CN107010603A - 一种用于水处理的臭氧发生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水处理的臭氧发生装置及方法，所述装置包括臭氧产生区、气体分配区、外部电源和外部气源。所述臭氧产生区包括底部和顶部两个圆板电极和一个圆形水槽，其主要特征在于：所述顶部圆板电极分布有筛网状通气孔；所述圆形水槽作为待处理溶液的存储容器，同时也作为放电阻挡介质以降低焦耳热效应引起的能量损耗；所述臭氧产生区同时也是待处理溶液的流通管道；所述外部气源为空气，由空气压缩机产生并提供，空气通过导气管进入所述气体分配区，再由所述顶部圆板电极分配至所述臭氧产生区。本装置产生的臭氧浓度可通过电源电参数及空气流速进行调节，并针对不同成分及流量的水溶液可提供不同的设计参数及工作参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种臭氧发生装置及方法，具体为用于水处理的在溶液中直接放电产生臭氧的臭氧发生装置及方法。
背景技术
臭氧常温下为无色气体，有一股特殊的草腥味，有极强的氧化能力，稳定性极差，常温下可自行分解为氧气。臭氧作为消毒剂具有广泛的用途，不仅可以快速灭活各种细菌和病毒，杀灭效果也远比传统的水处理方式和医疗上常用的氯等消毒剂要好得多。臭氧可用于水果、蔬菜、肉类等食品的消毒、保鲜，用于对空气的净化、除臭等。臭氧作为氧化能力最强的氧化剂之一，还能去除污水中的锰、铅、镉、汞等重金属离子，并氧化分解许多有毒有害的有机物和无机物，在水处理等领域有着广泛的应用，尤其是对色度深、有恶臭难降解的废水作用效果更加明显。臭氧由于分解后成为氧气，不会产生二次污染。在许多国家，臭氧被广泛应用于消毒饮用水、空气净化、食品加工、医疗卫生、水产养殖等领域。如欧美国家的自来水厂应用臭氧已达到普及程度，矿泉水、纯净水厂家几乎都装备了臭氧设备；美国自上世纪70年代初开始利用臭氧处理生活污水，主要是为了灭菌消毒、去除污染物、脱色等达到排放标准；日本则在缺水地区将污水用臭氧处理后作为中水使用；美、日、德、法等国家近年来都建立了大规模的臭氧污水处理厂。
由于臭氧是一种不稳定的气体，不能储存运输，因而臭氧必须在使用现场发生制备，人工产生臭氧的方法，主要有电化学法、光化学法及高压放电法。电化学法是利用直流电源电解含氧电解质（纯净水）产生臭氧的方法，这种发生器能制取高浓度的臭氧水，制造成本低，使用和维修简单，但由于存在臭氧产量无法做大、电极使用寿命短、臭氧不容易收集等缺点，其用途范围受到限制。光化学法是利用紫外线促使氧分子分解并聚合成臭氧的方法。高压放电方法是模仿自然界雷电产生臭氧的方法，通过人为的交变高压电场在气体中产生电晕、电弧、火花等放电，使空气中的氧气分子电离成单个的氧原子经碰撞聚合成三原子的臭氧分子。这种高压放电型的臭氧发生器使用最广，效率最高，在水处理领域已有较多应用。
在目前水处理的工程实例中，通常是在臭氧发生器中通入空气并放电获得臭氧，再经过管道导入待处理的溶液中。放电产生的活性物质中大部分活性氧的寿命较短，如臭氧经过管道流通后会产生分解等损耗，羟基自由基·OH的寿命只在纳秒时间量级，在迁移和扩散过程中容易衰减或者消亡，从而经过管道传输后臭氧等活性物质含量降低导致利用效率降低并增加了电能消耗。并且由于臭氧导入溶液后扩散范围很小而在溶液中分布不均，导致整体处理效果不够理想；由于臭氧发生器和待处理溶液相对独立导致设备复杂且占用空间较大，对于放电较强的反应器由于温度较高还需配套冷却系统。
目前也有一些水中直接放电进行水处理的实例，能在一定程度上提高活性物质的利用效率，但通常是用曝气器将空气导入溶液中，导致空气在放电区中分布不均匀而放电区域较小、效率较低。因此针对目前已有水处理用臭氧发生装置的缺点，需要一种新型、高效、简单的处理装置和处理系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、高效的水处理用臭氧发生装置及方法，简化处理系统，降低臭氧等活性物质传输损耗并使其均匀分布于待处理溶液中，增大臭氧等活性物质在溶液中的覆盖面，提高其利用效率。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：本发明所涉及用于水处理的臭氧发生装置包括臭氧产生区、气体分配区、外部电源和外部气源；所述臭氧产生区包括两个圆板电极和一个圆形水槽，所述两个圆板电极分别为底部圆板电极和顶部圆板电极，所述顶部圆板电极分布有筛网状通气孔，所述两个圆板电极中任意一个接地则另一个接高电压，所述两个圆板电极分别通过电极上的接线柱连接到所述外部电源的两极；所述圆形水槽作为待处理溶液的存储容器，所述圆形水槽的两端分别设有进水口和出水口供待处理溶液的流通；所述气体分配区包括绝缘封盖和所述顶部圆板电极，所述绝缘封盖用于封闭所述气体分配区并固定所述顶部圆板电极，所述绝缘封盖设有包含止流阀的进气口；所述气体分配区和所述圆形水槽壁之间可留适当缝隙用作尾气出口；所述外部电源为5kHz~30kHz的交流电源或脉冲电源；所述外部气源为空气，由空气压缩机产生并提供，空气通过导气管进入所述气体分配区，再由所述顶部圆板电极分配至所述臭氧产生区。
用于水处理的臭氧发生装置，其特征在于：所述两个圆板电极为直径5~800mm的金属圆板电极，实际加工尺寸可根据待处理溶液流量及外部电源功率来确定；所述顶部圆板电极和所述圆形水槽底部的距离为1~10mm，所述外部电源的输出电压值越高则可采用的距离越大；所述顶部圆板电极上均匀分布有0.5~5mm的网孔，所述网孔可以为圆孔、方孔或六边形孔，使气体进入溶液后能充分均匀分布于溶液中，提高放电效率；所述圆形水槽为玻璃材质容器，作为待处理溶液的存储容器，同时也作为放电阻挡介质以降低焦耳热效应引起的能量损耗；所述臭氧产生区同时也是待处理溶液的流通管道。
空气在一定压强作用下由所述气体分配区进入所述臭氧产生区中与待处理溶液充分混合，且分布均匀、覆盖面广，融入溶液的空气在高电压作用下放电产生臭氧等活性物质直接作用于溶液而达到高效水处理的目的，同时所述圆形水槽作为放电阻挡介质可以降低焦耳热效应引起的能量损耗。本装置能在空气作为所述外部气源时稳定工作，本装置产生的臭氧浓度可通过电源电参数及空气流速进行调节，并针对不同成分及流量的水溶液可提供不同的设计参数及工作参数。
本装置中臭氧直接在待处理溶液中产生，结构简单且臭氧利用效率高。并且由于本装置在高电压作用下只需空气驱动即可放电产生臭氧进行水处理，而空气成本低、无污染且容易获得，因此本发明将提供一种简单、高效且无污染的水处理臭氧发生装置，尤其适合于水体消毒杀菌及难降解污染废水的处理。
附图说明
图1为用于水处理的臭氧发生装置结构示意图。
图2为顶部圆板电极平面结构示意图。
具体实施方式
如图1所示。本发明所涉及用于水处理的臭氧发生装置包括臭氧产生区1、气体分配区2、外部电源3和外部气源4；所述臭氧产生区1包括两个圆板电极和一个圆形水槽7，所述两个圆板电极分别为顶部圆板电极5和底部圆板电极6，所述顶部圆板电极5分布有如图2所示的筛网状通气孔，所述两个圆板电极5和6中任意一个接地则另一个接高电压，所述两个圆板电极5和6分别通过电极上的接线柱11和12连接到所述外部电源3的两极；所述圆形水槽7作为待处理溶液的存储容器，所述圆形水槽7的两端分别设有进水口8和出水口9供待处理溶液的流通；所述气体分配区2包括绝缘封盖10和所述顶部圆板电极5，所述绝缘封盖10用于封闭所述气体分配区2并固定所述顶部圆板电极5，所述绝缘封盖10设有包含止流阀13的进气口；所述气体分配区2和所述圆形水槽7壁之间可留适当缝隙用作尾气出口；所述外部电源3为5kHz~30kHz的交流电源或脉冲电源；所述外部气源4为空气，由空气压缩机产生并提供，空气通过导气管进入所述气体分配区2，再由所述顶部圆板电极5分配至所述臭氧产生区1。
用于水处理的臭氧发生装置，其特征在于：所述两个圆板电极5和6为直径5~800mm的金属圆板电极，最大直径可达800mm，实际加工尺寸可根据待处理溶液流量及外部电源3功率来确定；所述顶部圆板电极5和所述圆形水槽7底部的距离为1~10mm，最大距离可设计为10mm，所述外部电源3的输出电压值越高则可采用的距离越大；所述顶部圆板电极5上均匀分布有0.5~5mm的网孔，所述网孔可以为圆孔、方孔或六边形孔，如可设计为直径4mm的圆孔，或面积为4mm×4mm的方孔，或边长为4mm的六边形孔，使气体进入溶液后能充分均匀分布于溶液中，提高放电效率；所述圆形水槽7为玻璃材质容器，作为待处理溶液的存储容器，同时也作为放电阻挡介质以降低焦耳热效应引起的能量损耗；所述臭氧产生区1同时也是待处理溶液的流通管道。
空气在一定压强作用下由所述气体分配区2进入所述臭氧产生区1中与待处理溶液充分混合，且分布均匀、覆盖面广，融入溶液的空气在高电压作用下放电产生臭氧等活性物质直接作用于溶液而达到高效水处理的目的，同时所述圆形水槽7作为放电阻挡介质可以降低焦耳热效应引起的能量损耗。本装置能在空气作为所述外部气源4时稳定工作，本装置产生的臭氧浓度可通过电源电参数及空气流速进行调节，并针对不同成分及流量的水溶液可提供不同的设计参数及工作参数。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (3)
1.一种用于水处理的臭氧发生装置，包括臭氧产生区、气体分配区、外部电源和外部气源，其特征在于：所述臭氧产生区包括两个圆板电极和一个圆形水槽，所述两个圆板电极分别为底部圆板电极和顶部圆板电极，所述顶部圆板电极分布有筛网状通气孔，所述两个圆板电极中任意一个接地则另一个接高电压，所述两个圆板电极分别通过电极上的接线柱连接到所述外部电源的两极；所述圆形水槽作为待处理溶液的存储容器，所述圆形水槽的两端分别设有进水口和出水口供待处理溶液的流通；所述气体分配区包括绝缘封盖和所述顶部圆板电极，所述绝缘封盖用于封闭所述气体分配区并固定所述顶部圆板电极，所述绝缘封盖设有包含止流阀的进气口；所述气体分配区和所述圆形水槽壁之间可留适当缝隙用作尾气出口；所述外部电源为5kHz~30kHz的交流电源或脉冲电源；所述外部气源为空气。
2.一种如权利要求1所述的用于水处理的臭氧发生装置，其特征在于：所述两个圆板电极为直径5~800mm的金属圆板电极，实际加工尺寸可根据待处理溶液流量及外部电源功率来确定；所述顶部圆板电极和所述圆形水槽底部的距离为1~10mm，所述外部电源的输出电压值越高则可采用的距离越大；所述顶部圆板电极上均匀分布有0.5~5mm的网孔，所述网孔可以为圆孔、方孔或六边形孔，使气体进入溶液后能充分均匀分布于溶液中；所述圆形水槽为玻璃材质容器，作为待处理溶液的存储容器，同时也作为放电阻挡介质；所述臭氧产生区同时也是待处理溶液的流通管道。
3.一种如权利要求1所述的用于水处理的臭氧发生装置的臭氧发生方法，其特征在于：空气在一定压强作用下由所述气体分配区进入所述臭氧产生区中与待处理溶液充分混合，且分布均匀、覆盖面广，融入溶液的空气在高电压作用下放电产生臭氧等活性物质并直接作用于待处理溶液。
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