CN111320227A - 一种液体电极介质阻挡放电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，包括依次相连通的气室、介质桶、储水槽，所述气室的内部镶嵌有水柱喷头，所述水柱喷头的喷口位于介质桶的内部，所述水柱喷头与进水槽相连通，气室与气泵相连接，介质桶与高压电源相连接。介质桶内部的中间设置有空心夹层，在介质桶空心夹层处注满导电液体作为液体高压电极，所述水幕喷头与地线连接，作为地电极。本发明采用液体电极放电避免了传统电极产生的尖端放电及丝状放电等放电不均匀现象。在进行等离子体活化水制备过程中，产生的等离子体活化水可以直接作用于待处理物表面，避免了等离子体活化水在容器内滞留导致活性衰退。

Description

一种液体电极介质阻挡放电装置

技术领域

本发明涉及污水处理及等离子体活化水产生领域，特别涉及一种液体电极式的介质阻挡放电装置及工作方法。

背景技术

我国是一个人均水资源匮乏的国家，被列为世界上十三个贫水国之一。随着我国工业化和城镇化的推进，日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾。现有处理方法，例如凝结，絮凝，沉淀，微滤和超滤，在去除微量持久性有机化合物方面无效。化学试剂氧化水相中的微量有毒有机物时容易引发水体二次污染。因此研制一种新型等离子体产生装置对污水净化是非常必要的。

使用传统地消毒液对物品进行消毒时，消毒液释放的刺激性气味及残留容易影响到使用者的健康，而等离子体活化后的水溶液是具有一定消毒能力，同时无残留的活化溶液。因此，使用设计一种等离子体发生器可以对水体进行活化从而制备成等离子体活化水是十分必要的。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明目的在于提供一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，是一种结构精巧、使用方便、效果明显、成本低廉、卫生安全的等离子体废水处理及等离子体活化水制备装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，包括依次相连通的气室、介质桶、储水槽，所述气室的内部镶嵌有水柱喷头，所述水柱喷头位于气室和介质桶的内部，所述水柱喷头的喷口位于介质桶的内部，所述水柱喷头与进水槽相连通，所述气室与气泵相连接，所述介质桶与高压电源相连接。

进一步的，所述水柱喷头与气室之间设置有密封圈，用于对水柱喷头与气室的连接处进行密封。

进一步的，所述水柱喷头的一端位于气室和介质桶的内部，另一端与进水槽相连通。

进一步的，所述水柱喷头与地线连接，作为地电极。

进一步的，所述水柱喷头镶嵌于气室的内部，所述水柱喷头的喷口位于介质桶的内部。所述水柱喷头的喷口与介质桶的内壁之间预留距离，方便气体流入。其预留距离根据工作方式进行更改。

进一步，所述水柱喷头的材质为导电良好的金属材料，如不锈钢、铝合金等，可根据需求对其喷出水柱或水幕形状进行改变。

进一步，所述水柱喷头为多水柱式喷头、喷雾式喷头、水幕式喷头或单水柱式喷头。

进一步，所述水柱喷头方向可以自上而下，也可以自下而上，根据实际需求对水柱喷头方向进行调整。

进一步的，所述水柱喷头与进水槽之间设置有水泵。

进一步的，所述水柱喷头与进水槽通过水管相连通。

进一步的，所述气室设置有进气孔，进气孔开设位置位于均流板上部，所述气室通过进气孔与气泵相连。气泵将气体注入气室内，经过气室内均流板后流入到介质桶内。

进一步的，所述均流板为环形结构，其上开有通气孔。

进一步的，所述气室内部均流板位于距气室底部10mm处，均流板上开有半径为2mm，孔心距为3mm的圆孔阵列，圆孔即为通气孔。

进一步的，所述气室通过气管与气泵相连，所述气室通过进气孔经气管与气泵相连。

进一步的，所述气室的材质为聚四氟乙烯等绝缘材料，其形状及进气孔数量可以根据实际需求进行改变或增减。

进一步的，所述均流板的材质与气室材质一致。

进一步的，所述介质桶内部的中间设置有空心夹层，在介质桶空心夹层处注满导电液体作为液体高压电极，所述导电液体可以为流动状态或静止状态。所述液体高压电极通过高压线与高压电源相连接。由于液体具有流动性，可以完全填充满整个气体空间，因此以液态电极替代传统电极可以避免尖端放电及丝状不均匀放电的产生。

进一步的，所述介质桶的空心夹层处设置有接线口，所述介质桶空心夹层处的导电液体通过接线口经高压导线与高压电源相连接。

进一步的，所述介质桶的一侧开口，且位于气室内部，所述气室与介质桶之间设置有密封圈，用于对气室与介质桶的连接处进行相应密封。

进一步的，所述介质桶的材质为石英、陶瓷或聚酰亚胺等绝缘材料，其形状可以根据需求进行改变。空心夹层处放置导电溶液作为液体电极。其导电溶液可以根据需求设置为流动或静止状态。

进一步的，所述气室和介质桶均安置于支撑架上，用于对气室和介质桶的固定。

进一步的，所述储水槽和进水槽之间设置有水泵，可以将处理完后的溶液再次进行处理，从而形成一种循环处理系统。

进一步的，所述储水槽的无特殊材料要求。

本发明高压电源、高压导线、水管、水泵、气管、密封圈等均属于附属辅助配件。

本发明液体电极形式的介质阻挡放电装置在使用时将待处理液体通入本发明所述的装置的介质桶内部，待处理液体表面产生等离子体。

本发明所述液体电极形式的介质阻挡放电装置可以用于处理污水，也可以用于制备等离子体活化水，其具有清洗消毒功能。

本发明所述液体电极形式的介质阻挡放电装装置的工作方法为：储水槽中的待处理溶液可以通过介质桶上部或下部利用水柱喷头注入到介质桶内，从而在待处理液体表面形成等离子体。经过处理后的液体利用重力流入到介质桶下端的储水槽中。在储水槽和进水槽之间若设置水泵，则可以形成一套循环处理系统。其具体工作过程大致如下：

根据待处理液体体积及处理要求，选着合适的水柱喷头(多水柱式、喷雾式、水幕式及单水柱式)，并将待处理液体放置于进水槽中，随后依次开启进水槽与水柱喷头之间的水泵，气泵及高压电源开关。将待处理液体喷出水柱喷头，以直喷的方式进入到介质桶，最后流入到储水槽中，在液体柱经过介质桶时候，会在液体柱表面形成等离子体从而对待处理液体进行处理。待处理液体可以根据需要进行循环处理及单次处理。若需要循环处理，只需要将储水槽与进水槽之间的水泵打开，随后再重复上述过程。处理完毕后，依次关闭高压电源，水泵及气泵开关。

等离子体可以利用等离子体产生的活性物质对废水进行净化杀菌：如OH自由基、氧原子、激发态氦原子、臭氧等，这些活性物质作用能够高效快速地杀死水环境中的微生物和将废水中的有机分子氧化为一氧化碳，二氧化碳和水；实现废水净化功能。上述自由基还可以渗入到水中形成等离子体活化水。制备的等离子体活化水可以实现对物品表面的杀菌消毒的功能。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、采用液体电极介质阻挡放电装置对污水进行净化灭菌处理，无需复杂的真空设备，不仅构造简单，使用方便，操作灵活，而且成本低廉，耗能少，工作效率高。

2、采用液体电极可以根据处理对象的不同对高压电极及地电极的结构进行改变，同时避免了介质阻挡放电高压电极发热的弊端。

3、直接将待处理液体作为地电极可以在待处理液体表面产生等离子体，使液体与等离子体接触面积明显增加，可以更高效的处理待处理溶液。同时，液体处理量显著提升。

4、采用液体电极放电避免了传统电极产生的尖端放电及丝状放电等放电不均匀现象。

5、在进行等离子体活化水制备过程中，产生的等离子体活化水可以直接作用于待处理物表面，避免了等离子体活化水在容器内滞留导致活性衰退。

附图说明

图1为本发明装置水幕喷头方向自上而下设置的整体结构示意图。

图2为本发明装置水幕喷头方向自上而下设置的气室、介质桶的结构示意图。

图3为本发明均流板的结构示意图。

图4为本发明装置水幕喷头方向自下而上设置的结构示意图。

图5为本发明装置水幕喷头方向自下而上设置的气室、介质桶的结构示意图。

图6为本发明装置制备的等离子体活化水杀灭大肠杆菌效果图和效率图。

图中：1、水幕喷头，2、气室，3、支撑架，4、介质桶，5、储水槽，6、水泵，7、进水槽，8、气泵，9、高压电源，10、进气孔，11、空心夹层，12、接线口，13、均流板。

具体实施方式

下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

如图1、2、3所示，一种液体电极介质阻挡放电装置，包括依次相连通的气室2、介质桶4、储水槽5，所述气室的内部镶嵌有水幕喷头1，所述水幕喷头1的喷口位于介质桶4的内部，所述水幕喷头4与进水槽7相连通，所述气室2与气泵8相连接，所述介质桶4与高压电源9相连接。所述水幕喷头1与进水槽7之间设置有水泵6，使进水槽7中的待处理液体进入到水幕喷头1。所述水幕喷头4的方向自上而下，水幕喷头4的喷口位于介质桶4的上部，在喷出水幕的周围产生等离子体放电。所述气室2的表面设置有两个进气孔10，内部设置有均流板13，进气孔10位于均流板13的上方，气室2通过进气孔10与气泵8相连。所述均流板13位于距气室2底部10mm处，均流板上开有半径为2mm，孔心距为3mm的圆孔阵列。气泵8将气体注入气室2内，经过气室2内均流板13后流入到介质桶4内。所述水幕喷头1镶嵌在气室2的内部，使水幕喷头1与气室2相连，二者之间设置有密封圈进行密封。所述气室2和介质桶3均安置于支撑架3上，且介质桶3一侧开口位于气室内部，使气室2与介质桶4相连通，并使用密封圈将气室2与介质桶4之间进行相应密封。水幕喷头1的喷口与介质桶3的内壁之间预留距离，方便气体流入。在介质桶3的中间设置有空心夹层11，在空心夹层11处(图2阴影斜线位置)注满导电溶液(导电液体为静置状态)作为液体高压电极，并设置接线口12，液体高压电极经接线口12通过高压电线与高压电源9相连接。水幕喷头1连接地线，作为地电极。所述水幕喷头1的材质为不锈钢材料，气室2和均流板13的材质为聚四氟乙烯，介质桶4的材质为石英。储水槽中5的待处理溶液可以通过介质桶上部的水幕喷头1注入到介质桶4内，从而在待处理液体表面形成等离子体。经过处理后的液体利用重力流入到介质桶4下端的储水槽5中。

实施例2

如图1、3、4、5所示，一种液体电极介质阻挡放电装置，包括依次相连通的气室2、介质桶4、储水槽5，所述气室的内部镶嵌有水幕喷头1，所述水幕喷头1的喷口位于介质桶4的内部，所述水幕喷头4与进水槽7相连通，所述气室2与气泵8相连接，所述介质桶4与高压电源9相连接。所述水幕喷头1与进水槽7之间设置有水泵6，使进水槽7中的待处理液体进入到水幕喷头1。所述水幕喷头4的方向自下而上，水幕喷头4的喷口位于介质桶4的下部，在喷出水幕的周围产生等离子体放电。所述气室2的表面设置有两个进气孔10，内部设置有均流板13，进气孔10位于均流板13的上方，气室2通过进气孔10与气泵8相连。所述均流板13位于距气室2底部10mm处，均流板上开有半径为2mm，孔心距为3mm的圆孔阵列。气泵8将气体注入气室2内，经过气室2内均流板13后流入到介质桶4内。所述水幕喷头1镶嵌在气室2的内部，使水幕喷头1与气室2相连，二者之间设置有密封圈进行密封。所述气室2和介质桶3均安置于支撑架3上，且介质桶3一侧开口位于气室内部，使气室2与介质桶4相连通，并使用密封圈将气室2与介质桶4之间进行相应密封。水幕喷头1的喷口与介质桶3的内壁之间预留距离，方便气体流入。在介质桶3的中间设置有空心夹层11，在空心夹层11处(图5阴影斜线位置)注满导电溶液(导电液体为静置状态)作为液体高压电极，并设置接线口12，液体高压电极经接线口12通过高压电线与高压电源9相连接。水幕喷头1连接地线，作为地电极。所述水幕喷头1的材质为不锈钢材料，气室2和均流板13的材质为聚四氟乙烯，介质桶4的材质为陶瓷。储水槽中5的待处理溶液可以通过介质桶下部的水幕喷头1注入到介质桶4内，从而在待处理液体表面形成等离子体。经过处理后的液体利用重力流入到介质桶4下端的储水槽5中。

实施例3

如图1、2、3所示，一种液体电极介质阻挡放电装置，包括依次相连通的气室2、介质桶4、储水槽5，所述气室的内部镶嵌有水幕喷头1，所述水幕喷头1的喷口位于介质桶4的内部，所述水幕喷头4与进水槽7相连通，所述气室2与气泵8相连接，所述介质桶4与高压电源9相连接。所述水幕喷头1与进水槽7之间设置有水泵6，使进水槽7中的待处理液体进入到水幕喷头1。所述水幕喷头4的方向自上而下，水幕喷头4的喷口位于介质桶4的上部，在喷出水幕的周围产生等离子体放电。所述气室2的表面设置有两个进气孔10，内部设置有均流板13，进气孔10位于均流板13的上方，气室2通过进气孔10与气泵8相连。所述均流板13位于距气室2底部10mm处，均流板上开有半径为2mm，孔心距为3mm的圆孔阵列。气泵8将气体注入气室2内，经过气室2内均流板13后流入到介质桶4内。所述水幕喷头1镶嵌在气室2的内部，使水幕喷头1与气室2相连，二者之间设置有密封圈进行密封。所述气室2和介质桶3均安置于支撑架3上，且介质桶3一侧开口位于气室内部，使气室2与介质桶4相连通，并使用密封圈将气室2与介质桶4之间进行相应密封。水幕喷头1的喷口与介质桶3的内壁之间预留距离，方便气体流入。在介质桶3的中间设置有空心夹层11，在空心夹层11处(图2阴影斜线位置)注满导电溶液(导电液体为流动状态)作为液体高压电极，并设置接线口12，液体高压电极经接线口12通过高压电线与高压电源9相连接。水幕喷头1连接地线，作为地电极。所述储水槽5和进水槽7之间设置有水泵，使储水槽5中的处理后的液体进入到进水槽7中进行循环处理。所述水幕喷头1的材质为不锈钢材料，气室2和均流板13的材质为聚四氟乙烯，介质桶4的材质为石英。储水槽中5的待处理溶液可以通过介质桶上部的水幕喷头1注入到介质桶4内，从而在待处理液体表面形成等离子体。经过处理后的液体利用重力流入到介质桶4下端的储水槽5中。通过储水槽5和进水槽7之间设置的水泵，形成一套循环处理系统。

实施例4

利用实施例1所述的一种液体电极介质阻挡放电装置处理模拟工业废水进行杀菌实验。

为了模拟工业废水，将无菌水中添加大肠杆菌菌种，配置成1×10⁵cuf/mL的“废水”500mL。随后将配置好的溶液放置到进水槽中，按照所述的操作方式开始处理循环处理溶液。处理时间分别为：10s，20s，30s和60s。等离子体工作电压分别设置为：7.0kV，8.0kV，9.0kV和10.0kV。经过不同条件处理后，在储水槽中取出300μL处理后的溶液，放置到LB培养基上进行涂抹培养，经过24小时37℃恒温培养后利用平板计数法对生长的菌落进行计数。随后对杀菌效率进行评价。杀菌效率评价通过以下公式进行：

杀菌效率＝(控制组细菌存活菌落数-实验组细菌存活菌落数)/控制组细菌存活菌落数

从杀菌效果图及效率图可以看出在相同产生等离子体的电压下，处理时间越长在培养基上存活的细菌数量越少，杀菌效率越高。在相同的处理时间下，等离子体产生电压越高杀在培养基上存活的细菌数量越少，杀菌效率越高。当产生等离子体电压为10.0kV，处理时间为60s时，从效果图中可以看出培养基上基本没有细菌菌落存在，杀菌效率为99％。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (10)

1.一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，其特征在于，包括依次相连通的气室、介质桶、储水槽，所述气室的内部镶嵌有水柱喷头，所述水柱喷头的喷口位于介质桶的内部，所述水柱喷头与进水槽相连通，所述气室与气泵相连接，所述介质桶与高压电源相连接。

2.根据权利要求1所述的一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述气室设置有进气孔，内部设置有均流板，所述进气孔位于均流板的上方，所述气室通过进气孔与气泵相连。

3.根据权利要求1所述的一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述介质桶的内部设置有空心夹层，在介质桶空心夹层处注满导电液体作为液体高压电极，所述液体高压电极通过高压线与高压电源相连接。

4.根据权利要求1所述的一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述水柱喷头与地线连接，作为地电极。

5.根据权利要求1所述的一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述水柱喷头与进水槽之间设置有水泵。

6.根据权利要求1所述的一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述储水槽和进水槽之间设置有水泵。

7.根据权利要求1所述的一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述气室和介质桶均安置于支撑架上。

8.根据权利要求1所述的一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述水柱喷头与气室之间设置有密封圈；所述气室与介质桶之间设置有密封圈。

9.根据权利要求1所述的一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，所述水柱喷头为多水柱式喷头、喷雾式喷头、水幕式喷头或单水柱式喷头。

10.根据权利要求1所述的一种液体电极形式的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述气室、介质桶的材质为绝缘材料；所述水柱喷头的材质为金属材料。

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