CN112358015B - 一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，包括第一、二、三连接单元，第一、二地电极接板，气室，高压放电室，高压电极阵列，地电极阵列，石英介质管等。连接单元均为方形立体开孔结构；气室为开有通孔的空心方形室结构，通孔内置隔管及漏气单元；两地电极接板为固定有塑料圆管阵列的方形板；高压放电室为开有通孔的方形实心结构，通孔内圆形侧面中心位置处有环型凹槽；高压电极阵列由5*5重复单元组成，重复单元由金属圆环和8个针型放电极构成；地电极阵列由5*5根地电极线和相应的连接线构成。高压电极阵列放置于上述环形凹槽内，地电极阵列放置于地电极接板间，地电极线和高压电极重复单元间放置石英介质管。

Description

一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元

技术领域

本发明属于低温等离子体领域，尤其涉及一种大气压下介质阻挡放电低温等离子体污水处理阵列装置。

背景技术

工业及农业的发展不可避免的要面对水质污染，污水净化愈发成为一个决定人类社会发展的重大问题。利用低温等离子体处理污水是近年来发展起来的一个方向，由于成本低廉，操作简单，已经愈发引起人们的重视。

介质阻挡放电是指在高压电极间加入介质，阻挡放电进一步发展，从而在常温常压下产生需要的大气压低温等离子体。利用该低温等离子体处理水溶液后，可得到一种低PH值，高氧化还原电位的活化水。活化水内含有氧化氢、超氧阴离子、氢氧自由基等活性粒子，可有效的降解污水内部的有机污染物，杀灭污水内部细菌、真菌及寄生虫等生物。该方案成本低廉，易于实现，对于污水净化及农业生产有重要意义，目前国内已有多个团队进行大气压低温等离子体污水净化的相关研究。

一些传统的单管式介质阻挡放电低温等离子体发生装置，等离子体生成速度较慢，活化水产量较少。而污水一般量比较大，且具有流动性。比较可行的方案是在污水流动的路径上放置低温等离子体生成装置，在污水内部生成大量的活化水，实现对污水净化。为增强处理效果，可以让污水循环通过，或在污水路径上重复放置大量低温等离子体生成单元，该单元生成速度要快，活化水产量要大，保证处理效果彻底。因此在传统装置基础上，发展放电阵列低温等离子体生成装置、产生大面积均匀低温等离子体、并保证污水内部的活化水产量，是有实际需求的。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题，提供一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，该装置为阵列构型，多个装置单元可合并为更大表面积工作，也可以在污水流动的路径上循环反复放置，产生大面积均匀低温等离子体、保证活化水产量。

本发明提供的一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，其整体构成包括，由底部到顶部依次为第一连接单元、气室、第二连接单元、第一地电极接板、高压放电室、第二地电极接板、第三连接单元，所述高压放电室内部安装有高压电极阵列，所述第一、第二地电极接板之间安装有地电极阵列；所述第一、第二、第三连接单元尺寸形状相同，主体均为方形立体结构，内部规则分布着5*5阵列排布的第一通孔，所述第一通孔两端侧进行了扩孔，所述方形立体结构垂直于第一通孔的两底面，一面平整一面开有方形凹槽；所述气室为空心方形室，其上下两表面上开有5*5阵列排布的第二通孔，所有第二通孔内均插入第一塑料圆管，所述第一塑料圆管两端各凸出所述空心方形室上下表面10mm，所述空心方形室四处侧壁上每处均装有两个气管快速接头，所述第一塑料圆管环形内侧面中心对称开有两个第三通孔，所述两个第三通孔均与漏气单元相连；所述漏气单元主体结构为空心圆柱，所述空心圆柱环形侧面中心对称接有空心圆管，所述空心圆柱两圆形底面上均开有7个第四通孔；所述第一、第二地电极接板尺寸形状相同，主体为一方形板，所述方形板上开有5*5阵列排布的第五通孔，所述所有第五通孔内均固定第二塑料圆管，所述第二塑料圆管两端各凸出所述方形板上下表面10mm，所述方形板的一侧表面横向和纵向各贯穿分部着5列长凹槽；所述高压放电室整体为一方形实体结构，其上开有5*5阵列排布的第六通孔,所述所有第六通孔圆形侧面内部中心位置处均开有环型凹槽；所述高压电极阵列由5*5重复单元阵列组成，所述重复单元包括金属圆环和8个金属针型放电极，所述金属针型放电极为4mm长1mm直径圆柱，所述圆柱顶端做圆滑处理；所述地电极阵列包括5*5阵列分布的金属电极线和电极线间的金属连接线，所述高压电极阵列的每个重复单元与所述地电极阵列的每个电极线间通过石英介质管隔开。

根据本发明的介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，优选地，所述第一通孔直径16mm，所述两端侧进行的扩孔长度10mm、孔径扩大至18mm。

根据本发明的介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，优选地，所述第二通孔直径18mm，所述第一塑料圆管外直径18mm，内直径16mm。

根据本发明的介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，优选地，所述漏气单元空心圆柱两侧圆形底面上开有的7个第四通孔，其布局为1个位于圆心，其余6个在围绕圆心的同心圆周上等距分布。

根据本发明的介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，优选地，所述第一、第二地电极接板上的第五通孔直径18mm，所述第二塑料圆管外直径18mm，内直径16mm。

根据本发明的介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，优选地，所述高压放电室上的第六通孔直径为18mm,所述第六通孔圆形侧面内部中心的环型凹槽外径27mm，深3mm。

根据本发明的介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，优选地，所述石英介质管，其外直径18mm，内直径16mm，长30mm。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为根据本发明实施例的介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元的外部立体视图；

图2为沿图1中的虚线AA’ 对本发明装置进行剖切并去掉上部剖切部分漏出内部结构的立体视图；

图3为沿图1中的虚线BB’，CC’ 对高压放电室1进行剖切并去掉上部四分之一漏出内部结构的立体视图；

图4为高压电极阵列4的整体结构立体视图；

图5为沿图1中的虚线BB’，CC’ 对气室2进行剖切并去掉上面一部分后漏出内部结构的立体视图；

图6为对漏气单元8进行剖切并去掉上部四分之一后漏出内部结构的立体视图；

图7为沿图1中的虚线BB’，CC’ 对连接单元3进行剖切并去掉四分之一后漏出内部结构的立体视图；

图8为地电极接板7的整体结构立体视图；

图9为地电极阵列5的结构立体视图；

图10为本发明实施例内部的一个工作单元的结构立体视图；

图11为本发明实施例的介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元多个串并联进行污水处理工作的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明，其中，在各个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为叙述方便，在图1中绘制了坐标系，同时定义Y的正方向为顶部方向，Y的负方向为底部方向，污水流动方向为从底部流向顶部。

图1为介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元的外部立体视图，图2为沿图1中的虚线AA’ 对装置进行剖切并去掉剖切的部分漏出的内部结构立体视图。装置整体构成包括高压放电室1，气室2，连接单元3，高压电极阵列4，地电极阵列5，石英介质管6，地电极接板7，漏气单元8，高压接头9。

图3为沿图1中的虚线BB’，CC’对高压放电室1顶部剖切四分之一并去掉，漏出内部结构的立体视图。高压放电室1主要用来放置和固定高压电极阵列4，同时起到绝缘的作用。放电室1可采用塑料或陶瓷等绝缘材质，整体为一正方形，其上规则的开有5*5个通孔1-1（所述第六通孔）,通孔直径18mm。每个通孔1-1的圆形侧面内部中心位置处有一环型凹槽1-2，环型凹槽1-2直径27mm，深3mm。高压电极阵列4放置于环型凹槽1-2中。石英介质管6外直径18mm，内直径16mm，长30mm，共5*5个，分别放置于每一个通孔1-1内。

图4为高压电极阵列4整体结构立体视图，高压电极阵列4由5*5重复单元4-1构成阵列。重复单元4-1由金属圆环4-1A和针型放电极4-1B组成。4-1A内直径26mm，外直径28mm，针型放电极4-1B有8个，等距固定于圆环4-1A上。针型放电极4-1B为4mm长1mm直径圆柱，顶端做圆滑处理。针型放电极的数量可根据对等离子体产量的要求而定，不一定是8个。重复单元4-1之间通过金属导线4-2相连接。高压电极阵列4最外侧有4个接头4-3。接头4-3为外直径6mm内直径3mm的空心金属圆柱。多个本发明提供的污水处理单元并联时，可通过各个装置的接头4-3实现各装置高压电极阵列4间的互联。高压接头9与接头4-3相连，用于将外界高电压连入高压电极阵列4上。

图5为沿图1中的虚线BB’，CC’对气室2进行剖切并去掉上面一部分后漏出内部结构的立体视图。气室2整体为一空心方形室结构2-1，其上下两壁上对应开有5*5个18mm直径通孔2-5（所述第二通孔），并在各个孔内插入隔管2-2（所述第一塑料圆管）。隔管2-2为塑料或其它绝缘材质管，外直径18mm，内直径16mm，两端各凸出气室表面10mm。隔管2-2环形内侧面中心对称开有两个气孔2-4（所述第三通孔）。每个隔管2-2内部都通过气孔2-4连接有一个漏气单元8。方形室2-1的四处侧壁每侧都装有两个气管快速接头2-3。

图6为对漏气单元8上部剖切四分之一并去掉，漏出内部结构的立体视图。漏气单元8主体结构为一空心圆柱8-1，空心圆柱两侧对称接有通气管8-2，8-2为空心圆管。空心圆柱8-1两侧的圆形底面8-3上中心处均开有漏气孔8-5（所述第四通孔），漏气孔8-5外围均开有6个均匀分布的漏气孔8-4（所述第四通孔）。漏气单元8通过通气管8-2与隔管2-2连接。通气管8-2上的进气孔8-6与隔管上的气孔2-4对齐连接，进入气室2中的气体通过气孔2-4、8-6进入通气管8-2后进入漏气单元8内部，通过漏气孔8-4和8-5进入隔管2-2内部。

图7为对连接单元3的剖切并漏出内部结构的立体视图，连接单元3主要用于连接高压放电室1和气室2，在本专利申请中，连接单元3有相同的三个，分别为3A（所述第一连接单元）、3B（所述第二连接单元）、3C（所述第三连接单元），3A位于气室2底部，3B位于放电室1和气室2之间，3C位于放电室1顶部。连接单元3主体为一方形立体结构，底部开有方形凹槽3-4，深10mm。连接单元3内部规则分布着5*5阵列排布的通水孔3-1（所述第一通孔），直径16mm。每个通水孔3-1顶部侧和底部侧直径扩孔至18mm，构成接孔3-2和3-3。接孔3-2和3-3深均为10mm，即两侧扩孔部分长均为10mm。

图8为地电极接板7的整体结构立体视图，地电极接板7主要用于固定地电极5，在本专利申请中，地电极接板7有相同的两个，分别为7A（所述第一地电极接板）、7B（所述第二地电极接板），7A位于放电室1和连接单元3B之间，7B位于放电室1和连接单元3C之间。地电极接板7主体为一方形板7-1，方形板7-1一侧的表面横向和纵向各贯穿分部着5列长凹槽7-2。凹槽7-2用于放置地电极阵列两侧的连接线5-2。方形板7-1上开有5*5阵列排布的通孔7-4（所述第五通孔），每个通孔上固定接管7-3（第二塑料圆管），接管7-3为塑料或其它绝缘材质管，外直径18mm，内直径16mm，两端各凸出方形板1上下表面10mm。接管7-3与凹槽7-2相交的位置，均开有与凹槽尺寸相同的通孔。

图9为地电极阵列5的结构立体视图，其包括5*5阵列分布的电极线5-1和电极间的连接线5-2。

为使本专利申请叙述更为清晰，我们截取一个放电单元进行工作及原理讲述。我们选取图2中DD’正方形所围绕的区域，即一个工作单元，将其整体剖切出来，同时沿该工作单元的中心线进行剖切，去掉剖切的一部分，将其内部结构显示出来，如图10所示。

连接固定时，气室2底部侧和顶部侧的隔管2-2分别插入连接单元 3A的接孔3-2中和3B的接孔3-3中。地电极接板7A凹槽侧的接管7-3插入连接单元 3B的接孔3-3中，另一侧的接管7-3插入放电室1的通孔1-1中。地电极接板7B凹槽侧的接管7-3插入连接单元 3C的接孔3-3中，另一侧的接管7-3同样插入放电室1的通孔1-1中。这样地电极接板7A和放电室1的底部侧将会装入连接单元 3B的凹槽3-4中，实现固定和封装；地电极接板7B和放电室1的顶部侧将会装入连接单元 3C的凹槽3-4中，实现固定和封装。地电极阵列5两侧的连接线5-2分别放置在地电极接板7A和7B凹槽7-2中，每个电极线5-1则分别进入放电室1的每个通孔1-1中。同时将5*5个放电介质管6分别装入放电室1的每个通孔1-1中。放电介质管6的材质为石英玻璃或者陶瓷、聚四氟等。其内外径与接管7-3尺寸一致。

工作时，污水重连接单元 3A的接孔3-3端进入，由连接单元 3C的接孔3-2端流出。工作气体，例如空气，由外部进气管10经气管快速接头2-3进入气体室2中，气体通过气孔2-4、8-6进入通气管8-2后进入漏气单元8内部，通过漏气孔8-4和8-5进入隔管2-2内部，混入污水中。高压交流脉冲电源通过高压接线端子9与高压电极阵列4相连，地电极阵列5与地线相连，此时将会在高压电极阵列4的针型放电极4-1B和地电极阵列5的电极线5-1之间的空间产生周期变化的强电场，当污水经过该位置处时，其内部混入的气体被电离。由于放电介质管6处于针型放电极和地电极线之间，放电会被介质阻挡，不会进一步产生电弧，放电多为发生在介质表面和污水气泡中的一些微隙放电，由于发生在大气压下，故为大气压介质阻挡放电。放电不会进一步发展，其内部产生的等离子体电子和离子动能较小，故为低温等离子体。最终污水气泡中的气体变为含有电子、离子、气体分子的混合物（等离子体）。混合物内部的电子、离子将会与水、氮气等反应产生活性离子，起到消毒杀菌、污水净化等作用。装置也可以采用脉冲压力工作方式，即交替充入工作气体和污水，使管道内交替流动空气和污水，呈现交替间隔分布，空气段流经高压电极部分时，被电离成等离子体。脉冲压力工作方式比上述空气与污水混合方式产生更多的活性粒子。

图11为利用本发明的介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元进行实际作业的示意图，管道11为一方形管道，图11对管道的一面进行剖切以显示内部结构。图中污水由EE’所示方向流入管道11，由FF’方向流出，管道顶部开有排气孔12。图中一共有四个污水处理单元，两个并联成面积较大的一个，然后串置于污水管道中。并联时，污水处理单元的气室通过气管快速接头2-3相互连接，高压电极阵列4通过接头4-3相连接；工作时，气管10给一个污水处理单元供气，气体可通过快速接头2-3流动至另一气室；高压接线端子9给一个污水处理单元供电，电流可通过接头4-3流动至另一单元的高压电极阵列。由于气管快速接头2-3和接头4-3在污水处理单元的四个侧面均有分布，因此可实现多个污水处理单元的并联，构成一个较大的面积，实现大面积污水处理。为增强处理效果，可在污水路径上重复放置污水处理单元，如图11中便在入口和出口端进行了放置。污水处理单元并联的面积，如何放置，应根据实际处理需要决定。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (7)

1.一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，其特征在于，由底部到顶部依次为第一连接单元、气室、第二连接单元、第一地电极接板、高压放电室、第二地电极接板、第三连接单元，所述高压放电室内部安装有高压电极阵列，所述第一、第二地电极接板之间安装有地电极阵列；所述第一、第二、第三连接单元尺寸形状相同，主体均为方形立体结构，内部规则分布着5*5阵列排布的第一通孔，所述第一通孔两端侧进行了扩孔，所述方形立体结构垂直于第一通孔的两底面，一面平整一面开有方形凹槽；所述气室为空心方形室，其上下两表面上开有5*5阵列排布的第二通孔，所有第二通孔内均插入第一塑料圆管，所述第一塑料圆管两端各凸出所述空心方形室上下表面10mm，所述空心方形室四处侧壁上每处均装有两个气管快速接头，所述第一塑料圆管环形内侧面中心对称开有两个第三通孔，所述两个第三通孔均与漏气单元相连；所述漏气单元主体结构为空心圆柱，所述空心圆柱环形侧面中心对称接有空心圆管，所述空心圆柱两圆形底面上均开有7个第四通孔；所述第一、第二地电极接板尺寸形状相同，主体为一方形板，所述方形板上开有5*5阵列排布的第五通孔，所述所有第五通孔内均固定第二塑料圆管，所述第二塑料圆管两端各凸出所述方形板上下表面10mm，所述方形板的一侧表面横向和纵向各贯穿分布着5列长凹槽；所述高压放电室整体为一方形实体结构，其上开有5*5阵列排布的第六通孔,所有第六通孔圆形侧面内部中心位置处均开有环型凹槽；所述高压电极阵列由5*5重复单元阵列组成，所述重复单元包括金属圆环和8个金属针型放电极，所述金属针型放电极为4mm长1mm直径圆柱，所述圆柱顶端做圆滑处理；所述地电极阵列包括5*5阵列分布的金属电极线和电极线间的金属连接线，所述高压电极阵列的每个重复单元与所述地电极阵列的每个电极线间通过石英介质管隔开；所述装置中的管道为一方形管道，管道顶部开有排气孔，所述污水处理单元有4个，每两个并联成一个后串置于污水管道中，所述污水处理单元的气室通过所述气管快速接头相互连接，高压电极阵列通过接头相连接。

2.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，其特征在于，所述第一通孔直径16mm，所述两端侧进行的扩孔长度10mm、孔径扩大至18mm。

3.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，其特征在于，所述第二通孔直径18mm，所述第一塑料圆管外直径18mm，内直径16mm。

4.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，其特征在于，所述漏气单元空心圆柱两侧圆形底面上开有的7个第四通孔，其布局为1个位于圆心，其余6个在围绕圆心的同心圆周上等距分布。

5.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，其特征在于，所述第一、第二地电极接板上的第五通孔直径18mm，所述第二塑料圆管外直径18mm，内直径16mm。

6.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，其特征在于，所述高压放电室上的第六通孔直径为18mm,所述第六通孔圆形侧面内部中心的环型凹槽外径27mm，深3mm。

7.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元装置，其特征在于，所述石英介质管，其外直径18mm，内直径16mm，长30mm。