境，同时在反应器内负压力作用下，污水会被吸进反应器内，处理过的污水变成净水，在重力作用下，经净水管流出，无需强排式水泵，大大节省了系统能耗；低气压放电激发等离子体，产生大体积、高活性非热平衡等离子体，等离子体中的活性自由基扩散性好，易于充分与污水中的污染源充分接触、反应，提高了水处理效率，并且，在低气压条件下激发等离子体，可采用多种放电方法，涵盖直流放电、交流放电、高频放电、射频放电和微波放电等高效电源和放电方法，提高电能利用效率。

所述的一种低气压放电等离子体水处理装置，如图1所示，包括放电电源1、高压电极2、反应器3、雾化喷洒器4、反应器顶盖5、进水管6、水流量监控器7、出水管8、反应器法兰9、绝缘法兰10、抽气管11、气镇阀12、气阀13、真空泵14、污水池15、净水池16、进水阀17和出水阀18；其特征在于，放电电源1的输出端接高压电极（2）的下端，放电电源与反应器3共地，高压电极2设在反应器3中轴线上，反应器底端的反应器法兰9下面设有绝缘法兰10，高压电极2的底端垂直穿过并固定于绝缘法兰10的中心，高压电极2的顶端低于雾化喷洒器4，绝缘法兰10的偏心位置设有出水管8，反应器3顶部高于雾化喷洒器4的位置设有抽气管11，抽气管11另一端接真空泵14，真空泵14的抽气口上分别设有气镇阀12和气阀13，反应器3顶端是反应器顶盖5，进水管6穿过反应器顶盖5的中心进入反应器内，与雾化喷洒器4相连，进水管6到污水池15之间分别设有水流量监控器7和水阀17，出水管8到净水池16之间设有水阀18，污水池15的液面高于净水池16的液面，污水池15的液面到反应器顶端之间的高度差小于10.33米，反应器法兰9比净水池16的液面高5米以上。区别于其他等离子体水处理装置在大气压条件放电，本发明装置在低气压条件下放电激发大体积、扩散性强的高活性等离子体，实验证明，弥散的等离子体填充满高压电极与反应器壁之间的空间，放电激发等离子体的效率和处理水的效率都有大幅度高；并且，通过合理设置反应器与污水池和净水池中液面的相对高度，使污水在负压力作用下被吸进反应器内，污水经等离子体净化后，在重力作用下流进净水池，无需水循环动力，只要一台真空泵就能同时维持反应器内的低气压环境和反应器内外水循环的畅通。一方面提高了放电激发等离子体的电能利用率和水处理效率，另一方面也省去了强排式水泵，进一步降低系统能耗。

所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的反应器底端比净水池液面高5米以上，预留足够的高度差的目的是使出水管中有足够的水柱垂直高度来平衡反应器内外压力差，使净水池中的水不会被吸进反应器。由于反应器内气压远低于外界的大气压，按照常规思路，使用强排式水泵抽出反应器内净水的话，即使采用大功率的强排式水泵也难以实现。通过将反应器设置于净水池液面之上足够高度，比如10.33米高，即使反应器内气压远低于大气压，净水池中的水被倒吸入出水管中形成的水柱高度也不会超过10.33米，所以，不会进入反应器中，这时，水柱的重力正好与反应器内外压力差平衡，在反应器内外压力差不变的情况下，水柱的高度也不会变化，如果反应器中不断有水注入出水管中，就会有相应量的水从出水管中排入净水池，从而实现无动力将水从低气压的反应器内向大气压环境排放。反应器底端至少要高出净水池液面多少垂直高度，取决于反应器内外压力差，反应器内外压力差的理论最大值是一个大气压，对应10.33米水柱高度，因此，预留10.33米的水柱高度就已经足够，高于10.33米虽无必要性，但是，也不影响净水排出功能和反应器内气压。

所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的污水池液面比反应器顶端低10.33米以内，或者污水池液面比反应器顶端高，使污水池液面到反应器顶端的水柱所受重力小于反应器内外压力差，保证污水能在负压力作用下被吸进反应器，无需动力就可将水注入反应器内。由于反应器内外的压力差小于一个大气压，因此，反应器顶端不应该高于污水池液面10.33米以上。

所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的污水池的液面高于净水池的液面，在负压力作用下只有污水池中的水会被吸进反应器，而净水池中的水不仅不会被吸进反应器中，反应器中的水还会在重力作用下流入净水池。

所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的反应器内压强小于0.1MPa。其他等离子体水处理装置均未能解决低气压环境与水循环、能耗之间的矛盾，因此都是采用大气压放电等离子体。本发明装置在低气压条件下实现了无动力水循环，解决了低气压环境与水循环、能耗之间的矛盾，实现了低气压放电激发等离子体在水处理中的应用。

所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的反应器底端比净水池的液面高5米以上，出水管中高出净水池液面的水柱所受重力，正好与反应器内外压力差保持平衡，因此，从反应器流入出水管的水会挤压出管中等量的水进入净水池中，实现了水从低气压的反应器内向高气压外界自然排出而无需动力。

所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的高压电极位于圆柱形反应器轴线上，金属反应器壁与放电电源共地，作为气体放电的另一个放电电极。放电产生的等离子体填充满两电极之间的空间，配合电压和电极间距调节，可获得需要的等离子体体积。由于在低气压条件下放电，不易于产生电弧，所以，两电极之间无需任何介质层来限制电流，区别于大气压放电常常采用介质层隔离两放电电极的限制电流的方式。

所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的放电电源是直流电源、交流电源、高频高压电源、射频电源、或者微波电源中的一种。在低气压条件下，采用电容式放电结构，电极之间无介质阻挡，因此，适用直流放电、交流放电、高频放电、射频放电和微波放电多种放电形式激发等离子体，并且可以在0.1Pa-0.1MPa气压范围内激发等离子体，而大气压放电等离子体水处理装置和方法只适用高频高压的介质阻挡放电形式产生非平衡等离子体，如果大气压放电不用介质阻挡结构，则极易产生电弧放电，只能产生热平衡等离子体。

如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述反应器是垂直放置的，使雾化喷洒器喷出的水珠自由落体式飞过等离子体柱。水珠自由落体式经过等离子体柱时，二者的接触界面最大化，利于提高净化效率。

所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的抽气管设置于反应器顶部一侧，高于雾化喷洒器。抽气口高于雾化喷洒器的目的是避免从雾化喷洒器喷出的水直接被抽气气流带进真空泵。

所述的低气压放电等离子体水处理方法，其处理步骤是：通过气镇阀12调节混入抽气管11中的空气流量，启动真空泵14，真空泵连续不断地抽出反应器3内的气体，使反应器3内处于低气压状态，真空泵抽速要大于反应器内水蒸发速度，才能维持反应器内气压低于饱和蒸气压。气镇阀的作用是往抽气管中注入空气，在保证反应器内达到所需气压的前提下，稀释进入真空泵内气体的湿度，可延长真空泵寿命；启动放电电源1，放电电源输出高电压到高压电极2上，高压电极2对接地的反应器3的金属器壁放电，在反应器3的金属器壁与高压电极2之间的空间产生等离子体柱，电容式放电的电极结构简单，电极寿命长，适用直流、交流、高频、射频，甚至微波放电方式激发等离子体，并且，放电的工作气压范围宽；打开进水阀17，并通过水流量监控器调节污水流量，在负压力作用下，污水从污水池15倒吸进入反应器3内,污水经过雾化喷洒器4向下喷洒，洒落的污水经过等离子体时，完全浸没在等离子体中，二者反应界面大，污水中的污染物质被等离子体氧化、降解，病菌被杀灭，基本上可以一次完成净化，无需多次循环处理，这是其他等离子体水处理装置做不到的。大气压放电等离子体水处理设备基本上都是采用封闭池内多次循环间断式处理，才能达到净化目的，难以实现大规模化处理；经等离子体处理后的净水在重力作用下流入出水管8；打开出水阀18，净水流入净水池16；处理过程中，反应器内气压维持稳定，出水管中高于净水池液面的水柱垂直高度也保持不变，因此，有多少污水经反应器处理后流入出水管，就有相应量的净水从出水管中排入净水池，反应器内与外界始终保持着不间断的水循环；在不断有污水流进和净水流出反应器的条件下，真空泵连续抽出反应器内气体，反应器内始终保持低气压环境。

大气压等离子体水处理方法，或者在水中放电、或者在水平上放电、或者等离子体射流喷向水面，等离子体体积小、活性低、扩散性差、等离子体与水的接触界面小，因此，水处理能耗高、效果不佳。本发明是低气压条件放电激发大体积、扩散性强的高活性等离子体，放电激发等离子体的效率和处理水的效率显著高于大气压放电等离子体水处理装置及方法；在低气压条件下实现了无动力水循环，解决了低气压环境与水循环、能耗之间的矛盾，只要一台真空泵就能同时维持反应器内的低气压环境和反应器内外水循环的畅通；雾化水珠完全浸没在等离子体中，细小的水珠有较大的比表面积，与等离子体有较大的接触界面，在水珠从雾化喷洒器喷出，经过长程的等离子体柱时，与等离子体有充分的反应时间，从而保证了污水的净化效率和处理能效，因而，基本上可以一次完成净化，达到净化目标，无需多次循环处理，真正实现不连续间断处理，易于规模化处理。一方面提高了放电激发等离子体的电能利用率和水处理效率，另一方面也省去了强排式水泵，进一步降低系统能耗。

附图说明

图1、低气压放电等离子体水处理装置示意图。

图2、低气压放电等离子体水处理系统示意图。

图中1-放电电源，2-高压电极，3-反应器，4-雾化喷洒器，5-反应器顶盖，6-进水管，7-水流量监控器，8-出水管，9-反应器法兰，10-绝缘法兰，11-抽气管，12-气镇阀，13-气阀，14-真空泵，15-污水池，16-净水池，17-进水阀，18-出水阀。

具体实施方式1

本发明的具体实施例1的低气压放电等离子体水处理装置，如图1所示，所用放电电源（1）为带阻抗自动匹配模块的1000W射频电源；反应器（3）采用长1500mm，外径100mm，壁厚4mm的不锈钢管，底端与反应器法兰（9）焊接在一起，接缝处达到真空密封，反应器顶端同样焊接一个与反应器顶盖（5）配套的法兰；进水管（6）一端焊接到反应器顶盖（5）中心，接缝处达到真空密封，另一端连接水流量监控器（7），水流量监控器可以从1升/分钟到20升/分钟调节并实时监视水流量；采用工程塑料加工与反应器法兰（9）匹配的绝缘法兰（10）；高压电极（2）采用长1200mm，直径为25mm的不锈钢实心棒，底端开有深30mm的罗纹孔，通过氟橡胶密封圈和螺钉固定在绝缘法兰（10）的中心；出水管（8）与绝缘法兰（10）连接部分采用工程塑料加工；抽气管（11）一端焊接到反应器（3）顶端的一侧，接缝处达到真空密封，另一端有两个KF40标准快接法兰的开口，其中一个快接法兰与气镇阀（12）连接，另一个快接法兰通过KF40标准的不锈钢波纹管与气阀（13）连接；真空泵（14）采用2X-4旋片真空泵，抽速4升/秒；污水池（15）液面比反应器顶端低2米；净水池（16）比反应器底端法兰低11米。从反应器顶盖法兰到进水管最下端，以及从绝缘法兰到出水管最下端，均做到良好的真空密封。

对浓度90mg/L的罗丹明B水溶液进行退色处理的流程如下：

1、 启动真空泵，并调节气镇阀进气流量，使反应器内气压度小于10^-2MPa。

2、 启动射频电源，激发等离子体，维持1000W的射频输出功率，反射功率小于50W。

3、 分别开启出水管水阀和进水管水阀，调节水流量监控器，维持水流量为2升/分钟。

分别从污水池和净水池中提取样本进行透射率检测，污水样品透射率为20%，净水样品透射率为92%，实验表明，本发明对污水一次性处理效果显著，相当于同等功率和水处理量的大气压放电等离子体水处理装置和方法20-30分钟的处理效果。

具体实施方式2

按图2所示结构，将5个实施例1中（如图1所示）的单反应器装置并排组装成一个系统，其中，射频电源、真空组（包括真空泵、气阀、气镇阀和抽气管）、水流量监控器、污水池和净水池均为五个反应器所共用，因此，射频电源额定功率为5000W，真空泵为每秒抽速15升的2X-15，水流量监控器为5升/分钟到100升/分钟可调。水处理流程与具体实施方式1一样，结果也一致。

Claims (11)

1.一种低气压放电等离子体水处理装置，包括放电电源（1）、高压电极（2）、反应器（3）、雾化喷洒器（4）、反应器顶盖（5）、进水管（6）、水流量监控器（7）、出水管（8）、反应器法兰（9）、绝缘法兰（10）、抽气管（11）、气镇阀（12）、气阀（13）、真空泵（14）、污水池（15）、净水池（16）、进水阀（17）和出水阀（18）；其特征在于，放电电源（1）输出端接高压电极（2）的下端，放电电源与反应器（3）共地，高压电极（2）设在反应器（3）中轴线上，反应器底端的反应器法兰（9）下面设有绝缘法兰（10），高压电极（2）的底端垂直穿过并固定于绝缘法兰（10）的中心，高压电极（2）的顶端低于雾化喷洒器（4），绝缘法兰（10）的偏心位置设有出水管（8），反应器（3）顶部高于雾化喷洒器（4）的位置设有抽气管（11），抽气管（11）另一端接真空泵（14），真空泵（14）的抽气口上分别设有气镇阀（12）和气阀（13），反应器（3）顶端是反应器顶盖（5），进水管（6）穿过反应器顶盖（5）的中心进入反应器内，与雾化喷洒器（4）相连，进水管（6）到污水池（15）之间分别设有水流量监控器（7）和进水阀（17），出水管（8）到净水池（16）之间设有水阀（18），污水池（15）的液面高于净水池（16）的液面，污水池（15）的液面到反应器顶端之间的高度差小于10米，反应器法兰（9）比净水池（16）的液面高5米以上。

2.如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的反应器底端比净水池的液面高5米以上，出水管中高出净水池液面的水柱所受重力，正好与反应器内外压力差保持平衡,净水池中的水不会被吸进反应器。

3.如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的污水池液面比反应器顶端低10米以内，或者污水池液面比反应器顶端高，使污水池液面到反应器顶端的水柱所受重力小于反应器内外压力差，保证污水能在负压力作用下被吸进反应器。

4.如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的污水池的液面高于净水池的液面，处理过程中，污水池中的水不断流入反应器内，经等离子体处理后，流进净水池。

5.如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的反应器内压强小于0.1MPa。

6.如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的出水管位于反应器底端。

7.如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的放电电源是直流电源、交流电源、高频高压电源、射频电源、或者微波电源中的一种。

8.如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的高压电极位于圆柱形反应器轴线上，金属反应器壁与放电电源共地，作为气体放电的另一个放电电极。

9.如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述反应器是垂直放置的，使雾化喷洒器喷出的水珠自由落体式经过等离子体柱。

10.如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的抽气管设置于反应器顶部一侧，高于雾化喷洒器。

11.一种低气压放电等离子体水处理方法，其处理步骤是：通过气镇阀（12）调节混入抽气管（11）中的空气流量，启动真空泵，真空泵（14）连续不断地抽出反应器（3）内的气体，使反应器（3）内处于低气压状态；启动放电电源，放电电源（1）输出高电压到高压电极（2）上，高压电极（2）对接地的反应器（3）的金属器壁放电，在反应器（3）的金属器壁与高压电极（2）之间的空间产生等离子体柱；打开进水阀（17），并通过水流量监控器调节污水流量，在负压力作用下，污水从污水池（15）倒吸进入反应器(3)内,污水经过雾化喷洒器（4）向下喷洒，洒落的污水经过等离子体时，完全浸没在等离子体中，污水中的污染物质被等离子体氧化、降解，病菌被杀灭；经等离子体处理后的净水在重力作用下流入出水管（8）；打开出水阀（18），净水流入净水池（16）；处理过程中，反应器内气压维持稳定，出水管中高于净水池液面的水柱垂直高度也保持不变，因此，有多少污水经反应器处理后流入出水管，就有相应量的净水从出水管中排入净水池，反应器内与外界始终保持着不间断的水循环；在不断有污水流进和净水流出反应器的条件下，真空泵连续抽出反应器内气体，反应器内始终保持低气压环境。