CN105600869B - 一种采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置 - Google Patents

一种采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，它包括低温等离子产生装置、循环水泵、反应容器和设置在所述反应容器底部的储液容器，所述的反应容器包括反应容器壳体和固定在所述反应容器壳体上下两端的顶部板状电极和底部板状电极，所述的低温等离子产生装置包括高压脉冲电源和设在所述反应容器壳体内的多层线状电极；所述的多层线状电极包括多层自下而上依次间隔设置的线状电极固定架，所述的线状电极固定架上固定多个水平排列的线状电极，所述的线状电极连接所述的高压脉冲电源，所述的顶部板状电极和底部板状电极上分别设有进液孔。整个装置实用性强、能源利用率、处理效果好，在污水处理领域具有广阔的应用前景。

Description

一种采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置
技术领域
本发明属于水污染净化处理领域，具体涉及一种采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置。
背景技术
随着我国经济和社会的发展，水资源短缺和水环境污染日益突出并成为人们关注的焦点。近年来，各种工业生产带来的水污染越来越严重，污水的成分日益复杂，环保部门对水处理的要求也不断加强，传统生物处理技术已经难以满足目前的水质处理要求。
低温等离子技术是一种新兴的高级氧化技术，已经在环境领域得到利用。常用的人工产生低温等离子体的方法是高压放电，高压放电过程中形成了大量高能电子，产生·H、·OH、·O、·N、H2O2、O3等活性粒子，并伴随高温热解、紫外光降解、冲击波等效应，能有效降解各类有机物。
现有的等离子技术大多是在水面上的空气中放电，再将产生的活性粒子引入水中反应，这样会导致活性物质不能被充分利用；少数技术通过曝气设备通入空气后在水中直接放电，所需电压较高且产生活性粒子的效率较低。因此需要设计一种新的等离子体污水处理装置。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术提出的技术问题提供一种采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，解决传统电晕放电装置气液接触不充分、无法充分利用产生的活性粒子、去除效率低的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，它包括低温等离子产生装置、循环水泵、反应容器和设置在所述反应容器底部的储液容器，所述的反应容器包括反应容器壳体和固定在所述反应容器壳体上下两端的顶部板状电极和底部板状电极，所述的低温等离子产生装置包括高压脉冲电源和设在所述反应容器壳体内的多层线状电极；所述的多层线状电极包括多层自下而上依次间隔设置的线状电极固定架，所述的线状电极固定架上固定多个水平排列的线状电极，所述的线状电极连接所述的高压脉冲电源，所述反应容器壳体上部的侧壁上设有通气孔用于空气与反应容器内的多层线状电极和液体进行接触，所述的顶部板状电极和底部板状电极上分别设有进液孔，设在所述顶部板状电极上的进液孔中安装有喷嘴，所述的喷嘴通过循环水泵连通所述储液容器的液体循环孔，所述的反应容器通过设在所述底部板状电极上的进液孔连通所述的储液容器。接通高压脉冲电源，线状电极和板状电极之间产生电晕放电生产等离子体，待处理液体从喷嘴进入形成液滴，等离子体与液滴混合，去除水中的污染物质，当出水水质不符合要求时，启动循环水泵进行循环多次处理。
所述的喷嘴通过橡胶圈固定在所述顶部板状电极的进液孔中。
所述的顶部板状电极和底部板状电极为钢制或铜制，厚度为0.2～0.6cm，并分别通过螺纹连接的方式固定在所述反应容器壳体的上下两端。
所述的多层线状电极包括三层线状电极固定架，各层所述的线状电极固定架以5～10mm为间隔垂直布置，顶层的线状电极固定架与顶部板状电极之间的间隔为8～12mm，底层的线状电极固定架与底部板状电极之间的间隔为8～12mm。所述的线状电极为铜制，电极横截面积为2～5mm。
所述的线状电极固定架固定在所述反应容器壳体的内壁上。优选的，所述线状电极固定架的四个端点通过连接系在所述反应容器壳体内壁上的尼龙绳保持固定。
所述的线状电极通过绝缘塞连接所述的高压脉冲电源。
所述喷嘴的类型为雾化喷嘴，所述喷嘴的材质为非导体材料，所述喷嘴的雾化角度不低于120°，所述喷嘴的流量和压力根据待处理液体的性质选定。
所述反应容器壳体的横截面为矩形，其材质为工程塑料。
所述的储液容器上还设有取样口、进液口和排液口。所述储液容器为圆柱形结构，材质为工程塑料。
所述的高压脉冲电源的输出电压为10～20kV，输出电流为300～400A，输出脉冲频率为200～400脉冲每秒，脉冲持续时间为10ns。
所述反应容器壳体的每个侧面上部至少对称设置6个通气孔，所述通气孔的直径为0.2～0.5cm。
设在所述底部板状电极上的进液孔的孔径和空间布置根据所述的喷嘴的流量和雾化角度选定。
所述的循环水泵的参数根据待处理液体的性质选定。
本发明的有益效果：
1.通过雾化喷头对待处理污水进行雾化，可以增加污水与等离子体的接触面积，提高等离子的降解效率。
2.采用多层线板放电，相对于单层线板放电，产生的等离子更加均匀，放电效率更高，能产生更多活性物质，提高降解效果。
3.采用循环水泵，能根据出水水质灵活调整，但水质不符合要求时可进行循环多次处理。
附图说明
图1为采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置的示意图。
图2为采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置的多层线板电极的俯视图。
其中，1―雾化喷嘴，2―顶部板状电极，3—进液孔，4―橡胶圈，5―螺栓，6―通气孔，7―反应容器壳体，8―尼龙绳，9―线状电极，10―线状电极固定架，11―多层线状电极，12―绝缘塞，13―进液孔，14―底部板状电极，15―储液容器，16―进液口，17―液体循环孔，18―排液口，19―取样口，20―循环水泵，21―高压脉冲电源
具体实施方式
如图1所示，一种采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，它包括低温等离子产生装置、循环水泵20、反应容器和设置在所述反应容器底部的储液容器15，所述的反应容器包括反应容器壳体7和固定在所述反应容器壳体7上下两端的顶部板状电极2和底部板状电极14，所述的低温等离子产生装置包括高压脉冲电源21和设在所述反应容器壳体7内的多层线状电极11；所述的多层线状电极11包括多层自下而上依次间隔设置的线状电极固定架10，所述的线状电极固定架10上固定多个水平排列的线状电极9，所述的线状电极9连接所述的高压脉冲电源21，所述反应容器壳体7上部的侧壁上设有通气孔6用于空气与反应容器内的多层线状电极11和液体进行接触，所述的顶部板状电极2和底部板状电极14上分别设有进液孔(3、13)，设在所述顶部板状电极2上的进液孔3中安装有雾化喷嘴1，所述的雾化喷嘴1通过循环水泵20连通所述储液容器15的液体循环孔17，所述的反应容器通过设在所述底部板状电极14上的进液孔13连通所述的储液容器15。接通高压脉冲电源21，线状电极9和板状电极之间产生电晕放电生产等离子体，待处理液体从雾化喷嘴1进入形成液滴，等离子体与液滴混合，去除水中的污染物质，当出水水质不符合要求时，启动循环水泵进行循环多次处理。作为一种优选技术方案，所述的雾化喷嘴1通过橡胶圈4固定在所述顶部板状电极2的进液孔3中。所述的顶部板状电极2和底部板状电极14为钢制或铜制，厚度为0.4cm，并分别通过螺栓5固定在所述反应容器壳体7的上下两端。
作为进一步的优选技术方案，所述的多层线状电极包括三层线状电极固定架10，各层所述的线状电极固定架以5～10mm为间隔垂直布置，顶层的线状电极固定架10与顶部板状电极2之间的间隔为10mm，底层的线状电极固定架10与底部板状电极14之间的间隔为10mm。所述的线状电极9为铜制，电极横截面积为2～5mm。所述线状电极9之间的水平间距为1cm。
所述线状电极固定架10的四个端点通过连接系在所述反应容器壳体7内壁上的尼龙绳8保持固定。
所述的线状电极9通过绝缘塞12连接所述的高压脉冲电源21。
所述的雾化喷嘴1的雾化角度不低于120°。所述雾化喷嘴1的材质为非导体材料，所述雾化喷嘴1的流量和压力根据待处理液体的性质选定。
所述反应容器壳体7的横截面为矩形，其材质为工程塑料。
所述的储液容器15上还设有取样口19、进液口16和排液口18。所述的储液容器15为圆柱形结构，材质为工程塑料，所述的取样口19通过注射针头取样。
所述的高压脉冲电源21的输出电压为10～20kV，输出电流为300～400A，输出脉冲频率为200～400脉冲每秒，脉冲持续时间为10ns。
所述反应容器壳体7的每个侧面上部至少对称设置6个通气孔6，所述通气孔6的直径为0.2～0.5cm。
所述顶部板状电极2和底部板状电极14为边长5cm，厚0.4cm的正方形钢板或者铜板。所述的线状电极9为长3cm，横截面积2～5mm的铜制导线。所述的顶部板状电极2和底部板状电极14均接地。所述的储液容器15为圆柱形结构，容量为500mL，具体尺寸为内径8cm，外径9cm，高10cm。储液容器15上的反应容器壳体7的形状为方形，具体尺寸为内边长5cm，外边长5.5cm，高4.3cm。
设在所述底部板状电极14上的进液孔13的孔径和空间布置根据所述的喷嘴的流量和雾化角度选定。所述的循环水泵20的参数根据待处理液体的性质选定。
采用本发明的装置净化处理污染水体的过程原理如下：预处理的水体通过设在储液容器15上的进液口16进入储液容器15中，循环水泵20将储液容器15中的溶液通过软管输送到雾化喷嘴1，由于雾化喷嘴1的作用，溶液雾化成小液滴，与此同时，将高压脉冲电源21与线状电极9相连接，在高压脉冲电源21的作用下，线状电极9和板状电极之间产生等离子电场，而通过通气孔6进入的氧气和小液滴中水分子等物质受到激发产生大量的OH·、H·、O·和NO·，并进一步生产H2O2和O3等活性物质，这些活性物质与雾化溶液中的污染物分子产生强烈地氧化反应，并伴有强烈的紫外光和高温，从而实习污染物的去除。当反应容器壳体7中的污染物被等离子降解时，可以在取样口19用注射针抽取水样检测降解效果，当降解效果不符合预期时，使循环水泵20保持开启，重复处理待处理溶液，当降解完成后停止循环水泵20，打开排液口18，排出废水。反应中的高压脉冲电源21和循环水泵20均可调，可针对不同的水质和处理要求灵活处理，从而实现对污水的高效处理。
该处理装置具有操作简单、安装方便、设备投资小、处理成本低、适用范围广、处理速度快、效率高等优点，尤其是对难降解的高浓度有机废水效果较为显著，同时相比于传统的等离子体净水方法能耗大为降低，具有可观的潜在应用前景，有望在今后的水体污染处理工艺中得到广泛的推广和运用。

Claims (9)

1.一种采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，它包括低温等离子产生装置、循环水泵、反应容器和设置在所述反应容器底部的储液容器，其特征在于：所述的反应容器包括反应容器壳体和固定在所述反应容器壳体上下两端的顶部板状电极和底部板状电极，所述的低温等离子产生装置包括高压脉冲电源和设在所述反应容器壳体内的多层线状电极；所述的多层线状电极包括多层自下而上依次间隔设置的线状电极固定架，所述的线状电极固定架上固定多个水平排列的线状电极，所述的线状电极连接所述的高压脉冲电源，所述反应容器壳体上部的侧壁上设有通气孔，所述的顶部板状电极和底部板状电极上分别设有进液孔，设在所述顶部板状电极上的进液孔中安装有喷嘴，所述的喷嘴通过循环水泵连通所述储液容器的液体循环孔，所述的反应容器通过设在所述底部板状电极上的进液孔连通所述的储液容器。
2.根据权利要求1所述的采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，其特征在于：所述的喷嘴通过橡胶圈固定在所述顶部板状电极的进液孔中。
3.根据权利要求1所述的采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，其特征在于：所述的顶部板状电极和底部板状电极为钢制或铜制，厚度为0.2～0.6cm，并分别通过螺纹连接的方式固定在所述反应容器壳体的上下两端。
4.根据权利要求1所述的采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，其特征在于：所述的多层线状电极包括三层线状电极固定架，各层所述的线状电极固定架以5～10mm为间隔垂直布置，顶层的线状电极固定架与顶部板状电极之间的间隔为8～12mm，底层的线状电极固定架与底部板状电极之间的间隔为8～12mm。
5.根据权利要求1所述的采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，其特征在于：所述的线状电极固定架固定在所述反应容器壳体的内壁上。
6.根据权利要求1所述的采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，其特征在于：所述的线状电极通过绝缘塞连接所述的高压脉冲电源。
7.根据权利要求1或2所述的采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，其特征在于：所述的喷嘴为雾化喷嘴，雾化角度不低于120°。
8.根据权利要求1所述的采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，其特征在于：所述反应容器壳体的横截面为矩形。
9.根据权利要求1所述的采用多层线板电极的电晕放电等离子体污水处理装置，其特征在于：所述的储液容器上还设有取样口、进液口和排液口。
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