CN108163925A - 大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置 - Google Patents
大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108163925A CN108163925A CN201810055200.5A CN201810055200A CN108163925A CN 108163925 A CN108163925 A CN 108163925A CN 201810055200 A CN201810055200 A CN 201810055200A CN 108163925 A CN108163925 A CN 108163925A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- liquid
- unit
- input terminal
- output terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 101
- 238000011282 treatment Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 216
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 50
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000004457 water analysis Methods 0.000 claims abstract description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 16
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 15
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 11
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 8
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 abstract description 82
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract description 20
- 239000011149 active material Substances 0.000 abstract description 12
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 abstract description 4
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 48
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 48
- 208000028659 discharge Diseases 0.000 description 33
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 23
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 4
- TVZRAEYQIKYCPH-UHFFFAOYSA-N 3-(trimethylsilyl)propane-1-sulfonic acid Chemical compound C[Si](C)(C)CCCS(O)(=O)=O TVZRAEYQIKYCPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 3
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 3
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- -1 hydroxyl radical free radical Chemical class 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- MGRWKWACZDFZJT-UHFFFAOYSA-N molybdenum tungsten Chemical compound [Mo].[W] MGRWKWACZDFZJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 2
- IHQKEDIOMGYHEB-UHFFFAOYSA-M sodium dimethylarsinate Chemical class [Na+].C[As](C)([O-])=O IHQKEDIOMGYHEB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M Superoxide Chemical compound [O-][O] OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000000149 chemical water pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 208000002925 dental caries Diseases 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002186 photoactivation Effects 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 230000026683 transduction Effects 0.000 description 1
- 238000010361 transduction Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
- C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/34—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
- C02F1/36—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations ultrasonic vibrations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/38—Gas flow rate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/40—Liquid flow rate
Abstract
本发明公开大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，包括气液两相反应单元、超声辐射单元、气体流量调整单元、液体流量调整单元、气液分离单元、水质分析单元、驱动单元，所述气液两相反应单元内部设置有光催化单元，所述气液两相反应单元的上方设置有相连通的阵列式DBD反应器。本发明利用介质阻挡放电在气相中产生等离子体的活性物质注入水处理装置用于降解液相中废水的有机污染物分子，并与超声辐射单元和光催化单元的光催化作用产生协同效应，增强气相放电产生的活性物质处理有机废水。本发明中阵列式介质阻挡放电的结构可以极大地增加放电的区域，提高等离子体的活性物质的产量，并通过级联处理，可以极大地提高处理水的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，属于水处理设备技术领域。
背景技术
我国乃至全世界水资源的污染问题日益严峻，针对废水采取一定的水处理手段十分重要。传统的用于水处理的方法主要包括过滤、吸附等物理方法，厌氧生化处理、好氧生物处理等生物化学法，但在处理效率、处理能效、可处理有机污染物分子大小与毒性等方面，这些传统方法已无法满足要求。
近年来，高级氧化技术成为了处理有机废水的热点，其中大气压低温等离子体相对于低气压等离子体具有操作简单、消耗低、无需真空装置、易于实现流水线生产等优势，因此将大气压低温等离子体应用到有机废水的处理备受瞩目。然而，目前的大气压低温等离子体处理废水的效率普遍偏低，提高处理效率的主要措施如下：一是利用其它高级氧化技术如超声波技术等协同等离子体水处理，如专利ZL201410337343.7“等离子体协同超声空化效应废水处理反应器”，但该专利没能充分利用等离子体产生的紫外线而导致能量的浪费；二是采用喷淋、曝气、机械扰动等物理方法增加等离子体与废水接触的面积，如专利201610541119.9“一种垃圾渗滤液等离子体处理装置”，但是该专利的废水处理量较小，且未能充分利用等离子体产生的紫外线；三是利用阵列式的放电结构来产生更多的活性物质作用于废水，如专利201610183437.2“一种阵列式高密度水中介质阻挡放电废水处理装置”，但该专利会由于在同一容器中循环处理而导致处理效率有所下降。因此，目前仍存在以下两大问题：(1)等离子体产生的紫外线不能充分利用；(2)等离子体与废水接触的面积与处理流量之间的关系难以协调，接触的面积大往往处理流量不足。
发明内容
本发明的目的便是解决以上两大问题，提供一种能够快捷高效的大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置。该装置利用介质阻挡放电(DBD)在气相中产生等离子体的活性物质注入水处理装置用于降解液相中废水的有机污染物分子，利用超声辐射单元的超声作用来增大气液两相放电等离子体与废水接触的面积，还可以增加处理的流量。利用光催化单元的光催化作用充分利用放电等离子体产生的紫外线，从而有效地提高了有机废水处理的效率。同时，本发明中阵列式介质阻挡放电的结构可以极大地增加放电的区域，提高等离子体的活性物质的产量，并通过级联处理，可以极大地提高处理水的效率。
为解决上述技术问题，本发明提供大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，其特征在于，包括气液两相反应单元、超声辐射单元、气体流量调整单元、液体流量调整单元、气液分离单元、水质分析单元、驱动单元，所述气液两相反应单元内部设置有光催化单元，所述气液两相反应单元的上方设置有相连通的阵列式DBD反应器；
所述驱动单元的输出端分别与所述阵列式DBD反应器的输入端、所述超声辐射单元的输入端相连接；
所述液体流量调整单元与所述气液两相反应单元采用双向连接，所述液体流量调整单元的输出端与所述水质分析单元的输入端相连接；
所述气液分离单元与所述气液两相反应单元采用双向连接；
所述气体流量调整单元的输入端与所述气液分离单元的输出端相连接，所述气体流量调整单元的输出端依次连接所述阵列式DBD反应器的输入端、所述气液两相反应单元。
作为一种较佳的实施例，气液两相反应单元包括底座、安装在底座上方的气液两相反应壳体、安装在气液两相反应壳体内部的三口反应器，阵列式DBD反应器安装在气液两相反应壳体的上方，气液两相反应壳体上设置有出水口、气液分离口、液体回流口，三口反应器包括设置于左端的进水口、设置于右端的出口、设置于顶端的阵列式DBD反应器接入口，阵列式DBD反应器的底部安装在三口反应器的阵列式DBD反应器接入口上，阵列式DBD反应器的顶端设置有进气口。
作为一种较佳的实施例，三口反应器上的进水口与液体流量调整单元的输出端相连通，气液两相反应壳体上的出水口与液体流量调整单元的输入端相连通，气液两相反应壳体上的气液分离口与气液分离单元的输入端相连通，气液两相反应壳体上的液体回流口与气液分离单元的输出端相连通，气液分离单元的输出端与气体流量调整单元的输入端相连通，气体流量调整单元的输出端与阵列式DBD反应器上的进气口相连通。
作为一种较佳的实施例，阵列式DBD反应器包括位于顶部的气腔、位于气腔下方的若干单管DBD反应器，气腔与单管DBD反应器的顶端相连通，气腔上开设有与气腔相连通的通气口，通气口与进气口相连通。
作为一种较佳的实施例，单管DBD反应器包括高压电极、低压电极、石英玻璃管、绝缘支架，绝缘支架嵌套安装在石英玻璃管的内部的一端，低压电极安装在石英玻璃管的另一端，高压电极安装在绝缘支架上。
作为一种较佳的实施例，绝缘支架的中心设置有贯通的高压电极插入孔，高压电极配合插入高压电极插入孔中，绝缘支架的边缘还设置有若干等间距分布的通气孔。
作为一种较佳的实施例，驱动单元包括可编程AC/DC电源、高压脉冲源、功率放大器、阻抗匹配网A、阻抗匹配网B，可编程AC/DC电源的第一输出通道和第二输出通道分别与高压脉冲源的输入端、功率放大器的输入端电气连接，高压脉冲源的输出端与阻抗匹配网A的输入端电气连接，阻抗匹配网A的输出端与APPJ反应器的输入端电气连接；功率放大器的输出端与阻抗匹配网B的输入端电气连接，阻抗匹配网B的输出端与超声辐射单元的输入端电气连接。
作为一种较佳的实施例，液体流量调整单元包括液压泵、液体流量计、储水箱A、储水箱B、第一液体阀门、第二液体阀门、第三液体阀门、第四液体阀门，液压泵的输入端分别与第一液体阀门的输出端、第二液体阀门的输出端相连通，液压泵的输出端依次连通液体流量计、三口反应器上的进水口，储水箱A的输入端连通第三液体阀门的输出端，储水箱A的输出端连通第二液体阀门的输入端；出水口连通储水箱B的输入端，储水箱B的输出端分别连通第三液体阀门的输入端、第四液体阀门的输入端、水质分析单元，第四液体阀门用来将处理结束的液体排出。
作为一种较佳的实施例，气体流量调整单元包括气泵、气体流量计、风门，风门的输出端依次连通气体流量计、气泵、进气口，气液分离单元的输出端分别连通气体流量计的输入端、风门的输出端，风门的输入端外接外部气源。
作为一种较佳的实施例，光催化单元设置于气液两相反应壳体的下部区域，光催化单元包括多个负载光催化剂的石英小球、用于包裹石英小球上的光催化剂的冲孔网膜。
本发明所达到的有益效果：第一，本发明针对等离子体产生的紫外线不能充分利用，以及等离子体与废水接触的面积与处理流量之间的关系难以协调，接触的面积大往往处理流量不足的技术问题，提出一种能够快捷高效的水处理装置。该装置利用介质阻挡放电(DBD)在气相中产生等离子体的活性物质注入水处理装置用于降解液相中废水的有机污染物分子，利用超声辐射单元的超声作用来增大气液两相放电等离子体与废水接触的面积，还可以增加处理的流量。利用光催化单元的光催化作用充分利用放电等离子体产生的紫外线，从而有效地提高了有机废水处理的效率。与此同时，本发明中阵列式介质阻挡放电的结构可以极大地提高等离子体的活性物质的产量，并通过级联处理，可以极大地提高处理水的效率，满足工业上快速的大流量的水处理需求。
第二，本发明的气液两相反应单元包括底座、安装在底座上方的壳体、安装在壳体内部的三口反应器和安装在壳体上方的阵列式DBD反应器(简称阵列DBD)。阵列DBD放电产生的等离子体以及紫外线、高能电子等进入三口反应器，与超声辐射单元的超声作用与光催化单元的光催化作用共同作用于气液两相流中的有机废水，可以显著提高有机污染物大分子的降解速率。
第三，本发明的超声辐射单元主要由功率超声压电换能器(简称“超声换能器”)组成。超声换能器与功率放大器之间需要连接阻抗匹配网B，阻抗匹配网B的作用有两大方面：一方面，将放大的功率信号较好地耦合到超声换能器；另一方面，可以减少由于反射功率而造成的电能损耗以及对功率放大器内部放大器件的损害。超声换能器工作产生的超声波传播到气液两相反应单元，利用超声波的空化效应和机械效应等物理化学机制，促进等离子体产生的活性物质在气液两相流中的扩散与传质作用，可以增大气液两相放电等离子体与废水接触的面积，从而起到增强放电等离子体降解有机污染物的作用。
第四，本发明的光催化单元包括多个负载光催化剂TiO2的石英小球和用于包裹石英小球的冲孔网膜。其中将光催化剂TiO2负载于石英小球表面可以极大地增大光催化剂与紫外线的接触面积，从而提高对紫外线的利用效率，进一步产生更多的活性物质用于降解有机污染物。
第五，本发明的气液分离单元主要由气液分离器组成。由于阵列DBD中通入了一定流量空气，再加上三口反应器中的液体流速较快，使得壳体内部充有一定流量空气的液体的流速加快，为避免流速过快而造成排水口排水不及时而损坏壳体的密封性。因此本发明中的气液分离器起到了缓冲气液两相反应单元内气液两相流的作用。
第六，本发明的气体流量调整单元由气泵、气体流量计和风门组成。阵列式DBD反应器的进气口和气液分离单元的出气口均与气体流量调整单元相连。气泵用于往阵列DBD注入一定流速(流速通过气体流量计测得)的空气，使得阵列式DBD反应器放电产生的等离子体不是停留在阵列DBD内部，而是在流动空气的作用下喷射出阵列式DBD，并注入到三口反应器，缩短了等离子体与液相之间的距离，另外也有效地解决了等离子体中短寿命的活性物质在进入液相之前便消亡的问题。
第七，本发明的液体流量调整单元由液压泵、液体流量计、储水箱和液体阀门组成。气液两相反应单元的进水口和出水口均与液体流量调整单元相连。液压泵用于将有机废水以较快流速(流速通过液体流量计测得)送入三口反应器，储水箱和液体阀门的选择连接可以实现有机废水的单次处理和循环处理功能。
第八，本发明的水质分析单元包括一系列对被处理液进行定性和定量分析的仪器。定性分析可以确定水处理过程中所产生的中间产物及最终产物的种类，定量分析可以确定原有机物、中间产物及最终产物的浓度。同时可以根据定性和定量分析来判断是否需要进行下一次处理。
第九，本发明的驱动单元主要包括可编程AC/DC电源、高压脉冲源和功率放大器，其中可编程AC/DC电源的两个输出通道分别连接高压脉冲源和功率放大器，分别用于控制高压脉冲源和功率放大器的输出电信号。高压脉冲源的输出电信号经过阻抗匹配网A的匹配作用，驱动阵列DBD放电产生等离子体注入气液两相反应单元。功率放大器的输出电信号经过阻抗匹配网B的匹配作用，驱动超声换能起产生超声波作用于气液两相反应单元。
附图说明
图1是本发明的整体示意图。
图2是本发明的优选实施例的结构示意图。
图3是本发明的单级处理实施例的结构示意图。
图4是本发明的单级处理实施例的工作流程图。
图5是本发明的级联处理实施例的结构示意图。
图6是本发明的气液两相反应单元的优选实施例的结构示意图。
图7是本发明的三口反应器的结构示意图。
图8是本发明的阵列式DBD反应器的驱动连接图。
图9a是本发明的阵列式DBD反应器的主视图的结构示意图。
图9b是本发明的阵列式DBD反应器除去气腔外的俯视图的结构示意图。
图10a是本发明的单管DBD反应器的结构示意图。
图10b是本发明的单管DBD反应器的绝缘支架的结构示意图。
图11是本发明的气液两相反应壳体的结构示意图。
图12是本发明的顶板的结构示意图。
图13是本发明的底板的结构示意图。
图14是本发明的左侧板的结构示意图。
图15是本发明的右侧板的结构示意图。
图16a是本发明的前板的结构示意图。
图16b是本发明的后板的结构示意图。
图17是前板与左侧板、右侧板连接示意图。
图18是本发明的超声换能器的驱动连接图。
图19a是超声换能器的统一等效电路模型图。
图19b是超声换能器的谐振时的简化等效电路模型图。
图20a是单管DBD反应器的等效电路模型的结构简图。
图20b是单管DBD反应器的等效电路模型图的等效电路。
图21是阻抗匹配网B的电路连接图。
图22是超声辐射单元的测试原理图。
图23是本发明的计算电压电流相位差的原理图。
图24是本发明的牛顿下山算法示意图。
图25是本发明的光催化单元的结构示意图。
图26是本发明的冲孔网膜的结构示意图。
图中标记的含义：1-气液两相反应单元，11-底座，12-气液两相反应壳体，13-三口反应器，131-进水口，132-出口，133-阵列式DBD反应器接入口；
14-阵列式DBD反应器，141-高压电极，142-低压电极，143-气腔，144-通气口，145-石英玻璃管，146-绝缘支架，148-通气孔，149-高压电极插入孔；151-底板，152-顶板，153-左侧板，154-右侧板，155-前板，156-后板，16-出水口，17-进气口，18-气液分离口，19-液体回流口，101-普通螺纹孔；
2-超声辐射单元，21-超声换能器；
3-光催化单元，31-石英小球，32-冲孔网膜，33-进水面，34-出水面；
4-气体流量调整单元，M2-气泵，FG-气体流量计，VG-风门；
5-液体流量调整单元，M1-液压泵，FL-液体流量计，51-储水箱A，52-储水箱B，VL1-第一液体阀门，VL2-第二液体阀门，VL3-第三液体阀门，VL4-第四液体阀门，VL5-第五液体阀门，VL6-第六液体阀门；
6-气液分离单元，61-气液分离器；
8-水质分析单元；
9-驱动单元，91-可编程AC/DC电源，92-高压脉冲源，93-功率放大器，94-阻抗匹配网A，95-阻抗匹配网B；
10-外部气源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明的整体示意图。本发明提出大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，其特征在于，包括气液两相反应单元1、超声辐射单元2、气体流量调整单元4、液体流量调整单元5、气液分离单元6、水质分析单元8、驱动单元9，气液两相反应单元1内部设置有光催化单元3，气液两相反应单元1的上方设置有相连通的阵列式DBD反应器14；电源单元9的输出端分别与阵列式DBD反应器14的输入端、超声辐射单元2的输入端相连接；液体流量调整单元5与气液两相反应单元1采用双向连接，液体流量调整单元5的输出端与水质分析单元8的输入端相连接；气液分离单元6与气液两相反应单元1采用双向连接；气体流量调整单元4的输入端与气液分离单元6的输出端相连接，气体流量调整单元4的输出端依次连接阵列式DBD反应器14的输入端、气液两相反应单元1。
图2是本发明的优选实施例的结构示意图。气液两相反应单元1包括底座11、安装在底座11上方的气液两相反应壳体12、安装在气液两相反应壳体12内部的三口反应器13，阵列式DBD反应器14安装在气液两相反应壳体12的上方，气液两相反应壳体12上设置有出水口16、气液分离口18、液体回流口19，三口反应器13包括设置于左端的进水口131、设置于右端的出口132、设置于顶端的阵列式DBD反应器接入口133，阵列式DBD反应器14的底部安装在三口反应器13的阵列式DBD反应器接入口133上，阵列式DBD反应器14的顶端设置有进气口17，超声辐射单元2采用超声换能器21。
作为一种较佳的实施例，三口反应器13上的进水口131与液体流量调整单元5的输出端相连通，气液两相反应壳体12上的出水口16与液体流量调整单元5的输入端相连通，气液两相反应壳体12上的气液分离口18与气液分离单元6的输入端相连通，气液两相反应壳体12上的液体回流口19与气液分离单元6的液体输出端相连通，气液分离单元6的气体输出端与气体流量调整单元4的输入端相连通，气体流量调整单元4的输出端与阵列式DBD反应器14上的进气口17相连通。
作为一种较佳的实施例，驱动单元9包括可编程AC/DC电源91、高压脉冲源92、功率放大器93、阻抗匹配网A94、阻抗匹配网B95，可编程AC/DC电源91的输出端分别与高压脉冲源92的输入端、功率放大器93的输入端电气连接，高压脉冲源92的输出端与阻抗匹配网A94的输入端电气连接，阻抗匹配网A94的输出端与APPJ反应器14的输入端电气连接；功率放大器93的输出端与阻抗匹配网B95的输入端电气连接，阻抗匹配网B95的输出端与超声辐射单元2的输入端电气连接。
作为一种较佳的实施例，液体流量调整单元5包括液压泵M1、液体流量计FL、储水箱A51、储水箱B52、第一液体阀门VL1、第二液体阀门VL2、第三液体阀门VL3、第四液体阀门VL4，液压泵M1的输入端分别与第一液体阀门VL1的输出端、第二液体阀门VL2的输出端相连通，液压泵M1的输出端依次连通液体流量计FL、三口反应器13上的进水口131，储水箱A51的输入端连通第三液体阀门VL3的输出端，储水箱A51的输出端连通第二液体阀门VL2的输入端；出水口16连通储水箱B52的输入端，储水箱B52的输出端分别连通第三液体阀门VL3的输入端、第四液体阀门VL4的输入端、水质分析单元8，第四液体阀门VL4用来将处理结束的液体排出。
作为一种较佳的实施例，气体流量调整单元4包括气泵M2、气体流量计FG、风门VG，风门VG的输出端依次连通气体流量计FG、气泵M2、进气口17，气液分离单元6的输出端分别连通气体流量计FG的输入端、风门VG的输出端，风门VG的输入端外接外部气源10。
工作原理如下：将阵列DBD反应器14放电产生的等离子体及紫外线、高能电子等注入到流动的待处理的有机废水，在气液两相流中发生一系列物理化学反应，将有机污染物大分子降解为无毒性或低毒性的中间产物或者最终产物(如二氧化碳和水)，与此同时，光催化单元与紫外线发生的光催化作用以及超声换能器21工作产生的超声波传播到有机废水中产生的空化作用和机械搅拌作用，可以辅助增强放电产生的等离子体在气液两相流中的扩散和传质作用，有效地提高有机污染物大分子的降解速率。
图3是本发明的单级处理实施例的结构示意图。图4是本发明的单级处理实施例的工作流程图。该实施例的工作流程如下：步骤一，接通220V市电；步骤二，接通气体流量调整单元4和液体流量调整单元5的电源；步骤三，打开气泵M2以及风门VG，往阵列式DBD反应器14顶部通入空气；步骤四，接通阵列式DBD反应器14的电源(可编程AC/DC电源91的第一输出通道)，阵列式DBD反应器14放电产生等离子体，在空气的带动下注入三口反应器13；步骤五，接通超声换能器21的电源(可编程AC/DC电源91的第二输出通道)，超声换能器21工作产生超声波；步骤六，打开液压泵M1，第二液体阀门VL2、第三液体阀门VL3和第四液体阀门VL4关闭，第一液体阀门VL1打开，待处理液体从第一液体阀门VL1进入，经液压泵M1输送进入三口反应器13的进水口131(也即气液两相反应单元1的进水口131)进入，超声波和催化剂增强的气液两相放电反应开始作用于待处理液体；步骤七，当一次处理完成后，利用水质分析单元8定量和定性判断处理后液体的水质是否合格(根据待处理液体的种类选择相应的国家标准作为判定依据)，同时一次处理完成后的液体流入储水箱B52；步骤八，如果水质不合格，则返回步骤六再次处理；但与步骤六有所不同的是，第二液体阀门VL2和第三液体阀门VL3打开，第一液体阀门VL1和第四液体阀门VL4关闭，需要再次处理的液体从储水箱B52中回流到储水箱A51中，经液压泵M1的输送开始新一轮的处理；第九，如果水质合格，处理后的液体流出气液两相反应壳体12进入储水箱B52中，从第四液体阀门VL4向外排出；；步骤十，关闭液压泵M1，关闭液体流量调整单元5的电源与所有液体阀门，接着关闭超声换能器21的电源；步骤十一，关闭气泵M2，关闭气体流量调整单元4的电源与风门VG，最后关闭阵列式DBD反应器14的电源。
图5是本发明的级联处理实施例的结构示意图。级联处理形式可极大地提高水处理的效率。级联处理形式与单级处理形式的工作流程相似，唯一不同的是经过气液分离单元6后分离的液体只回流到最后一级，级联处理只进行单次处理，待处理的液体经第五液体阀门VL5进入，处理后的液体经第六液体阀门VL6流出。
图6是本发明的气液两相反应单元的优选实施例的结构示意图。其整体形状为长方体。气液两相反应单元1包括底座11、安装在底座11上方的气液两相反应壳体12、安装在气液两相反应壳体12内部的三口反应器13和安装在气液两相反应壳体12上方的阵列式DBD反应器14。其中，三口反应器13将气液两相反应壳体12分为上、中、下三个区域，三口反应器13属于中间区域。在在本发明中，介质阻挡放电会产生紫外线，利用光催化剂与紫外线反应可以产生更多的活性物质。
图7是本发明的三口反应器的结构示意图。由于石英玻璃对紫外线的可穿透性，故三口反应器13由石英玻璃材料制作而成，三口反应器13有三个管口，其中左边的管口是三口反应器13(也是气液两相反应单元1)的进水口131，上方的管口即阵列式DBD反应器接入口133，用于接入阵列式DBD反应14，右边的管口是在三口反应器13中流动水的出口132。阵列式DBD反应器14工作的过程中会有大量气体进入，因此在气体和液体的交汇处(三口反应器13的中下方)需要设计成突起的圆弧状，保证足够的空间来通过气液两相流。大量研究表明，增加气液两相流的流速，可以促进气液两相流的扩散与传质作用。因此，在本发明中，需要控制从进水口流入的液体的流速。假定液体的流速为v，液压泵的输出水流量为Q，进水口的半径为r1、横截面积为S1，则它们之间具有以下关系表达式：
Q＝S1·v (2)
因此，进水口的半径r1需要根据液体的流速和液压泵的输出水流量的大致范围来确定。出水口的半径r2比进水口的半径r1大，以便气液两相流顺利通过。
图8是本发明的阵列DBD反应器的驱动连接图。可编程AC/DC电源91的第一输出通道与高压脉冲源92构成阵列式DBD驱动电源，可编程AC/DC电源91的输出电信号控制高压脉冲源92输出电信号的幅度和频率，经过阻抗匹配网A94的良好匹配来驱动阵列式DBD反应器14放电产生等离子体。阻抗匹配网A94的电路结构与超声辐射单元的阻抗匹配网B95的基本一致，故在超声辐射单元部分详细介绍阻抗匹配网的电路设计与参数计算。
图9a是本发明的阵列式DBD反应器的主视图的结构示意图，空气从通气口144进入先缓冲在气腔143内部，再进入每个DBD单管。
图9b是本发明的阵列式DBD反应器除去气腔外的俯视图的结构示意图，其中钨钼合金板将所有单管DBD的接地电极(即低压电极142)相连，相当于整个钨钼合金板当作接地电极。
图10a是本发明的单管DBD反应器的结构示意图。单管DBD由高压电极141、接地电极142、石英玻璃管145和绝缘支架146组成，其中高压电极141由一根金属细棒和一颗金属小球焊接而成，高压电极141采用耐高压耐腐蚀的钨钼合金材料。接地电极142由围绕圆环形石英玻璃管145一周的薄铜箔组成。其中铜箔与石英玻璃管145用黑胶(环氧树脂灌封胶)粘接以确保铜箔与石英玻璃管145之间没有气泡，石英玻璃管145充当放电介质。
图10b是本发明的单管DBD反应器的绝缘支架的结构示意图。作为一种较佳的实施例，绝缘支架146的中心设置有贯通的高压电极插入孔149，高压电极141配合插入高压电极插入孔149中，绝缘支架146的边缘还设置有若干等间距分布的通气孔148。
图11是本发明的气液两相反应壳体的结构示意图。气液两相反应壳体12有六块面板组成，下面分别介绍各块面板的结构。
图12是本发明的顶板的结构示意图。顶板152采用有机玻璃材质。顶板152的长宽高分别为L1、D1和H1。顶板152需要钻一个全通的圆孔(用作安装APPJ反应器接入口133)和一个全通管螺纹孔(用作安装气液分离口18)。另外还需要钻N1个全通的普通螺纹孔101(用作固定的作用)。
图13是本发明的底板的结构示意图。底板151采用不锈钢材质。底板151的长宽高分别为L2、D2和H2，其中L2＝L1，D2＝D1，考虑到不锈钢的硬度大于有机玻璃的，通常不锈钢的厚度不需要太大，故H2<H1。底板151需要钻一个全通的圆孔(用作出水口16)和一个全通管螺纹孔(用作安装超声换能器21)。另外还需要钻N2个全通的普通螺纹孔101(用作固定的作用)。其中N2＝N1。
图14是本发明的左侧板的结构示意图，图15是本发明的右侧板的结构示意图。左侧板153和右侧板154均采用有机玻璃材质。左侧板153、右侧板154的长宽高分别为L3、D3、H3和L4、D4、H5。由于左侧板153、右侧板154的尺寸大小一样，故L3＝L4，D3＝D3，H3＝H4。其中左侧板153需要钻一个全通的圆孔(用于接入三口反应器13的左边的管口充当进水口16)，右侧板154需要钻一个全通的管螺纹孔(用作液体回流口19)。另外，左侧板153、右侧板154分别需要钻N3和N4个全通的普通螺纹孔101(用作固定的作用)，其中N3＝N4。同时，左侧板153、右侧板154的两条宽边的边缘均需削掉宽度和高度均为1/2H3(或1/2H4)的部分。
图16a是本发明的前板的结构示意图，图16b是本发明的后板的结构示意图。前板155、后板156均采用有机玻璃材质。前板155、后板156的尺寸大小一样。前板155、后板156的长宽高分别为L5、D5、H5。由于，且需要与顶板152、底板151和左侧板153、右侧板154对接，故L5＝L1＝L2，D5＝D3＝D4，H5＝H3＝H4。前板155、后板156均需要钻N5个全通的普通螺纹孔101(用作固定的作用)。同时，前板155、后板156的两条宽边的边缘均需削掉宽度和高度均为1/2H5的部分。
图17是前板与左侧板、右侧板连接示意图。可以看出，通过前板155、后板156与左侧板153、右侧板154的巧妙连接，再加上顶板152、底板151通过螺钉的固定作用，可以很好地实现气液两相反应壳体12结构的稳定性，并且成本较低，结构简单。
图18是本发明的超声换能器的驱动连接图。超声辐射单元2主要由超声换能器21(全称“功率超声压电换能器”)组成。其中超声换能器21的超声驱动电源(DSS)由可编程AC/DC电源91的第二输出通道与功率放大器93构成。阻抗匹配网B95连接在功率放大器93与超声换能器21之间，用于实现超声换能器21的匹配，从而实现功率放大器93输出功率的最大传输。
本发明中，超声换能器21使用市面上常用的功率超声换能器如苏州嘉辉超声波科技有限公司生产的JHQ-4LL、JHQ-4GZ等系列的功率超声换能器；功率放大器93优选为具有输出功率可调节、反射功率可测量等功能的功率放大器，如Power Conversion公司生产的型号为AG1016的功率放大器等，重点利用功率放大器的相对反射率的大小来初步判断阻抗匹配网的匹配效果。其中，相对反射率定义为反射功率与工作功率的比值，相对反射率越小，说明阻抗匹配网的匹配效果越好。下面将详细介绍阻抗匹配网(包括阻抗匹配网A和B)的设计过程。
图19a是超声换能器的统一等效电路模型图。Cs代表超声换能器的静态电容，Ld代表动态电感，Cd代表动态电容，Rd代表动态电阻。当换能器工作于谐振状态时，Ld与Cd的电阻抗相互抵消，此时可用图19b即超声换能器的谐振时的简化等效电路模型图来描述图16a。
参考专利ZL201510496829.X“电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器”中说明书第60段和图13，本发明所采用的阵列DBD的单管DBD的等效电路模型如图20a和图20b所示。图20a是单管DBD反应器的等效电路模型的结构简图。图20b是单管DBD反应器的等效电路模型图的等效电路。
其中Cd为石英介质的等效电容，Cg为放电区域的等效电容(与气液两相流的参数如供电电压、气体流速等有关)，Rd为介质的动态电阻(由石英材料的压电特性决定,可忽略)，Rg为放电区域的等效电阻(与溶液电导率和气液两相流的参数有关)。阵列DBD的结构图相当于多根单管DBD的并联形式。
从图19a、图19b和图20a、图20b的对比可知，超声换能器21和阵列式DBD反应器14的电路模型均可等效为电容和电阻的串联或并联的电路形式。因此，超声换能器和阵列式DBD反应器14的的阻抗匹配网的设计思想基本一致：通过外部电路增加感性元器件(如电感，变压器等)来抵消等效电路内部的容性阻抗，来使得超声驱动电源或DBD驱动电源的电功率全部加载在等效电阻上，从而实现输出功率传输的最大化。
因此，阻抗匹配网A和阻抗匹配网B的设计过程类似，下面将主要介绍超声辐射单元的阻抗匹配网B的设计过程。
图21是阻抗匹配网B的电路连接图。超声换能器21的匹配主要包括谐振匹配和阻抗匹配两大方面。谐振匹配通常采用匹配电感来实现，阻抗匹配通常采用变压器或电感-电容电路来实现阻抗变换。本发明采用匹配变压器结合电感-电容电路组成阻抗匹配网(RN)来实现超声压电换能器(PL)的匹配。阻抗匹配网B与超声驱动电源(DSS)和超声换能器(PL)的电路连接关系图如图18所示。下面要理论推导出匹配参数(Lm、Lp和Ls)的计算公式。
经过RN匹配后的超声换能器的输入阻抗Zs的推导见公式(5)。其中ω＝2πfo,fo是超声驱动电源(DSS)的输出频率。
从公式(5)可知，经过RN匹配后的超声换能器的输入阻抗Zs是关于超声驱动电源的输出频率fo的函数。通常来说，输入阻抗Zs的实部可看作是换能器的有功功率Ra，令Zs的虚部为0，即可实现谐振匹配，此时Zs＝Ra。因此可以得出换能器的有功功率Ra和匹配电感值Lm的计算公式：
为了进一步实现阻抗匹配，本发明设计的阻抗匹配网还引入了匹配变压器。在所设计的阻抗匹配网中，超声驱动电源的输出阻抗Zp等于功率放大器的输出阻抗Ri，令Zp等于匹配变压器的初级线圈Lp的阻抗值XLp，可计算出Lp数值的大小，如公式(8)～(11)所示。
Zp＝Ri (8)
Lp＝Ri/ω (11)
可得根据变压器的初级线圈与次级线圈匝数比(n1:n2)与初次级线圈阻抗值的比值(XLp：XLs)的算术平方根成正比的关系，令超声换能器的有功功率Ra等于匹配变压器的次级线圈Ls的阻抗值XLs，结合公式(5)(6)(8)(10)，可得公式(12)，从而计算出次级线圈Ls数值的大小如公式(13)所示。
参数确定如下：在计算公式(5)～(13)之前，需要获得所使用超声换能器的内部参数如谐振频率fr和Cs、Ld、Cd、Rd等五个参数。这些内部参数可以通过LCR测量仪或阻抗分析仪在室温下测定。将测得的内部参数数值代入公式(5)～(13)，固定并联电容Cm的值不变，可以计算得到匹配参数(Lm、Lp和Ls)数值的大小。
接下来介绍阻抗匹配网的效果测试与评估；图22是超声辐射单元的测试原理图。该测试方案使用配备有一个差分电压探头、一个普通电压探头和两个罗果夫斯基电流探头的四通道的数字存储示波器进行电压、电流、频率等电气参数的测量。通过监测电路系统的A点(功率放大器的输出端)与B点(超声换能器的输入端)的电压电流波形，判断阻抗匹配网是否正常连接。通过比较A点的电压电流波形的相位差，结合功率放大器的相对反射率的大小，来综合判断阻抗匹配网的匹配效果，在输出功率一定的情况下，相位差越小，相对反射率越小，说明阻抗匹配网的匹配效果越好。
图23是本发明的计算电压电流相位差的原理图。从中可以看出，当电压电流的频率一致时，电压与电流的时间差ΔT确定后，便可以得到两者之间的相位差原理如公式(14)所示。
利用图22所示的测试方案，可以先通过固定超声换能器的工作功率，改变工作频率，探究超声换能器的工作频率fo(fo的初步范围为fr±10％fr)对相对反射率A或相位差的影响，找出使得相对反射率A或相位差相对较小(可分别假定为10％和9°)的工作频率范围(定义为相对最佳工作频率范围)，再通过改变工作功率，探究工作功率对相对最佳工作频率范围的影响。
本发明利用牛顿下山算法找出相对反射率A或相位差的变化规律，得到相对最佳工作频率范围。如图24所示是牛顿下山法的X-Y示意图，X轴表示自变量，Y轴表示因变量。
(a)将工作频率作为自变量(扰动变量)的情况。通过不断调节超声换能器的工作功率来比较前后相对反射率A或相位差的变化情况，再根据变化情况来调整工作功率，使超声换能器工作在相对最佳工作频率范围。其牛顿下山法具体工作步骤如下：
(1)在A点加一个扰动变量，使因变量达到B点；
(2)检测到之前增加扰动变量使得因变量减小，继续原来的方向增加扰动变量，直到因变量落在C点，其中C点对应的因变量为10％的初值；
(3)继续原来的方向加扰动变量，使因变量落在M点，M点对应的因变量值约为0；
(4)继续原来的方向加扰动变量，直到因变量落在D点，D点对应的因变量为10％的初值；
(5)此时检测到之前增加扰动变量使得因变量增加，改变原来的方向加扰动变量，使相对反射率A或相位差重新达到M点；
(6)继续原来的方向加扰动变量，使因变量落在C点；
(7)最后，因变量在C点，M点，D点三个工作点间波动。
算法中的因变量为相对反射率A或相位差其中对应的10％的初值分别为10％和9°，自变量(工作频率)的使用这种方法可以确定使相对反射率A或相位差相对较小的相对最佳工作频率范围为fC～fD。
(b)将工作功率作为自变量(扰动变量)的情况。通过不断调节超声换能器的工作功率来比较前后相对最佳工作频率范围的变化情况，再根据变化情况来调整工作功率，使超声换能器工作在相对最佳功率。其牛顿下山法具体工作情况与(a)情况的类似。然而大量研究表明，提高超声换能器的工作功率会缩小其相对最佳工作频率范围，因此牛顿爬山法并不适用于将工作功率作为自变量(扰动变量)的情况。
本发明所介绍的阻抗匹配网的效果评估方法的目的是通过牛顿下山法确定相对最佳工作频率范围，再通过改变超声换能器的工作功率，可以探究工作功率对相对最佳工作频率范围的影响，从而得出工作频率和工作功率对超声换能器的匹配效果的影响规律，为实际中经过阻抗匹配后超声压电陶瓷换能器的工作条件(包括工作频率、功率等参数)的设定提供了一个行之有效的方法。
图25是本发明的光催化单元的结构示意图。光催化单元3包括多个负载光催化剂TiO2的石英小球31和用于包裹石英小球31的负载光催化剂TiO2的冲孔网膜32，其结构如图25所示。光催化单元3放置于气液两相反应壳体12的下方区域如图6所示。
光催化单元3的作用是与阵列式DBD反应器14产生的紫外线发生光催化作用，光催化剂在紫外线照射下吸收光子产生光生电子和空穴对，光生电子与光催化剂表面的溶解氧反应生成超氧负离子，而空穴则与溶液中氢氧根离子和水反应生成羟基自由基，超氧负离子和羟基自由基具有强氧化性，这将增强气液两相放电有机废水处理的效果。另外，将光催化剂TiO2负载于石英小球31表面可以极大地增大光催化剂与紫外线的接触面积，从而提高对紫外线的利用效率，进一步产生更多的活性物质用于降解有机污染物。
如图25所示，负载光催化剂TiO2的石英小球31的大小规格不一，由冲孔网膜32从四周包裹着。石英小球31的制备方法如下：通过溶胶-凝胶法制备TiO2浆料，然后将其涂在石英小球的外表面，最后在200～220℃下烘焙3～3.5小时，冷却即得。而负载光催化剂TiO2的冲孔网膜的制备使用浸渍提拉法，其具体制备方法参考专利ZL201510496829.X“电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器”中说明书第51段。
图26是本发明的冲孔网膜的结构示意图。令冲孔网膜32的孔的数目为n1，孔的直径为d，单孔的横截面积为A1，冲孔网膜的横截面积为A0，则有：
A0＝h·l (16)
n1·v1·A1＝v0·A0 (17)
其中，v0、v1分别代表进水面33和出水面34的液流速度。
气液分离单元6主要由气液分离器61组成。由于阵列式DBD反应器14中通入了一定流量空气，再加上三口反应器13中的液体流速较快，使得气液两相反应壳体12内部充有一定流量空气的液体的流速加快，为避免流速过快而造成排水口排水不及时而损坏壳体的密封性。因此本发明中的气液分离器61起到了缓冲气液两相反应单元内气液两相流的作用。气液分离器61的具体操作说明及结构参考专利ZL201510496829.X“电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器”中说明书第12段和图7。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，其特征在于，包括气液两相反应单元(1)、超声辐射单元(2)、气体流量调整单元(4)、液体流量调整单元(5)、气液分离单元(6)、水质分析单元(8)、驱动单元(9)，所述气液两相反应单元(1)内部设置有光催化单元(3)，所述气液两相反应单元(1)的上方设置有相连通的阵列式DBD反应器(14)；
所述驱动单元(9)的输出端分别与所述阵列式DBD反应器(14)的输入端、所述超声辐射单元(2)的输入端相连接；
所述液体流量调整单元(5)与所述气液两相反应单元(1)采用双向连接，所述液体流量调整单元(5)的输出端与所述水质分析单元(8)的输入端相连接；
所述气液分离单元(6)与所述气液两相反应单元(1)采用双向连接；
所述气体流量调整单元(4)的输入端与所述气液分离单元(6)的输出端相连接，所述气体流量调整单元(4)的输出端依次连接所述阵列式DBD反应器(14)的输入端、所述气液两相反应单元(1)。
2.根据权利要求1所述的大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，其特征在于，所述气液两相反应单元(1)包括底座(11)、安装在所述底座(11)上方的气液两相反应壳体(12)、安装在所述气液两相反应壳体(12)内部的三口反应器(13)，所述阵列式DBD反应器(14)安装在所述气液两相反应壳体(12)的上方，所述气液两相反应壳体(12)上设置有出水口(16)、气液分离口(18)、液体回流口(19)，所述三口反应器(13)包括设置于左端的进水口(131)、设置于右端的出口(132)、设置于顶端的阵列式DBD反应器接入口(133)，所述阵列式DBD反应器(14)安装在所述三口反应器(13)的所述阵列式DBD反应器接入口(133)上，所述阵列式DBD反应器(14)的顶端设置有进气口(17)。
3.根据权利要求2所述的大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，其特征在于，所述三口反应器(13)上的所述进水口(131)与所述液体流量调整单元(5)的输出端相连通，所述气液两相反应壳体(12)上的所述出水口(16)与所述液体流量调整单元(5)的输入端相连通，所述气液两相反应壳体(12)上的所述气液分离口(18)与所述气液分离单元(6)的输入端相连通，所述气液两相反应壳体(12)上的所述液体回流口(19)与所述气液分离单元(6)的输出端相连通，所述气液分离单元(6)的输出端与所述气体流量调整单元(4)的输入端相连通，所述气体流量调整单元(4)的输出端与所述阵列式DBD反应器(14)上的所述进气口(17)相连通。
4.根据权利要求2所述的大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，其特征在于，所述阵列式DBD反应器(14)包括位于顶部的气腔(143)、位于所述气腔(143)下方的若干单管DBD反应器，所述气腔(143)与所述单管DBD反应器的顶端相连通，所述气腔(143)上开设有与所述气腔(143)相连通的通气口(144)，所述通气口(144)与所述进气口(17)相连通。
5.根据权利要求4所述的大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，其特征在于，所述单管DBD反应器包括高压电极(141)、低压电极(142)、石英玻璃管(145)、绝缘支架(146)，所述绝缘支架(146)嵌套安装在所述石英玻璃管(145)的内部的一端，所述低压电极(142)安装在所述石英玻璃管(145)的另一端，所述高压电极(141)安装在所述绝缘支架(146)上。
6.根据权利要求4所述的大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，其特征在于，所述绝缘支架(146)的中心设置有贯通的高压电极插入孔(149)，所述高压电极(141)配合插入所述高压电极插入孔(149)中，所述绝缘支架(146)的边缘还设置有若干等间距分布的通气孔(148)。
7.根据权利要求2所述的大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，其特征在于，所述驱动单元(9)包括可编程AC/DC电源(91)、高压脉冲源(92)、功率放大器(93)、阻抗匹配网A(94)、阻抗匹配网B(95)，所述可编程AC/DC电源(91)的第一输出通道和第二输出通道分别与所述高压脉冲源(92)的输入端、所述功率放大器(93)的输入端电气连接，所述高压脉冲源(92)的输出端与所述阻抗匹配网A(94)的输入端电气连接，所述阻抗匹配网A(94)的输出端与所述APPJ反应器(14)的输入端电气连接；所述功率放大器(93)的输出端与所述阻抗匹配网B(95)的输入端电气连接，所述阻抗匹配网B(95)的输出端与所述超声辐射单元(2)的输入端电气连接。
8.根据权利要求2所述的大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，其特征在于，所述液体流量调整单元(5)包括液压泵(M1)、液体流量计(FL)、储水箱A(51)、储水箱B(52)、第一液体阀门(VL1)、第二液体阀门(VL2)、第三液体阀门(VL3)、第四液体阀门(VL4)，所述液压泵(M1)的输入端分别与所述第一液体阀门(VL1)的输出端、所述第二液体阀门(VL2)的输出端相连通，所述液压泵(M1)的输出端依次连通所述液体流量计(FL)、所述三口反应器(13)上的所述进水口(131)，所述储水箱A(51)的输入端连通所述第三液体阀门(VL3)的输出端，所述储水箱A(51)的输出端连通所述第二液体阀门(VL2)的输入端；所述出水口(16)连通所述储水箱B(52)的输入端，所述储水箱B(52)的输出端分别连通所述第三液体阀门(VL3)的输入端、所述第四液体阀门(VL4)的输入端、所述水质分析单元(8)，所述第四液体阀门(VL4)用来将处理结束的液体排出。
9.根据权利要求2所述的大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，其特征在于，所述气体流量调整单元(4)包括气泵(M2)、气体流量计(FG)、风门(VG)，所述风门(VG)的输出端依次连通所述气体流量计(FG)、所述气泵(M2)、所述进气口(17)，所述气液分离单元(6)的输出端分别连通所述气体流量计(FG)的输入端、所述风门(VG)的输出端，所述风门(VG)的输入端外接外部气源(10)。
10.根据权利要求2所述的大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置，其特征在于，所述光催化单元(3)设置于所述气液两相反应壳体(12)的下部区域，所述光催化单元(3)包括多个负载光催化剂的石英小球(31)、用于包裹所述石英小球(31)上的光催化剂的冲孔网膜(32)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810055200.5A CN108163925A (zh) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | 大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810055200.5A CN108163925A (zh) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | 大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108163925A true CN108163925A (zh) | 2018-06-15 |
Family
ID=62514952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810055200.5A Pending CN108163925A (zh) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | 大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108163925A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110104853A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-09 | 上海海事大学 | 分离式多相介质阻挡放电等离子体水处理反应器 |
| CN113812216A (zh) * | 2019-04-12 | 2021-12-17 | 维泰弗德有限公司 | 等离子活化流体处理系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100808935B1 (ko) * | 2006-11-22 | 2008-03-03 | 김영규 | 플라즈마 및 광촉매를 이용한 폐수 처리장치 |
| CN101538792A (zh) * | 2009-04-20 | 2009-09-23 | 浙江理工大学 | 同时对纤维丝改性和污水处理的室温等离子体炬阵列装置 |
| CN105130046A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-12-09 | 南通河海大学海洋与近海工程研究院 | 等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置 |
| CN105198034A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-12-30 | 江苏省环境科学研究院 | 电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器 |
| CN105293623A (zh) * | 2015-08-13 | 2016-02-03 | 河海大学常州校区 | 一种固液气三相水处理反应器 |
| CN105858814A (zh) * | 2016-03-28 | 2016-08-17 | 大连民族大学 | 一种阵列式高密度水中介质阻挡放电废水处理装置 |
-
2018
- 2018-01-19 CN CN201810055200.5A patent/CN108163925A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100808935B1 (ko) * | 2006-11-22 | 2008-03-03 | 김영규 | 플라즈마 및 광촉매를 이용한 폐수 처리장치 |
| CN101538792A (zh) * | 2009-04-20 | 2009-09-23 | 浙江理工大学 | 同时对纤维丝改性和污水处理的室温等离子体炬阵列装置 |
| CN105130046A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-12-09 | 南通河海大学海洋与近海工程研究院 | 等离子体与超声和催化联合的级联式水处理装置 |
| CN105198034A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-12-30 | 江苏省环境科学研究院 | 电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器 |
| CN105293623A (zh) * | 2015-08-13 | 2016-02-03 | 河海大学常州校区 | 一种固液气三相水处理反应器 |
| CN105858814A (zh) * | 2016-03-28 | 2016-08-17 | 大连民族大学 | 一种阵列式高密度水中介质阻挡放电废水处理装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 姜兆华: "《固体界面物理化学原理及应用》", 31 January 2017, 哈尔滨工业大学出版社 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113812216A (zh) * | 2019-04-12 | 2021-12-17 | 维泰弗德有限公司 | 等离子活化流体处理系统 |
| CN110104853A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-09 | 上海海事大学 | 分离式多相介质阻挡放电等离子体水处理反应器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105198034B (zh) | 电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器 | |
| CN102814109B (zh) | 一种基于介质阻挡电晕放电等离子体处理废气的装置 | |
| CN102745848B (zh) | 一种微波光催化降解反应装置 | |
| CN105293623B (zh) | 一种固液气三相水处理反应器 | |
| CN206692391U (zh) | 一种采用多针板气液水中放电等离子体的污水处理装置 | |
| CN108163925A (zh) | 大区域介质阻挡放电协同超声与催化的水处理装置 | |
| CN105198035B (zh) | 变频功率超声调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器 | |
| CN107459190A (zh) | 一种高级氧化有机废水处理系统及其功效测试方法 | |
| CN108585329A (zh) | 一种uv/o3/h2o2高级氧化反应器及工艺 | |
| CN108217819A (zh) | 大气压等离子体射流协同超声与催化的水处理装置 | |
| CN201006844Y (zh) | 一种声光协同臭氧的外环流废水处理设备 | |
| CN103435141B (zh) | 连续流密闭型气相高压脉冲放电水处理装置 | |
| EP3774669B1 (en) | Ballast water treatment apparatus and ballast water treatment system | |
| CN111135770B (zh) | 催化协同放电活性成分生成特性实验研究装置及方法 | |
| CN101913686A (zh) | 脉冲功率水处理反应器 | |
| CN201301239Y (zh) | 一种饮用水的紫外线杀菌装置 | |
| CN210505993U (zh) | 介质阻挡放电破解污泥实验装置 | |
| CN201010551Y (zh) | 气液混合放电降解水中有机污染物的装置 | |
| CN109384336B (zh) | 一种利用介质阻挡放电-废水处理联用设备处理高浓度有机废水的方法 | |
| CN205258253U (zh) | 一种污水再利用处理装置 | |
| CN108706682A (zh) | 一种低噪音多频超声化学反应器及应用 | |
| CN210037586U (zh) | 一种水质总磷在线分析仪 | |
| CN203754548U (zh) | 污水处理组合式高级氧化中试装置 | |
| CN108303390A (zh) | 体积介质阻挡放电氧化物生成及甲醛清除装置 | |
| CN105174358A (zh) | 水下密集气泡微波放电水处理反应器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180615 |