CN110482642A - 一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于：包括水箱和放电组件；所述装置进料以气液混合物的形式进入；所述放电组件包括高压电极、绝缘介质、曝气盘（微孔道元件）；所述绝缘介质设置于该水箱内，介质1通过底座固定，介质2通过与介质1紧贴固定，该高压电极和地极分别位于绝缘介质1和2之间，电极紧贴在两绝缘介质之间；曝气盘位于两电极组件之间，气盘表面靠近介质2，通入气液混合物时，曝气盘表面气液均匀流出。本发明可实现放电时自降温冷却、同时能实现低成本、高效率地处理难降解有机污染物。

Description

一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置
技术领域
本发明属于污染物处理技术领域，具体一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置。
背景技术
随着石油化工、有机合成、印染等行业的发展，各种高浓度难降解有机废水、废气相应增多，给环境保护提出更多的问题。难降解有机污染物的处理一直是环境保护中的难点和重点。难降解有机物指生物不能降解，或在任何环境不能以足够快的速度降解而使它在环境中长期积累的化合物，这类有机物具有易生物富集，环境污染严重，对人体伤害大等特点。常见的难降解有机污染有杂环类化合物、多环芳烃、卤代烃、含氰化合物等有毒有害物质。
传统难降解有机废水处理工艺有吸附法、过滤法等，主要的处理方法有吸附、过滤、催化氧化等。而吸附法中的吸附剂具有寿命短、容量有限、选择性吸收、成本高且难再生等缺点，这大大限制了该方法的使用。等离子体技术是一种新兴的高级氧化技术，是集自由基氧化、臭氧氧化、紫外光解、高能电子轰击、超临界效应、局部热效应等多种作用于一体，是物理、化学、生物和环境科学等学科交叉性的综合性技术。等离子体是多种活性自由基、高能电子、生态氧、阴阳离子的聚集态，这些自由基、高能电子等活性粒子能与气体或水体中的有机物污染物分子碰撞，发生一系列基元反应，从而在极短时间内高效率、无选择性的实现有机物的破坏、断链、氧化分解，进而达到处理有机污染物的目的。而等离子体技术在处理难降解有机废弃物过程中，体现出能耗低、效率高、无二次污染等特点，能有效处理几乎所有有机污染物，因此等离子体技术成为近年来研究的热点。目前，利用等离子体技术处理有机废水还存在着能量利用率较低、等离子体向水相传质慢、自由基的利用不高的问题，同时，在水相放电通常伴随着高温，这加速了活性物质相互间消耗，缩短了活性物质的存活时间。
从实际应用的角度出发，目前大气压等离子体研究主要集中在气液两相环境之间。在外加特殊电场作用下，气态和液态之间会发生复杂的物理和化学反应过程，产生多种活性基团(例如OH、O、O3、H2O2、NOx等)，这些活性基团决定等离子体主要性质。
气液两相放电的活性成分及其剂量，受到放电类型、反应器结构、气液两相参数和反应动力学参数等多个物理和化学参量的协同调控，并最终导致实际应用效果的显著差异。
目前设计和改造液相大气压等离子体介质阻挡放电装置是等离子体科学研究的重要方向，如何设计出气液接触面积更大、气液相之间传质速率更快、活性物质产生更多以及寿命更长具有重要的工程实际意义。
发明内容
鉴于现有技术中存在上述的一个或多个缺陷，本发明提供了一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置。
为实现上述目的，本发明提供一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于：包括水箱（1）和放电组件（2）；所述水箱（1）进料口（1-5）与进水管（1-7）和进气管（1-6）连接，所述水箱（1）出水口与出水管（1-1）连接； 所述放电组件（2）包括高压电极（2-2）、接地电极（2-5）、绝缘介质1（2-3）、绝缘介质2（2-4）、曝气盘（微孔道件）（2-1）及曝气盘底座（2-6）；该装置的放电组件整体位于水箱所设底座（1-4）上部；所述绝缘介质1（2-3）与水箱底座直接接触固定；所述高压电极（2-2）紧贴在所述绝缘介质1（2-3）与绝缘介质2（2-4）之间，所述接地电极（2-5）紧贴在所述绝缘介质1（2-3）与绝缘介质2（2-4）之间；所述曝气盘（2-1）位于两电极之间，靠近绝缘介质2；所述曝气盘（2-1）即微孔道件位于所述底座（2-6）上部固定，并且所述微孔道件（2-1）上设有若干微孔，分布均匀； 所述微孔道件（2-1）采用绝缘材质。
采用上述方案，在工作时，该高压电极（2-2）通过导线外接高压电源连接，该高压电极（2-2）被绝缘介质1（2-3）和绝缘介质2（2-4）压紧，在两块介质板之间对所述水箱（1）内微孔道件（2-1）高压放电，其工作特点分析如下：
第一，由于在水箱（1）内废水处理时，经高压电极（2-2）放电形成等离子体会在大量气泡的快速推动下进入所述水箱（1）内不同区域，可实现快速扩散，解决了等离子体传质慢的问题，大大提高了分解效率、进而实现低成本、高效率放电等离子体处理难降解有机污染物；
第二，由于在放电时，由于绝缘介质1（2-3）绝缘阻挡，可避免火花放电，得到了均匀稳定的等离子体，且经绝缘介质1（2-3）和绝缘介质2（2-4）介质阻挡后使放电过程具有脉冲延时短、适用电压频率范围宽，适应性强等优点。
第三，由于曝气盘（2-1）中的微孔道元件在水箱内，当通入废水和气体后，因此微孔道元件在气液混流中可能实现自冷却，而放电区域也在微孔道中，从而实现放电区域的自冷却，提高活性物质存活时间，提升效率。
第四，由于微孔元件是绝缘的，电场只能从孔道中穿过，达到聚集电场的作用，降低放电的起始电压，提高能量的利用率，实现低运行成本。
优选地，所述微孔（2-7）的直径为小于100um。
优选地，该微孔道件（2-1）可采用陶瓷过滤板、过滤片、石英曝气盘、陶瓷曝气盘、聚四氟乙烯曝气盘中的任一种。
进一步地，所述绝缘介质1（2-3）为聚四氟乙烯板，绝缘介质2（2-4）为环氧板。
进一步地，所述高压电极（2-2）或/和接地电极（2-5）采用片状或网状导电材料。
进一步地，所述放电组件（2）具有多个。这样可成倍提高污染物处理的效率。
本发明的有益效果：
第一，本发明由于在水箱内废水处理时，经高压电极放电形成等离子体会在大量气泡的快速推动下进入所述水箱内不同区域，可实现快速扩散，解决了等离子体传质慢的问题，大大提高了分解效率、进而实现低成本、高效率放电等离子体处理难降解有机污染物。
第二，本发明由于在放电时，由于绝缘介质绝缘阻挡，可避免火花放电，得到了均匀稳定的等离子体，且经绝缘介质介质阻挡后使放电过程具有脉冲延时短、适用电压频率范围宽，适应性强等优点。
第三，本发明由于曝气盘内的微孔道元件在水箱内，当通入废水和气体后，因此微孔道元件在水中可能实现自冷却，而放电区域也在微孔道中，从而实现放电区域的自冷却，提高活性物质存活时间，提升效率。
第四，本发明由于微孔元件是绝缘的，电场只能从微孔中穿过，达到聚集电场的作用，降低放电的起始电压，提高能量的利用率，实现低运行成本。
第五，本发明可用于废气的处理，也可以用于废水的处理，还可以用于废气和废水的同步处理，满足对单一或/和复合污染物处理，具有多功能性，能达到一机多用的目的；
第六，本发明由于将放电空间设置在微孔道件内，并实现水气混合相放电、可提高活性物质的产率，利于有机污染物的去除。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是曝气盘的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例：参见图1-2，一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其包括水箱1、放电组件2及高压电源3。
所述水箱1进料口（1-5）与进水管（1-7）和进气管（1-6）连接，所述水箱1出水口与出水管（1-1）连接。
所述放电组件2包括高压电极(2-2)、绝缘介质1（2-3）、绝缘介质2（2-4）、曝气盘（2-1）及接地电极（2-5）。
所述高压电极(2-2)紧贴在所述绝缘介质1(2-3)和绝缘介质2（2-4）之间，接地电极（2-5）紧贴在所述绝缘介质1（2-3）和绝缘介质2（2-4）之间，在两块电极组件之间，放置曝气盘，其表面距离绝缘介质2（2-4）约2mm，所述微孔道件（2-1）上设有若干微孔（2-7）；所述微孔道件（2-1）采用绝缘材质。
优选地，所述微孔（2-7）的直径为小于100um。
另外，该微孔（2-7）孔型可为圆孔、三角形孔、多边形孔等，可不受外形限制。
优选地，该微孔道件（2-1）可采用陶瓷过滤板、过滤片、石英曝气盘、陶瓷曝气盘、聚四氟乙烯曝气盘中的任一种。
进一步地，所述曝气盘（2-1）上接有进料口（1-5），该进料口（1-5）接有废水和气体，通过各自的流量计调控，使其达到一个合适的速率，在曝气盘表面均匀且稳定的流出。
进一步地，所述高压电极（2-2）或/和接地电极（2-5）采用片状或网状或环状或多孔导电材料。
进一步地，所述放电组件（2）具有多个。这样可成倍提高污染物处理的效率。
另外，该进水管与出水管之间设置有水泵（1-2），使其废水循环作业，并设置流量计（1-3），调节其速率。该供气管道上安装有流量计（1-3），调节其速率。
进一步地，所述放电组件（2）具有多个。这样可成倍提高污染物处理的效率。
发明在工作时，该高压电极（2-2）通过导线外接高压电源3连接，该高压电极（2-2）被绝缘介质1（2-3）和绝缘介质2（2-4）压紧且用于对所述水箱（1）内微孔道件（2-1）高压放电，其工作特点分析如下：
第一，由于在水箱（1）内废水处理时，经高压电极（2-2）放电形成等离子体会在大量气泡的快速推动下进入所述水箱（1）内不同区域，可实现快速扩散，解决了等离子体传质慢的问题，大大提高了分解效率、进而实现低成本、高效率放电等离子体处理难降解有机污染物。
第二，由于在放电时，由于绝缘介质1（2-2）和绝缘介质2（2-4）绝缘阻挡，可避免火花放电，得到了均匀稳定的等离子体，且经绝缘介质2（2-4）介质阻挡后使放电过程具有脉冲延时短、适用电压频率范围宽，适应性强等优点。
第三，由于在电极组件之间设置有曝气盘（微孔道元件），微孔道元件在水箱内，当通入水后，因此微孔道元件在水中可能实现自冷却，而放电区域也在微孔道中，从而实现放电区域的自冷却，提高活性物质存活时间，提升效率。
第四，由于微孔元件是绝缘的，电场只能从孔道中穿过，达到聚集电场的作用，降低放电的起始电压，提高能量的利用率，实现低运行成本。
本发明具有三种工作状态：
第一种，只处理难降解有机废水也就是本装置主要的工作状态。首先从供气管道（1-6）通入气体，然后从进水管（1-7）通入废水，当气液混合相均匀从曝气盘表面流出时，打开高压电源3开始放电处理，然后可长期运行。
第二种，只处理难降解挥发性有机废气。首先从供气管道（1-6）通入废气，然后从进水管（1-7）通入水，当气液混合相均匀从曝气盘表面流出时，打开电源开始放电，最后通过调节流量计（1-3）降低从进水管（1-7）通入水的速度。
第三种，既处理废水也处理废气。将废气与废水从供气管道（1-6）和进水管（1-7）同时通入，当气液混合相均匀从曝气盘表面流出时，打开电源开始放电，然后可长期运行。
因此，本发明可以用于废气的处理，也可以用于废水的处理，另外还可以用于废气、废水的同步处理。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于：包括水箱（1）和放电组件（2）；所述水箱（1）进料口（1-5）与进水管（1-7）和进气口（1-6）连接，所述水箱（1）出水口与出水管（1-1）连接； 所述放电组件（2）包括高压电极（2-2）、接地电极（2-5）、绝缘介质1（2-3）、绝缘介质2（2-4）、曝气盘（微孔道件）（2-1）及曝气盘底座（2-6）；该装置的放电组件整体位于水箱所设底座（1-4）上部；所述绝缘介质1（2-3）与水箱底座直接接触固定；所述高压电极（2-2）紧贴在所述绝缘介质1（2-3）与绝缘介质2（2-4）之间，所述接地电极（2-5）紧贴在所述绝缘介质1（2-3）与绝缘介质2（2-4）之间；所述曝气盘（2-1）位于两电极之间，靠近绝缘介质2；所述曝气盘（2-1）即微孔道件位于所述底座（2-6）上部固定，并且所述微孔道件（2-1）上设有若干微孔，分布均匀； 所述微孔道件（2-1）采用绝缘材质。
2.如权利要求1所述的一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于：所述微孔（2-7）的直径小于100um。
3.如权利要求1所述的一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于：该微孔道件（2-1）可采用陶瓷过滤板、过滤片、石英曝气盘、陶瓷曝气盘、聚四氟乙烯曝气盘中的任一种。
4.如权利要求1所述的一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于：所述进料口（1-5）通入气液混合相，通过微孔曝气盘表面均匀流出。
5.如权利要求4所述的一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于：经曝气盘流入的气液混合物，通过水箱连接的出水口（1-1）循环流入，其水箱（1）内的液面不高于水箱所设底座（1-4）上方。
6.如权利要求1所述的一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于：所述高压电极（2-2）或/和接地电极（2-5）采用片状或网状导电材料。
7.如权利要求4所述的一种泡沫类介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于：气液混合相中的气相不同，自由基产生强度也有差异，其中过氧化氢和臭氧浓度大小：氧气>空气>氩气>氦气 。
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