CN111559791B - 一种喷洒式介质阻挡放电等离子体污染物处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于低温等离子体技术领域，具体为公开了一种新型自冷却、短流程、低成本高压喷洒式介质阻挡放电等离子体处理有机污染物的装置。主要包括保护套、接地电极、高压电极、绝缘阻挡介质水筒。本发明放电组件置为筒状，表面积大，散热快，能够实现自冷却，以及水雾同时降低放电空间温度，提高活性物质存活时间；放电区域设置在绝缘介质圆桶中，并在水雾喷洒过程其中形成气液混合相，这不仅降低了放电阀值，还提高了活性物质产率；用气体形成微小气泡将等离子体带入水雾中，极大提高了等离子体与水的传质速率和处理效率，且气体与液滴混合均匀，有效提高了活性物质的产生效率。在使用过程中，可以有效处理难降解废水。并且本装置可处理废气，也可以用于废气废水同时处理。

Description

一种喷洒式介质阻挡放电等离子体污染物处理装置

技术领域

本发明属于低温等离子体技术领域，具体为喷洒式介质阻挡放电等离子体处理废弃有机物的设备，通过喷洒式介质阻挡放电产生等离子体，实现有机废水或废气的高效处理。

背景技术

随着世界经济、科技水平的发展以及人类生活水平的提高，涌现出越来越多的合成产品，也由此带来了巨大的环境负荷，特别是制药、印染、化工、石油等行业产生的大量难降解有机工业废水造成了严重的环境污染。所以，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。

高浓度难降解有机废水的处理，是目前国内外污水处理界公认的难题。针对这类废水，如焦化废水、制药废水、石化/油类废水、纺织/印染废水、化工废水、油漆废水等行业性废水研究较多。所谓“高浓度”，是指这类废水的有机物浓度较高，COD一般在2000mg/L以上，有的甚至高达每升几万至十几万；“难降解”是指这类废水的可生化性较低，BOD5/COD值一般均在0.3以下甚至更低，难以生物降解。

“高浓度”和“难降解”使得此类废水在处理中，单独使用生物法或物化法等“常规”方法难以有效处理。从而，研究生物法和物化法等其它方法的组合，力图使处理成本降到最低而且处理方法具有在国内工业企业的有效推广价值，是当前解决此类废水污染的关键性问题。

所谓等离子体是继固体、气体、液体三态后，列为物质的第四态，由正离子、负离子、电子和中性离子组成，因体系中正负电荷总数相等，故称为“等离子体”等离子体按粒子温度可分为平衡态(电子温度=离子温度)与非平衡态(电子温度>>离子温度)两类。

非平衡态等离子体电子温度可上万度，离子及中性离子可低至室温，即体系表观温度仍很低，故称“低温等离子体”，一般由气体放电产生。

气体放电有多种形式，其中工业上使用的主要是电晕放电(在去除废气中的油尘。上应用已相当成熟)和介质阻挡放电(用于废气废中难降解物质的去除)两种。目前，大量研究在尝试使用介质阻挡放电等离子体技术处理难降解废水。

目前，等离子体处理废水的研究还大量存在于实验室中，反应空间有限、处理水量小，不易运用到实际水处理过程中。目前大多数DBD的放电形式都是丝状放电，而没有达到均匀的辉光放电O因此,如何从丝状放电平稳过渡到均匀放电，对丝状放电向均匀辉光放电的转化条件和临界参数，以及影响放电均匀性的因素都有待进一步研究。

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、等离子体向液相传质慢、自由基的利用不高的问题，同时，在液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。传统的解决办法是选用不同放电形式来来提高活性物质的产生效率，加入冷却系统，降低放电环境温度，从而实现活性物质的存活时间，进而提高能量的利用率。有报道指出使用介质阻挡放电加冷却单元进行难降解有机废水处理，取得了不错的效果，但因加入了冷却单元却造成了装置结构复杂化、能耗提高、效率降低等诸多问题。综上，开发一种新型自冷却、低成本、高效率放电等离子体处理难降解有机污染物的装置具有重要意义。

发明内容

鉴于已有技术存在的一些问题，本发明的目的是要提供一种自冷却、低成本、高效率放电低温等离子体难降解有机污染物处理装置。

为实现上述目的，本发明技术设计了如下方案：

一种喷洒式介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于：所述放电等离子体装置包含喷嘴式桶状地极、绝缘介质容器、高压电极。

所述喷洒式介质阻挡放电等离子体装置可进行循环式废水处理，也可外接输配水系统用于连续废水处理；同时，此装置加上密封盖之后还可进行废气处理。喷洒式进水形成液滴，与空气混合，还可以完成废气与废水同步处理。

所述放电组件包括360°喷嘴式筒状地极、绝缘介质容器、高压电极，在一套处理设施里的放电组件数不限。

进一步的，所述的360°喷嘴式地极为金属圆筒容器，在下方有均匀细小的微孔，以达到喷洒的效果。地极固定在绝缘介质密封盖上。在通入喷嘴上方时，将进气管道与进水管道连接在一起，进过一段管道的混合，使气液混合较为均匀。进一步的，所述喷嘴电极上方管壁无孔，使水流下流一定距离有足够大的压力喷洒出去。所诉地极上方直接连接地极即可。

进一步的，所述绝缘介质容器，所选材料如石英玻璃、聚四氟乙烯或者其他绝缘材料。进一步的，该绝缘介质容器的高度应高于喷嘴的最高开孔位置，低于地极顶端。

进一步的，所述高压电极可为片状、网状或多孔导电材料，电极应为矩形片状，长边与绝缘介质容器横截圆周长相等或略长约周长，短边稍短于绝缘介质容器高，安装时环绕紧贴在绝缘介质容器外壁，然后通过电线与高压电极相连。

进一步的，在装置外侧防置一个保护套，保护套采用绝缘耐高温材质。

上文所述的进出气管道、进出水管道均匀绝缘材料。

与传统的高压放电等离子体装置相比，本发明有如下优点：

1、本发明装置结构紧凑、组装灵活、便于推广。

2、本发明装置放电区域为圆筒状，介质和电极表面积较大，散热快，并且在液滴的冲刷下，放电组件的温度能够及时降低。

3、本装置待处理液体从360°喷嘴喷出时，发生了类似电场喷涂的作用。机理主要是在高压静电作用下，液体的表面张力骤然减小的现象。并使液滴拉丝、震动，分裂变成更加细小的雾状液滴，形成气液混合介质阻挡放电，提高活性物质的产量。

4、本发明装置的介质圆筒容器为绝缘材料，具有聚集电场的作用，大大降低放电起始电压，实现节能，提高能量的利用率，降低运行成本。

5、本发明装置使用介质阻挡放电，限制带电粒子的运动，避免火花放电，得到了均匀稳定的等离子体，同时，介质阻挡放电具有脉冲延时短、适用电压频率范围宽，适应性强等优点。

6、本装置在液体进入喷嘴前通入气体，可有效加强气液混合的效率。气液混合后通过喷嘴360°喷洒而出，液滴转化为喷雾，气液分布均匀，放电均匀，处理效率高。

7、本装置在废水处理时，解决了等离子体气液传质慢的问题。通过在液滴与空气的混合，形成气液放电，从而提高活性物质的气液传质效率。

8、本装置可以一机多用，可用于废水处理、废气处理，也可两者同时处理。

附图说明

图1为本发明装置处理废水示意图。

图2为装置俯视简化图。

图3为金属圆桶电极示意图。

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1-3，一种喷洒式介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其包括保护套、放电组件及高压电源。

所述保护套6由绝缘、耐高温材料。

所述放电组件包括绝缘介质容器2、高压电极3和360°喷嘴式筒状地极5。

所述绝缘介质容器2置于保护套6内部，所述高压电极3紧贴在绝缘介质容器2外壁；所述360°喷嘴式筒状地极5固定于绝缘介质容器2密封盖上。三者的中轴线重合。

所述360°喷嘴式筒状地极5连接地极，上方5-1无孔，连接进气管7和进水管4，下方设有若干微孔喷嘴5-2，可采用铜、铝等金属或者其他导电材料。

进一步地，所述360 °喷嘴式筒状 地极5上方进料口，该接口外接进 气管7和进水管4。可对该进 气管7内通入废气，以实现对废气处理。若同时接入废水废气，则可完成废水废气同时处理。

优选地，所述微孔喷嘴5-2的微孔的直径为小于1mm。

另外，该微孔孔型可为圆孔、三角形孔、多边形孔等，可不受外形限制。

进一步地，所述高压电极3采用片状或网状或环状或多孔导电材料。

在本实施例中，所述360 °喷嘴式筒状 地极 5固定在绝缘介质容器2的密封盖上，中轴线与绝缘介质容器的中轴线重合，360 °喷嘴式筒状 地极5顶端应高于绝缘介质容器2高度，下方开口位置低于绝缘介质容器2高度。

另外，该进水管4上可安装抽水设备1。

发明在工作时，该高压电极3通过导线外接高压电源连接，该高压电极被绝缘介质容器2 壁绝缘阻挡且用于对所述容器内由微孔喷嘴5-2喷洒出的水雾高压放电，其工作特点分析如下：

第一，由于在绝缘介质容器2内废水处理时，经360°喷嘴式筒状地极进入水气，并且在喷洒前进行混合，直接由微孔喷嘴5-2喷洒而出，解决了等离子体气液传质慢的问题，有效提高了活性物质的产生效率，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，由于绝缘介质容器 2绝缘阻挡，可避免火花放电，得到了均匀稳定的等离子体，且经绝缘介质容器 2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360°喷嘴式筒状地极5下方设有微孔，在接地极内进水，当通入水后，此组件在水气混合体中可能实现自冷却，而高压电 极3与绝缘介质容器外壁紧贴，在水雾的冲刷下也可实现放电区域的自冷却，提高活性物质存活时间，提升效率。

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。首先从进水管4通入废水，然后从进 气管7通入气体，当废水和气体混合后由微孔喷嘴5-2喷洒而出接触到绝缘介质容器 2内壁后，打开高压电源开始放电处理，然后可长期运行。

第二种，只处理难降解挥发性有机废气。首先从进 气管7通入废气，然后从进水管4通入水，当喷洒而出的水雾接触到绝缘介质容器 2内壁后，打开电源开始放电，最后降低从进气管7通入废气的速度，

第三种，既处理废水也处理废气。将废气与废水从供气管道地极上方同时通入，当喷洒而出的水雾接触到绝缘介质容器 2内壁后，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、废水或的同步处理。

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作出诸多修改和变化。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 (4)

1.一种喷洒式介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于，装置包括保护套（6）、绝缘介质容器（2）、高压电极（3）和360°喷嘴式筒状地极（5）；所述绝缘介质容器（2）置于保护套（6）内部，所述高压电极（3）紧贴在绝缘介质容器（2）外壁，高压电极的高度低于绝缘介质容器高度；所述360°喷嘴式筒状地极（5）固定于绝缘介质容器（2）密封盖上，设置在绝缘介质容器（2）内部；360°喷嘴式筒状地极（5）的中轴线与绝缘介质容器（2）的中轴线重合；所述360°喷嘴式筒状地极（5）顶端（5-1）无孔，下端有微孔作为喷嘴（5-2）；所述绝缘介质容器（2）由喷嘴（5-2）进水，所述绝缘介质容器（2）出水口与进水管（4）连接，绝缘介质容器（2）的高度高于360°喷嘴式筒状地极喷嘴（5-2）微孔顶端位置，低于360°喷嘴式筒状地极顶端（5-1）；所述360°喷嘴式筒状地极（5）进气进水口与进水管（4）和进气管（7）连接；所述360°喷嘴式筒状地极顶端（5-1）同时进水进气，将水气混合后通过喷嘴（5-2）喷洒而出；经喷嘴（5-2）流入的气液混合物，通过绝缘介质容器（2）连接的出水口、水泵进水管循环流入进水管（4）再和进气管（7）中的气体混合由360°喷嘴式筒状地极的喷嘴（5-2）喷洒而出。

2.如权利要求1所述的一种喷洒式介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于：所述喷嘴（5-2）的直径小于1mm。

3.如权利要求1所述的一种喷洒式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360°喷嘴式筒状地极（5）材质为铝、铜或其他导电材料。

4.如权利要求1-3任一所述的一种喷洒式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（3）采用片状或网状导电材料。

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