CN107265553A - 一种介质阻挡放电的水处理装置及水处理方法 - Google Patents

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戴兵
郭圣珑
荆志俊
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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Abstract

本发明提供了一种介质阻挡放电的水处理装置，属于水处理装置技术领域。所述的水处理装置包括：反应容器、高频高压脉冲电源、气泵、绝缘固定装置、密封装置一、密封装置二、绝缘介质管、电极、阴电极、曝气装置。在该水处理装置的反应装置位于液下，与液体接触面积最大，不受液位影响；反应中加入了曝气装置，从而提高活性粒子的传输效率，同时搅拌液体，使活性粒子与待处理液反应更充分。该水处理装置操作简单、运行稳定，无特殊环境要求，且设备结构简单，易于维护和替换，具有较强的实用性和经济性。

Description

一种介质阻挡放电的水处理装置及水处理方法
技术领域
本发明提供了一种介质阻挡放电的水处理装置和方法，属于水处理装置技术领域。
背景技术
工业和科技的快速发展造成了环境的严重污染，其中，对人类至关重要的水资源更是受到了相当程度的污染。当下环境保护所面临的关键难题在于，怎样处理这些污水，特别是那些由纺织印染、石油/煤化工、化工制药、冶金电镀等行业所排放的高浓度、难降解的污水。目前，各国研究者和环境保护领域的工作者较认可的方式是，采用高级氧化技术来对这些高浓度有机废水进行处理。高级氧化技术运用于水处理是科技发展必然趋势。
高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes)的核心是通过适当的方法产生高活性、高氧化性的羟基(•OH)自由基等物质，将利用其它方法难以处理的高浓度有机污染物高效的分解为CO2和H2O等无机物、或者将污染物氧化成易降解的毒性较小的小分子中间产物。为了产生足够处理污水的自由基和其他强氧化性物质，目前采用较多的方法主要包括：化学氧化、湿式氧化和超临界水氧化、光催化氧化和放电等离子体氧化。等离子体水处理技术由于兼具臭氧氧化，高能电子辐射和紫外光分解等多种作用于一体，而成为当前高级氧化技术中的热点。
目前，应用在水处理中的等离子放电形式主要包括：电晕放电、辉光放电、介质阻挡放电等。电晕放电具有良好的通用性，其供电高频高压脉冲电源可以为交流、直流或脉冲高频高压脉冲电源，无电极、电介质要求，但效率低，能耗高；辉光放电结构与弧光放电一致，效果比弧光放电要好，但仍有电极损坏快、处理时间长、成本高的缺点。介质阻挡放电的将电极与污水隔开，提高了反应器的可靠性、降低了电极的腐蚀速度，但由于大部分介质阻挡放电装置的结构不合理，限制了反应容器的规格和污水处理效果。
发明内容
针对当前等离子水处理问题，本发明提供了一种介质阻挡放电的水处理装置和水处理方法，该装置提高了水处理的效率，能方便的用于现有水处理装置的改造，同时适用于大多数水处理领域，具体技术方案如下：
一种介质阻挡放电的水处理装置，包括：反应容器、高频高压脉冲电源、气泵、绝缘固定装置、密封装置一、密封装置二、绝缘介质管、电极、阴电极、曝气装置；所述绝缘介质管一端与曝气装置相连，一端与绝缘固定装置相连，电极通过绝缘固定装置置于绝缘介质管中，同液下阴电极一起分别与高频高压脉冲电源的输出端相连；所述绝缘介质管和曝气装置于反应容器内的待处理液中；所述绝缘固定装置通过密封装置一固定在容器侧壁上，并与气泵相连；所述液下阴电极通过密封装置二固定在容器侧壁上。
作为进一步的改进，其特征在于，所述反应容器（1）为绝缘耐腐蚀材料制成。
作为进一步的改进，其特征在于，所述绝缘固定装置（4）为陶瓷、特氟龙或石英等绝缘性能好且易于生产的材料制成。
作为进一步的改进，其特征在于，所述密封装置一（5）和密封装置二（6）为硅胶或其他能有效防止或延缓老化的柔性密封材料制成。
作为进一步的改进，其特征在于，所述绝缘介质管（7）为具有较高介电常数的石英材料制成。
作为进一步的改进，其特征在于，所述电极（8）为超抗氧化材料，并以一定的形状结构制成。
作为进一步的改进，其特征在于，所述阴电极（9）为超抗氧化材料，并保持和处理液有良好的接触。
作为进一步的改进，其特征在于，所述曝气装置（10）为微孔曝气柱（球），或其它能产生微气泡的曝气装置。能较为充分的将产生的活性物质及等离子体和处理液进行混合反应。同时，对处理液有充分曝气氧化的作用。
高频高压脉冲电源可以把市政用电或工业用电转换为等离子发生装置所需的高频率高电压的脉冲；电极和阴电极分别与高频高压脉冲电源的输出相连接；电极置于介质阻挡管中，同时和介质管安装在绝缘固定装置上；绝缘固定装置留进气口，可通过接头与气泵相连，气泵可以把空气吹入等离子发生装置中；介质管另一端连接着曝气头，在通入空气后可以起到阻隔水的作用。
利用上述的介质阻挡放电的水处理装置的一种水处理方法，具体步骤如下：
A、通入空气：打开气泵（3），通入空气，防止待处理溶液逆流进入绝缘介质管（7）内部，影响反应效果；
B、加入待处理溶液：向反应容器（1）内加入待处理溶液；
C、接通高频高压脉冲电源：接通高频高压脉冲电源（2），向电极（8）和阴电极（9）之间施加电压，其峰值电压范围为15~45kV，频率为10~40kHz，使放电间隙放电并产生放电通道，产生等离子体和活性物质。
D、调节空气通量：调节通入空气的流量，进而控制曝气强度，调整等离子体、活性物质的传导速率；
此外，还可以调整待处理液体流入速度来控制液体在反应容器内的滞留时间，即控制液体与活性粒子反应时间。
本发明的技术效果：1、本发明的水处理装置加入了曝气装置，介质阻挡放电产生的等离子体和其它活性物质能够通过曝气装置进入到待处理溶液中，传输效率高，所需时间少，其它等离子技术产生的等离子体和其它活性物质很难进入到待处理液体中，从而造成了活性物质的流失；2、本发明的水处理装置加入了曝气装置，通过微孔产生的气泡对待处理溶液进行搅拌，增加了活性物质和污染物的接触几率，提高了反应效率，减少了反应时间；3、该装置等离子发生主体完全没入水中，等离子产生效率不受液位高低影响；4、该处理方法可以静态处理液体，也能动态连续处理液体；静态处理液体，等离子设备放电产生的活性物质随时间持续不断的进入到液体中，液体中的污染物随时间降解越来越少，而液体中的活性物质越来越多，结果往往是静态处理液体的处理效率很高，但能耗和效果不成正比；而动态处理液体，当液体流量保持一定时，其效率基本保持稳定，能实现在工业方面的运用；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，设备结构简单，适用于绝大部分水处理环境，易于维护和管理，具有较强的实用性和经济性。
附图说明
图1是一种介质阻挡放电的水处理装置和方法的结构示意图。
其中：1是反应容器， 2是高频高压脉冲电源，3是气泵，4是绝缘固定装置，5是密封装置一，6是密封装置二，7是绝缘介质管，8是电极，9是阴电极，10是曝气装置。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本实施例所涉及的一种介质阻挡放电的水处理装置和方法，包括：反应容器1、高频高压脉冲电源2、气泵3、绝缘固定装置4、密封装置一5、密封装置二6、绝缘介质管7、电极8、阴电极9、曝气装置10。所述绝缘介质管7下端与曝气装置10相连，一端与绝缘固定装置4相连，电极8通过绝缘固定装置4置于绝缘介质管7中，并与液下阴电极9分别与高频高压脉冲电源2的输出端相连；所述绝缘介质管7和曝气装置10于反应容器1内的待处理液中；所述绝缘固定装置4通过密封装置一5固定在容器侧壁上，并与气泵3相连；所述液下阴电极9通过密封装置二6固定在容器侧壁上。
所述反应容器1为绝缘耐腐蚀材料制成，且侧壁留有两孔；所述绝缘固定装置4为绝缘材料制成；所述封装置一5 及 密封装置二6为硅胶等柔性材料制成；所述绝缘介质管7为石英材料；所述电极8和阴电极9 为超抗氧化金属制成；所述曝气装置（10）为微孔曝气装置。
一种介质阻挡放电水处理装置的水处理方法，包括如下步骤：
A、通入空气：打开气泵（3），通入空气，防止待处理溶液逆流进入绝缘介质管（7）内部，影响反应效果；
B、加入待处理溶液：向反应容器（1）内加入待处理溶液；
C、接通高频高压脉冲电源：接通高频高压脉冲电源（2），向电极（8）和阴电极（9）之间施加电压，其峰值电压范围为15~45kV，频率为10~40kHz，使放电间隙放电并产生放电通道，产生等离子体和活性物质。
D、调节空气通量：调节通入空气的流量，进而控制曝气强度，调整等离子体、活性物质的传导速率；
E、调整污水流入速度来控制污水在反应容器内的滞留时间，即控制污水与活性粒子反应时间。
工作原理：阴电极置于待处理液体内，直接以待处理液体作为一个间接阴电极，绝缘介质管置于待处理液体表面和电极之间，当在两电极之上施加足够高的电压时，两电极间的气体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，与低气压的辉光放电相似。当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，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，直至电极末端。介质阻挡放电产生的非热等离了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，产生各种活性物质，如03等，整体具有强氧化性。同时，利用等离子体的高能量和非热力学平衡特性，借助等离子体中体相均匀分布的紫外光降解废水中污染物。

Claims (9)

1.一种介质阻挡放电的水处理装置，其特征在于，包括：反应容器（1）、高频高压脉冲电源（2）、气泵（3）、绝缘固定装置（4）、密封装置一（5）、密封装置二（6）、绝缘介质管（7）、电极（8）、阴电极（9）、曝气装置（10）；所述绝缘介质管（7）一端与曝气装置（10）相连，一端与绝缘固定装置（4）相连，电极（8）通过绝缘固定装置（4）置于绝缘介质管（7）中，同液下阴电极（9）一起分别与高频高压脉冲电源（2）的输出端相连；所述绝缘介质管（7）和曝气装置（10）于反应容器（1）内的待处理液中；所述绝缘固定装置（4）通过密封装置一（5）固定在容器侧壁上，并与气泵（3）相连；所述液下阴电极(9)通过密封装置二（6）固定在容器侧壁上。
2.根据权利要求1所述的介质阻挡放电的水处理装置，其特征在于，所述反应容器（1）为绝缘耐腐蚀材料制成。
3.根据权利要求1所述的介质阻挡放电的水处理装置，其特征在于，所述绝缘固定装置（4）为陶瓷、特氟龙或石英等绝缘性能好且易于生产的材料制成。
4.根据权利要求1所述的介质阻挡放电的水处理装置，其特征在于，所述密封装置一（5）和密封装置二（6）为硅胶或其他能有效防止或延缓老化的柔性密封材料制成。
5.根据权利要求1所述的介质阻挡放电的水处理装置，其特征在于，所述绝缘介质管（7）为具有较高介电常数的石英材料制成。
6.根据权利要求1所述的介质阻挡放电的水处理装置，其特征在于，所述电极（8）为超抗氧化材料，并以一定的形状结构制成。
7.根据权利要求1所述的介质阻挡放电的水处理装置，其特征在于，所述阴电极（9）为超抗氧化材料，并保持和处理液有良好的接触。
8.根据权利要求1所述的介质阻挡放电的水处理装置，其特征在于，所述曝气装置（10）为微孔曝气柱（球），或其它能产生微气泡的曝气装置,能较为充分的将产生的活性物质及等离子体和处理液进行混合反应,同时，对处理液有充分曝气氧化的作用。
9.利用权利要求1所述的介质阻挡放电的水处理装置的水处理方法，具体步骤如下：
A、通入空气：打开气泵（3），通入空气，防止待处理溶液逆流进入绝缘介质管（7）内部，影响反应效果；
B、加入待处理溶液：向反应容器（1）内加入待处理溶液；
C、接通高频高压脉冲电源：接通高频高压脉冲电源（2），向电极（8）和阴电极（9）之间施加电压，其峰值电压范围为15~45kV，频率为10~40kHz，使放电间隙放电并产生放电通道，产生等离子体和活性物质;
D、调节空气通量：调节通入空气的流量，进而控制曝气强度，调整等离子体、活性物质的传导速率。
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