CN112777694A - 一种用于高电导率废水处理的高电压放电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高电导率废水处理的高电压放电装置，包括废水处理腔体、气液两相多针‑板放电电极、高压放电电源和供气单元，废水处理腔体的顶部设置有废水处理腔体顶盖，废水处理腔体顶盖上分别开设有进水口、通气口和地电极固定孔，废水处理腔体的底部开设有若干高压电极固定孔和出水口；地电极固定孔内安装有接地柱，接地柱的底部、高压电极固定孔与气液两相多针‑板放电电极相连，气液两相多针‑板放电电极与高压放电电源电连接，高压电极固定孔上设置有细玻璃管，且与供气单元连通。本发明构思巧妙，结构紧凑，布局合理，处理过程无需添加化学药品，仅消耗电能，更加绿色环保；呈模块化设计，方便维护与维修；运行安全、处理高效。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理设备领域，尤其涉及一种用于高电导率废水处理的高电压放电装置。
背景技术
水资源污染是全球面临的一个严峻问题。在工业生产与人民生活中会排放大量的工业废水和生活污水，不当的处理会对水资源与环境造成严重污染。进一步，在应对突发传染疫情时，新建的方舱医院、战地医院和临时隔离点等地往往缺少对医疗废液进行快速消毒杀菌处理的条件，若含有病菌的医疗废液或生活污水未经恰当处理便直接排放，存在疫情进一步扩散的风险。现有的废水处理方式主要为基于氯的化学消毒法，处理时间所需时间长、成本高且伴随有化学试剂污染。因此，开发一种高效、无二次污染的废水快速处理装置具有重要意义。
高压放电等离子体具有快速高效、清洁无污染等优点，在生物医学、航空航天以及微电子等众多行业里获得了越来越广泛的应用，这项技术为废水处理提供了新思路。水中高压放电会产生大量强氧化性的活性粒子，如羟基、臭氧和过氧化氢等，同时伴随紫外辐射、热效应和冲击波，通过多种化学、物理效应共同作用，降解水中有机物，灭活水中微生物、病菌，提高医疗废液或生活污水处理效率。处理结束后水中微量的臭氧和过氧化氢也会自动分解，处理过程绿色、无污染。因此，利用高压放电产生的等离子体处理医疗废液或生活污水是一种极具经济价值和社会效益的技术。
现有的部分同类废液处理装置的放电结构大多将一端电极置于液面上方的空气中，另一端电极置于水中。这种结构利用了在空气中产生放电等离子体难度低的特点，但在空气中产生的等离子体仅依靠电场力的扩散作用进入水体，导致等离子体无法与废液充分接触、全面反应，废液处理效率不高；另外一部分水下放电的气液两相放电装置多使用曝气装置，会产生大量随机运动的气泡，气泡并不完全聚集于高压放电电极附近，导致放电随机性增大，等离子体作用区域不均匀，降低了等离子体生成效率，从而限制了废液处理效果。因此，亟需开发一种用于高电导率废水处理的高电压放电装置，使得水中放电区域均匀、气液两相接触面积大、处理快速且效率高。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高电导率废水处理的高电压放电装置，用以高效、便捷地处理高电导率废水。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种用于高电导率废水处理的高电压放电装置，包括废水处理腔体、气液两相多针-板放电电极、高压放电电源和供气单元，所述废水处理腔体的顶部设置有废水处理腔体顶盖，所述废水处理腔体顶盖上分别开设有进水口、通气口和地电极固定孔，所述废水处理腔体的底部开设有若干高压电极固定孔和出水口；所述地电极固定孔内安装有接地柱，所述接地柱的底部、所述高压电极固定孔与所述气液两相多针-板放电电极相连，所述气液两相多针-板放电电极与所述高压放电电源电连接，所述高压电极固定孔上连接有细玻璃管，所述细玻璃管的侧壁通过通气管道与所述供气单元连通。
优选的，所述气液两相多针-板放电电极包括高压针状电极和金属孔板电极，所述高压针状电极、金属孔板电极分别与所述高压放电电源的两极相连，多个所述高压针状电极通过尼龙帽安装在所述细玻璃管内，所述金属孔板电极通过所述接地柱安装在所述废水处理腔体的内部；工作时，所述废水处理腔体内的所述高压针状电极和金属孔板电极间通过高电压放电产生等离子体，所述等离子体直接作用于废水中的病菌进行消杀。
优选的，所述高压电极固定孔设置有六个，包括第一高压电极固定孔、第二高压电极固定孔、第三高压电极固定孔、第四高压电极固定孔、第五高压电极固定孔和第六高压电极固定孔，所述第一高压电极固定孔位于中心位置，所述第二高压电极固定孔、第三高压电极固定孔、第四高压电极固定孔、第五高压电极固定孔和第六高压电极固定孔呈圆周均布，多个所述高压针状电极通过多个所述细玻璃管一一对应的安装在多个所述高压电极固定孔内。
优选的，所述废水处理腔体为有机玻璃材质的圆柱型腔体。
优选的，所述高压针状电极设计为钨针，钨针的针尖处涂有绝缘材料，所述金属孔板电极设计为不锈钢孔板，所述金属孔板电极高度可调节的连接在所述接地柱上且处于废水处理腔体内的废液中。
优选的，所述废水处理腔体的外部连接有一层隔音棉。
优选的，所述供气单元上设置有气泵，所述通气管道上设置有单向阀，所述气泵作业将所述供气单元内的气体通过所述通气管道、单向阀、细玻璃管侧壁旁支向所述废水处理腔体内部鼓气。
优选的，所述进水口与废水输送管道相连，所述出水口通过排水管道与下水管道相连。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明提供的一种用于高电导率废水处理的高电压放电装置，在工作时，高压放电电源施加脉冲高压，气泵鼓入气体，若干高压针电极置于废水溶液中组成放电阵列，能够有效增加放电作用面积，扩大等离子体与废水的接触面积，提高废水处理效率。此外，高压针电极的针尖处鼓出的气泡能够促进废水处理腔体内部废水的搅动，促进气液间活性粒子传质，进一步提升废水处理效率。
本装置适用性广，能够处理高电导率的废水。实验结果表明：在用氯化钾配制的电导率为16.4mS/cm的高电导率水溶液中，装置仍可实现持续放电，进行废水的处理。
综上所述，本发明提供的一种用于高电导率废水处理的高电压放电装置，仅需废水处理腔体、气液两相多针-板放电电极、高压放电电源、供气单元，无需复杂的附属设备；处理过程无需添加化学药品，仅消耗电能，更为绿色环保；各部件呈模块化彼此独立，方便后期维护与维修；本装置运行安全、处理高效，在废水处理、废液消杀领域具有广阔前景。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明用于高电导率废水处理的高电压放电装置示意图；
图2为本发明废水处理腔体移除顶盖后的俯视图；
图3为本发明接地柱与金属孔板电极连接结构示意图；
图4为本发明在不同电导率水中放电时的电压波形；
图5为本发明在不同电导率水中放电时的电流波形；
图6为本发明在不同处理时间下对大肠杆菌的灭活效果；
图7为本发明在不同处理时间下对金黄色葡萄球菌的灭活效果；
附图标记说明：1、废水处理腔体，2、高压放电电源，3、供气单元，4、废水处理腔体顶盖，5、进水口，6、通气口，7、地电极固定孔，8、第一高压电机固定孔，9、第二高压电机固定孔，10、第三高压电机固定孔，11、第四高压电机固定孔，12、第五高压电机固定孔，13、第六高压电极固定孔，14、出水口，15、高压针状电极，16、金属孔板电极，17、细玻璃管，18、接地柱，19、通气管道，20、尼龙帽，21、隔音棉，22、单向阀。
具体实施方式
如图1-7所示，一种用于高电导率废水处理的高电压放电装置，包括废水处理腔体1、气液两相多针-板放电电极、高压放电电源2和供气单元3，所述废水处理腔体1的顶部设置有废水处理腔体顶盖4，所述废水处理腔体顶盖4上分别开设有进水口5、通气口6和地电极固定孔7，所述废水处理腔体1的底部开设有若干高压电极固定孔和出水口14；所述地电极固定孔7内安装有接地柱18，所述接地柱18的底部、所述高压电极固定孔与所述气液两相多针-板放电电极相连，所述气液两相多针-板放电电极与所述高压放电电源2电连接，所述高压电极固定孔上连接有细玻璃管17，所述细玻璃管17的侧壁通过通气管道19与所述供气单元3连通，所述进水口5与废水输送管道相连，所述出水口通过排水管道与下水管道相连。具体的，废水处理腔体顶盖4与废水处理腔体1连接处安装有密封圈，防止废水从接缝处溢出，保证装置的密封性。所述的高压放电电源2采用高压脉冲电源，输出电压为3-10kV，输出电流为10-60A，放电频率为1-20Hz。
具体的，所述气液两相多针-板放电电极包括高压针状电极15和金属孔板电极16，所述高压针状电极15、金属孔板电极16分别与所述高压放电电源2的两极相连，多个所述高压针状电极15通过尼龙帽20安装在所述细玻璃管17内，所述金属孔板电极16通过所述接地柱18安装在所述废水处理腔体1的内部；工作时，所述废水处理腔体1内的所述高压针状电极15和金属孔板电极16间通过高电压放电产生等离子体，所述等离子体直接作用于废水中的病菌进行消杀。具体的，金属孔板电极16距废水处理腔体1的底面高度可调，高压针状电极15、金属孔板电极16之间的间距可调范围是5-20mm，可以根据实际处理废水量与放电难易程度调整间距。如图3所示，所述接地柱18的顶部设置有外螺纹，接地柱18通过螺纹连接在所述废水处理腔体顶盖4的定位框架上，所述接地柱18的底部与金属孔板电极16的中心可旋转定位连接在一起，通过旋转接地柱18以调节向下伸缩的长度，从而调节高压针状电极15与金属孔板电极16的间距。
所述高压电极固定孔设置有六个，包括第一高压电极固定孔8、第二高压电极固定孔9、第三高压电极固定孔10、第四高压电极固定孔11、第五高压电极固定孔12和第六高压电极固定孔12，所述第一高压电极固定孔8位于中心位置，所述第二高压电极固定孔9、第三高压电极固定孔10、第四高压电极固定孔11、第五高压电极固定孔12和第六高压电极固定孔12呈圆周均布，多个所述高压针状电极15通过多个所述细玻璃管17一一对应的安装在多个所述高压电极固定孔内。
所述废水处理腔体1为有机玻璃材质的圆柱型腔体，底面内径为200mm，腔体侧壁厚度为5mm，高度为100mm，底部厚度为10mm。
所述高压针状电极15设计为钨针，钨针的针尖处涂有绝缘材料，所述金属孔板电极16设计为不锈钢孔板，所述金属孔板电极16高度可调节的连接在所述接地柱18上且处于废水处理腔体1内的废液中。所述钨针的直径为2mm，长度为150mm，针尖处涂有厚度为0.5mm的环氧树脂绝缘材料；细玻璃管17长为100mm，内径为5mm，细玻璃管17侧壁旁支外径为5mm，向外凸出的长度为10mm。钨针通过尼龙帽20安装在细玻璃管17内，针尖低于细玻璃17管口2mm。六根细玻璃管17通过密封圈安装在废水处理腔体1的底部，安装时细玻璃管17管口与废水处理腔体1底面齐平。所述不锈钢孔板的半径为70mm，厚为2mm，每间隔5mm开有内径为5mm的圆孔。
所述废水处理腔体1的外部连接有一层隔音棉21，用以减少放电处理废水时的噪声。
所述供气单元3上设置有气泵，流量为0-25L/min，所述通气管道19上设置有单向阀，所述气泵作业将所述供气单元3内的气体通过所述通气管道19、单向阀22、细玻璃管17侧壁旁支向所述废水处理腔体1内部鼓气。具体的，单向阀22可以完全阻止废水处理腔体内部液体经由细玻璃管17侧壁旁支倒流入供气单元3，同时允许供气单元3产生的气体通过细玻璃管17鼓入废水处理腔体内。
此外该装置使用时与PLC控制器连通，通过相关按钮的设置，实现自动化控制。
本发明的工作过程如下：
如图4、5所示，为本发明工作时产生的电压、电流波形，工作时接通电源，废水从废水处理腔体顶盖4上的进水口5流入废水处理腔体1内，同时打开高压脉冲电源2和气泵，此时高压针状电极15的针尖处产生脉冲高压，气泡会从细玻璃管17的管口与高压针状电极15针尖处源源不断向上鼓出，与金属孔板电极16共同作业，在两电极间形成放电通道，产生大量活性粒子、紫外线、冲击波，共同作用处理废水。
结束放电后，打开出水口处的阀门，排出废水处理腔体内的水，处理后的水通过排水管道排放到下水管道中。
如图6、7所示，为采用本发明对大肠杆菌的灭活效果、金黄色葡萄球菌的灭活效果示意图，通过供电单元向高压针状电极施加脉冲高压，供气单元向废液处理腔体鼓入空气，若干高压针状电极组成放电阵列，有效增加放电作用面积，扩大等离子体与废液的接触面积，处理效果显著，有效的提高废液处理效率。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于高电导率废水处理的高电压放电装置，其特征在于：包括废水处理腔体(1)、气液两相多针-板放电电极、高压放电电源(2)和供气单元(3)，所述废水处理腔体(1)的顶部设置有废水处理腔体顶盖(4)，所述废水处理腔体顶盖(4)上分别开设有进水口(5)、通气口(6)和地电极固定孔(7)，所述废水处理腔体(1)的底部开设有若干高压电极固定孔和出水口(14)；所述地电极固定孔(7)内安装有接地柱(18)，所述接地柱(18)的底部、所述高压电极固定孔与所述气液两相多针-板放电电极相连，所述气液两相多针-板放电电极与所述高压放电电源(2)电连接，所述高压电极固定孔上连接有细玻璃管(17)，所述细玻璃管(17)的侧壁通过通气管道(19)与所述供气单元(3)连通。
2.根据权利要求1所述的用于高电导率废水处理的高电压放电装置，其特征在于：所述气液两相多针-板放电电极包括高压针状电极(15)和金属孔板电极(16)，所述高压针状电极(15)、金属孔板电极(16)分别与所述高压放电电源(2)的两极相连，多个所述高压针状电极(15)通过尼龙帽(20)安装在所述细玻璃管(17)内，所述金属孔板电极(16)通过所述接地柱(18)安装在所述废水处理腔体(1)的内部；工作时，所述废水处理腔体(1)内的所述高压针状电极(15)和金属孔板电极(16)间通过高电压放电产生等离子体，所述等离子体直接作用于废水中的病菌进行消杀。
3.根据权利要求1所述的用于高电导率废水处理的高电压放电装置，其特征在于：所述高压电极固定孔设置有六个，包括第一高压电极固定孔(8)、第二高压电极固定孔(9)、第三高压电极固定孔(10)、第四高压电极固定孔(11)、第五高压电极固定孔(12)和第六高压电极固定孔(12)，所述第一高压电极固定孔(8)位于中心位置，所述第二高压电极固定孔(9)、第三高压电极固定孔(10)、第四高压电极固定孔(11)、第五高压电极固定孔(12)和第六高压电极固定孔(12)呈圆周均布，多个所述高压针状电极(15)通过多个所述细玻璃管(17)一一对应的安装在多个所述高压电极固定孔内。
4.根据权利要求1所述的用于高电导率废水处理的高电压放电装置，其特征在于：所述废水处理腔体(1)为有机玻璃材质的圆柱型腔体。
5.根据权利要求2所述的用于高电导率废水处理的高电压放电装置，其特征在于：所述高压针状电极(15)设计为钨针，钨针的针尖处涂有绝缘材料，所述金属孔板电极(16)设计为不锈钢孔板，所述金属孔板电极(16)高度可调节的连接在所述接地柱(18)上且处于废水处理腔体(1)内的废液中。
6.根据权利要求1所述的用于高电导率废水处理的高电压放电装置，其特征在于：所述废水处理腔体(1)的外部连接有一层隔音棉(21)。
7.根据权利要求1所述的用于高电导率废水处理的高电压放电装置，其特征在于：所述供气单元(3)上设置有气泵，所述通气管道(19)上设置有单向阀，所述气泵作业将所述供气单元(3)内的气体通过所述通气管道(19)、单向阀、细玻璃管(17)侧壁旁支向所述废水处理腔体(1)内部鼓气。
8.根据权利要求1所述的等离子体医疗废液应急消杀装置，其特征在于：所述进水口(5)与废水输送管道相连，所述出水口通过排水管道与下水管道相连。
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