CN104772005B - 导电炭结合等离子体放电浓缩降解有机污染物装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导电炭结合等离子体放电浓缩降解有机污染物装置及方法。并联设有两个以上相同结构的第N‑1反应腔、第N反应腔，其中，第N‑1反应腔内从上到下顺次设有有高压金属网电极、导电炭、低压金属网电极、气流分布板；高压金属网电极经切换器与高压电极相连，切换器用于控制高压金属网电极的通断，低压金属网电极与低压电极相连，第N‑1反应腔、第N反应腔上端与出气管路相连，第N‑1反应腔、第N反应腔下端分别经与第N‑1气体流量电控阀、第N气体流量电控阀与进气管路相连。本发明克服了低浓度有机污染物处理的难点；同时，在较低能耗下利用导电炭为介质实现了等离子体放电，并对导电炭进行了再生。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电炭结合等离子体放电浓缩降解有机污染物装置及方法，属于等离子体放电领域与环境污染物处理领域。
背景技术
有机污染物（如苯、甲醛等）是生产生活中常见的污染物，其存在会影响人体健康，在生产过程中也可能会发生腐蚀设备、堵塞管道等危害。
等离子体放电通过放电激发出大量高能活性粒子，与目标分子之间发生碰撞，可起到破坏分子结构的作用，能够对污染物起到降解作用。当前应用较多的介质阻挡等离子放电方法存在能耗较高等问题。
活性炭具有很强的吸附作用，可将有机污染物吸附于孔隙中，吸附一定量的有机污染物后，活性炭会达到饱和状态，需要进行更换和再生。活性炭再生通常采用热法，能耗较大，且再生与再活化过程较为复杂。
发明内容
本发明针对低浓度有机污染物处理方式的不足，提供一种导电炭结合等离子体放电浓缩降解有机污染物装置及方法。
导电炭结合等离子体放电浓缩降解有机污染物装置包括高压金属网电极、导电炭、第N-1反应腔、低压金属网电极、气流分布板、第N-1气体流量电控阀、进气管路、单片机工控板、第N气体流量电控阀、第N反应腔、低压电极、高压等离子协同电源、高压电极、切换器、出气管路；并联设有两个以上相同结构的第N-1反应腔、第N反应腔，其中，第N-1反应腔内从上到下顺次设有有高压金属网电极、导电炭、低压金属网电极、气流分布板；高压金属网电极经切换器与高压电极相连，切换器用于控制高压金属网电极的通断，低压金属网电极与低压电极相连，高压电极、低压电极由高压等离子体电源供电；第N-1反应腔、第N反应腔上端与出气管路相连，第N-1反应腔、第N反应腔下端分别经与第N-1气体流量电控阀、第N气体流量电控阀与进气管路相连，第N-1气体流量电控阀、第N气体流量电控阀、切换器由单片机工控板控制。
导电炭结合等离子体放电浓缩降解有机污染物方法是：将具有高比表面积高导电性的导电炭填充于反应腔内，低压金属网电极与高压金属网电极起到承托与约束作用，将含有低浓度有机污染物的混合气体通过导电炭床层，导电炭通过其优良的孔隙率对有机污染物进行吸附浓缩；吸附完成后，由进气管路通入0.15～0.25MPa压力的水蒸气、氧气与氮气混合气体，气流分布板使气体均匀进入反应腔，通过单片机工控板控制第N-1气体流量电控阀、第N气体流量电控阀开度，使反应腔两端出现规律性压差变化，导电炭被吹起至腔体上部后均匀落下，低压电极与高低压电极由高压等离子体电源供电，低压电极与低压金属网电极相连，高压电极由切换器分为两路，分别与反应腔的高压金属网电极相连，由单片机工控板控制电极间的切换，在导电炭均匀下落时，切换该反应腔内的高压电极为导通态，在高压电的作用下导电炭颗粒间被击穿，在反应腔内形成放电体，产生等离子体并激发大量活性基团，使导电炭吸附的有机污染物在这一过程中析出并降解，同时导电炭得到再生。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1. 利用导电炭良好的多孔性和导电性，对低浓度有机污染物进行吸附，使有机污染物浓缩于导电炭中，再通过等离子体放电使有机污染物脱附、降解。该装置能够对低浓度的有机污染物进行浓缩后处理，降低了低浓度有机污染物处理难度与处理能耗。
2. 通过调节阀门气流量，实现了反应腔两端压差的循环变化，与导电炭的床层阻力相互作用，使导电炭在较小气体流量下呈现有规律的流动，并通过在反应腔两端施加电压实现了等离子体放电。通过多腔体并联协同工作，可抵消电压与气流变化引起的波动，使整个装置稳定运行。该等离子体放电过程十分密集，且与介质阻挡放电相比能耗极小。
3. 炭颗粒上的有机污染物在焦耳热等因素的作用下从炭颗粒表面脱附，并与等离子放电产生的大量活性基团碰撞，发生裂解、氧化等降解反应。在这一过程中，导电炭得到再生。该装置可对导电炭进行循环利用。
附图说明
图1 是导电炭结合等离子放电体浓缩降解有机污染物装置结构示意图；
图2 是本发明实施例的工况示意图；
图中：高压金属网电极1、导电炭2、第一反应腔3、低压金属网电极4、气流分布板5、第一气体流量电控阀6、进气管路7、单片机工控板8、第二气体流量电控阀9、第二反应腔10、低压电极11、高压等离子协同电源12、高压电极13、切换器14、出气管路15。
具体实施方式
如图1所示，导电炭结合等离子体放电浓缩降解有机污染物装置包括高压金属网电极1、导电炭2、第N-1反应腔3、低压金属网电极4、气流分布板5、第N-1气体流量电控阀6、进气管路7、单片机工控板8、第N气体流量电控阀9、第N反应腔10、低压电极11、高压等离子协同电源12、高压电极13、切换器14、出气管路15；并联设有两个以上相同结构的第N-1反应腔3、第N反应腔10，其中，第N-1反应腔3内从上到下顺次设有有高压金属网电极1、导电炭2、低压金属网电极4、气流分布板5；高压金属网电极1经切换器14与高压电极13相连，切换器14用于控制高压金属网电极的通断，低压金属网电极4与低压电极11相连，高压电极13、低压电极11由高压等离子体电源12供电；第N-1反应腔3、第N反应腔10上端与出气管路15相连，第N-1反应腔3、第N反应腔10下端分别经与第N-1气体流量电控阀6、第N气体流量电控阀9与进气管路7相连，第N-1气体流量电控阀6、第N气体流量电控阀9、切换器14由单片机工控板8控制。
导电炭结合等离子体放电浓缩降解有机污染物方法是：将具有高比表面积高导电性的导电炭2填充于反应腔3内，低压金属网电极4与高压金属网电极1起到承托与约束作用，将含有低浓度有机污染物的混合气体通过导电炭2床层，导电炭通过其优良的孔隙率对有机污染物进行吸附浓缩；吸附完成后，由进气管路7通入0.15～0.25MPa压力的水蒸气、氧气与氮气混合气体，气流分布板5使气体均匀进入反应腔，通过单片机工控板8控制第N-1气体流量电控阀6、第N气体流量电控阀9开度，使反应腔两端出现规律性压差变化，导电炭2被吹起至腔体上部后均匀落下，低压电极11与高低压电极13由高压等离子体电源12供电，低压电极11与低压金属网电极4相连，高压电极13由切换器14分为两路，分别与反应腔的高压金属网电极1相连，由单片机工控板8控制电极间的切换，在导电炭均匀下落时，切换该反应腔内的高压电极13为导通态，在高压电的作用下导电炭颗粒间被击穿，在反应腔内形成放电体，产生等离子体并激发大量活性基团，使导电炭吸附的有机污染物在这一过程中析出并降解，同时导电炭得到再生。
如图2所示，图中：以2秒为一周期，通过气体流量电控阀分别控制1号腔体和2号腔体内的气体流量，使流量呈现周期性波动。两个腔体的波动呈现1.5秒的时间差。通过电压切换器14控制1号腔体两端电压通断，取气流减小期内一段时间通电，使电压与气流耦合，从而使装置内发生放电反应。
Claims (2)
1.一种导电炭结合等离子体放电浓缩降解有机污染物装置，其特征在于：包括金属网高压电极（1）、导电炭（2）、第N-1反应腔（3）、金属网低压电极（4）、气流分布板（5）、第N-1气体流量电控阀（6）、进气管路（7）、单片机工控板（8）、第N气体流量电控阀（9）、第N反应腔（10）、低压电极（11）、等离子协同高压电源（12）、高压电极（13）、切换器（14）、出气管路（15）；并联设有两个以上相同结构的第N-1反应腔（3）、第N反应腔（10），其中，第N-1反应腔（3）内从上到下顺次设有高压金属网电极（1）、导电炭（2）、低压金属网电极（4）、气流分布板（5）；高压金属网电极（1）经切换器（14）与高压电极（13）相连，切换器（14）用于控制高压金属网电极的通断，低压金属网电极（4）与低压电极（11）相连，高压电极（13）、低压电极（11）由高压等离子体电源（12）供电；第N-1反应腔（3）、第N反应腔（10）上端与出气管路（15）相连，第N-1反应腔（3）、第N反应腔（10）下端分别经与第N-1气体流量电控阀（6）、第N气体流量电控阀（9）与进气管路（7）相连，第N-1气体流量电控阀（6）、第N气体流量电控阀（9）、切换器（14）由单片机工控板（8）控制。
2.一种使用如权利要求1所述装置的导电炭结合等离子体放电浓缩降解有机污染物方法，其特征在于：将具有高比表面积高导电性的导电炭（2）填充于反应腔（3）内，低压金属网电极（4）与高压金属网电极（1）起到承托与约束作用，将含有低浓度有机污染物的混合气体通过导电炭（2）床层，导电炭通过其优良的孔隙率对有机污染物进行吸附浓缩；吸附完成后，由进气管路（7）通入0.15～0.25MPa压力的水蒸气、氧气与氮气混合气体，气流分布板（5）使气体均匀进入反应腔，通过单片机工控板（8）控制第N-1气体流量电控阀（6）、第N气体流量电控阀（9）开度，使反应腔两端出现规律性压差变化，导电炭（2）被吹起至腔体上部后均匀落下，低压电极（11）与高压电极（13）由高压等离子体电源（12）供电，低压电极（11）与低压金属网电极（4）相连，高压电极（13）由切换器（14）分为两路，分别与反应腔的高压金属网电极（1）相连，由单片机工控板（8）控制电极间的切换，在导电炭均匀下落时，切换该反应腔内的高压电极（13）为导通态，在高压电的作用下导电炭颗粒间被击穿，在反应腔内形成放电体，产生等离子体并激发大量活性基团，使导电炭吸附的有机污染物在这一过程中析出并降解，同时导电炭得到再生。
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