CN113045065A - 一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统，包括：与粗滤水出水口相连的多个净化管路，所述净化管路上均设有增压泵、流量计，每个净化管路末端连接有等离子体净化器，所述等离子体净化器，包括接地电极、旋流器、与等离子体电源相连的锥形高压电极，所述锥形高压电极与接地电极之间围成有净化腔体，所述净化腔体上方设有旋流器，所述旋流器中安装有液体雾化器；在等离子体净化器下方设有精滤水总管，所述精滤水总管上设有精滤水出口。本系统采用等离子体氧化净化的方式，可有效净化粗滤水中的固体颗粒、有机物等物质。

Description

一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统

技术领域

本发明属于污水净化技术领域，具体涉及一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统。

背景技术

随着节能环保要求的日益严格，人们对水污染问题愈发重视，在净水技术方面的研究及投入与日俱增。目前生活污水、工业废水、农业废水、船舶压载水等污水净化处理技术主要包括：1.机械分离法，其优点是技术简单；缺点是无法去除细胞较小的细菌和病毒、能耗高、产生二次污染。2.紫外辐射法，优点是不产生二次污染；缺点是紫外线在海水中穿透能力差、杀灭效果差。3.电解法，优点是杀灭效果好；缺点是加重船体腐蚀及老化、存在液氯泄露隐患、产生致癌物质。4.化学法，优点是技术简单；缺点是产生二次污染、成本高、反应速率低。5.氧化法，优点是利用高活性自由基杀灭有害物质，无二次污染、反应速率快、可实现从源头解决环境污染问题、达到零污染及零废弃物排放等。由此可见，氧化处理法在环境友好、废弃物排放等方面均有其他方法不具备的优势。但是，在工程应用中需要快速、大量的产生高活性自由基，而现有氧化法产生自由基的浓度较低，存在工艺复杂、处理时间长等缺点。为增加自由基的产量和浓度，有学者采用多种氧化技术协同作用的方法，但同时带来了能耗高、工艺流程长、设备复杂等问题。目前使用较多的O₃/H₂O₂、UV/H₂O₂、Fe/H₂O₂、UV/Fenton、光催化氧化等氧化方法均需要消耗大量的H₂O₂，存在运行成本高、易引发爆炸等问题。

因此，急需开发高效、低成本的污水净化技术。和其他现有净水技术相比，非平衡等离子体技术具有杀灭效率高、病原体再生率低、使用成本低等特点，是一种全新的高效、清洁净水技术。它涉及化学、物理、电气、环保、生物等多门学科，可以使反应体系保持低温，在节省了能源及设备投资的同时，还使得电子有足够高的能量激发、电离、离解反应物分子，从而使得细菌、污染物等有机物得到降解。在生活污水、医疗废水、工业废水、船舶压舱水等不同废水净化领域均有巨大应用潜力。

然而，电离空间、电离介质性质等参数对非平衡等离子体放电的电离效果有很大影响。电离空间过大、介质密度过大等情况均会导致电离效果急剧恶化。因此，采用非平衡等离子体技术处理生活污水、医疗废水、工业废水、船舶压舱水等废水时，由于电离空间(即液体流道的孔径)尺寸过小而导致液体流量过小，易导致净化速率过慢；而且，由于待处理物均为液相，易引起非平衡等离子体放电失效净化失败；况且，现有等离子体净水技术中，污水流经等离子体电极空间，势必与电极接触，这将造成电极的腐蚀、失效。而且等离子体净化技术虽然对压载水中的有机物具有良好的杀灭作用，但难以处理颗粒、泥沙等固态颗粒。

现有技术中，申请号为2010101381337、2010101380866、2009100225625、2011202139769的专利文件，都是利用待处理的污水作为大气压放电的电极或介质板，直接在水的表面上产生等离子体，优点是可以提高等离子体与水的有效接触面积，缺点是水的导电率偏低，会消耗较大比例的电能，降低能效。申请号为2008100201819的专利文件，采用电弧放电产生热平衡等离子体处理污水，优点是装置简单，缺点是激发电弧放电产生热平衡等离子体需要大电流，能耗高，发热量大，而活性自由基浓度却不高，处理水的能效远低于非平衡等离子体。申请号为2007200132970的专利文件，采用针状电极电晕放电，产生的等离子体主要集中于针尖附近，优点是可以降低放电电压，缺点是针尖易损耗，并且，电晕放电中等离子体活性自由基的密度偏低，扩散性差。

发明内容

为了解决现有等离子体污水净化技术中存在的净化效率低、能耗高、时间长等问题，本发明提出了一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统。

为实现上述目的，本专利申请的技术方案为：一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统，包括：与粗滤水出水口相连的多个净化管路，所述净化管路上均设有增压泵、流量计，每个净化管路末端连接有等离子体净化器，所述等离子体净化器，包括接地电极、旋流器、与等离子体电源相连的锥形高压电极，所述锥形高压电极与接地电极之间围成有净化腔体，所述净化腔体上方设有旋流器，所述旋流器中安装有液体雾化器；在等离子体净化器下方设有精滤水总管，所述精滤水总管上设有精滤水出口。

进一步的，所述液体雾化器为气动雾化旋流式喷嘴，其喷雾的形态为空心雾锥；空气在旋流器的作用下，气体旋流喷出，再与空心雾锥结合，形成了旋流式空心雾锥。

进一步的，在雾锥的空心区域中设有锥形高压电极，所述锥形高压电极包括周向交替排列的电极阵列及绝缘层阵列，即相邻绝缘层a之间为带有旋向的条形高压电极，相邻条形高压电极之间为绝缘层a，并且绝缘层a的高度高于条形高压电极的高度。

进一步的，所述锥形高压电极外周设有接地电极，所述接地电极包括周向交替排列的电极阵列及绝缘层阵列，即相邻绝缘层b之间为带有旋向的条形接地电极，相邻条形接地电极之间为绝缘层b，并且绝缘层b的高度高于条形接地电极的高度。

进一步的，所述等离子体电源开始给锥形高压电极通电后，所述锥形高压电极与接地电极之间产生滑动弧。

更进一步的，所述锥形高压电极与接地电极的旋向相同，并且沿着旋流方向两者之间的距离逐渐增大。

更进一步的，所述气体旋流方向与条形高压电极或条形接地电极的旋流方向之间有一定角度。

作为更进一步的，所述旋流器固定在外壳上，所述外壳位于接地电极上面，所述接地电极顶部、底部均连接有横向连接杆，所述横向连接杆之间设有纵向连接杆，在纵向连接杆上固定有锥形高压电极。

作为更进一步的，所述条形高压电极、条形接地电极均为在其结构体上开设的带有弧度的条形槽。

本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本系统采用等离子体氧化净化的方式，可有效净化粗滤水中的固体颗粒、有机物等物质；采用特殊设计的滑动弧电极结构，并与旋流雾化喷嘴相配合，可保证空心雾锥全部置于电场中，并且气动空气旋流方向与电极的旋流方向之间存有夹角，确保了滑动电弧与粗滤水液滴的充分接触，从而提高净化效率、加快净化速度。

附图说明

图1为滑动弧等离子体污水净化系统结构示意图；

图2为等离子体净化器剖面图；

图3为锥形高压电极二维结构图；

图4为锥形高压电极外观图；

图5为锥形高压电极底部结构图；

图6为接地电极结构图；

图7为锥形高压电极与接地电极相对位置图；

图8为雾化-放电过程示意图；

图9为液体雾化器与旋流器相对位置图；

图10为等离子体净化器外观图；

图11为进气方向示意图。

图中序号说明：1粗滤水出水口、2增压泵、3流量计、4液体雾化器、5等离子体净化器、6等离子体电源、7精滤水总管、51外壳、52接地电极、53横向连接杆、54旋流器、55高压电极、521绝缘层b、522条形接地电极、551绝缘层a、552条形高压电极。

具体实施方式

本发明的实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施的，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1

本实施例提供一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化方法，在上述滑动弧等离子体污水净化系统中实施的，如图1-11所示，需要说明的是，本发明的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的，并非是限定本发明可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。其滑动弧等离子体污水净化方法，包括：粗滤水经过粗滤水出口1流出后，在增压泵2的加压作用下，首先流经流量计3以计算流量，然后经过液体雾化器以空心雾锥形式喷出；此时等离子体净化器5通电，在锥形高压电极与接地电极之间形成滑动弧放电；空心雾锥在等离子体净化器5的锥形高压电极55与接地电极52围成的净化腔体内，在滑动电弧的作用下，离散液滴颗粒中的细菌、病毒、微生物等有机体被迅速灭活，形成精滤水；精滤水汇聚在精滤水总管7中，并由精滤水出口流出。

所述液体雾化器为气动雾化旋流式喷嘴，其喷雾的形态为空心雾锥；雾锥喷出后，与经过旋流器54的旋流空气混合，扩大了喷雾的分布范围，并进一步细化液滴颗粒。

所述锥形高压电极与接地电极的旋向相同，并且沿着旋流方向两者之间的距离逐渐增大，保证了滑动弧在锥形高压电极与接地电极之间生成并逐渐扩大；所述锥形高压电极包括周向交替排列的电极阵列及绝缘层阵列，即相邻绝缘层a之间为带有旋向的条形高压电极，相邻条形高压电极之间为绝缘层a，并且绝缘层a的高度高于条形高压电极的高度，以避免相邻高压电极之间短路。所述锥形高压电极外周设有接地电极，所述接地电极包括周向交替排列的电极阵列及绝缘层阵列，即相邻绝缘层b之间为带有旋向的条形接地电极，相邻条形接地电极之间为绝缘层b，并且绝缘层b的高度高于条形接地电极的高度。

工作时，由于液体雾化器喷出的喷雾中带有气动空气，因此在锥形高压电极与接地电极之间可形成滑动电弧。而且空气在旋流器54的作用下，气体旋流喷出，再与空心雾锥结合，形成了旋流式空心雾锥。

如图11所示，由于气体的旋流方向与电极的旋流方向之间有一定角度，使得旋流式空心雾锥旋流方向与电极的旋流方向之间存在夹角，这种措施的优点在于：1、和旋流式空心雾锥旋流方向与电极的旋向平行相比，旋流式空心雾锥在内外电极所形成的电场中经过的路程变长，即旋流式空心雾锥被电离的时间变长，在流场中被充分电离，液滴被充分净化；2、若空气旋流方向与电极的旋向一致，则沿着夹在两相邻电极之间的绝缘层方向流动的空气有可能无法和电弧接触，从而这部分空气中的液滴不会和活性粒子接触，影响电离效果，因此雾锥旋流方向与电极旋向呈一定夹角，能够从根本上杜绝这一问题。

由于电弧产生的速度远远大于气流速度，使得单位区域内的液滴可多次与等离子体接触，从而实现充分净化。由于滑动电弧的数量很多，在电弧作用下，位于电场中液滴颗粒中的细菌、病毒、微生物等有机体在短时间内被灭活。

所述滑动弧等离子体污水净化系统处理粗滤水包括如下步骤：

S1：首先打开进水阀，粗滤水经由粗滤出水口1流出，然后等离子体电源6开始给电极通电，锥形高压电极55与接地电极52之间产生滑动弧。

S2：粗滤水经液体雾化器喷出，与通过旋流器54后的气动空气混合，形成了与电极旋流方向成一定夹角的旋流式空心雾锥。

S3：空心雾锥置身于高压电极55与接地电极52之间的电场中，进而流场中的液滴被充分净化。

S4：净化后的水汇聚在一起，打开出水阀，水经由精滤出水口流出。

S5：当粗滤出水口1关闭或水全部净化完毕时，等离子体电源6停止供电。

本申请采用锥形高压电极、锥筒形接地电极与液体雾化器配合，将空心雾锥整体置于电场空间内；采用阵列式中心高压电极结构，可使放点空间内密布电弧，极大提高电弧与雾化液滴的接触几率，提高净化效率。

本发明的实施例有较佳的实施性，并非是对本发明任何形式的限定。本发明实施例中描述的技术特征或技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被互相组合从而达到更好的技术效果。本发明优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被发明实施例所属技术领域的技术人员所理解。

Claims (9)

1.一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统，其特征在于，包括：与粗滤水出水口相连的多个净化管路，所述净化管路上均设有增压泵、流量计，每个净化管路末端连接有等离子体净化器，所述等离子体净化器，包括接地电极、旋流器、与等离子体电源相连的锥形高压电极，所述锥形高压电极与接地电极之间围成有净化腔体，所述净化腔体上方设有旋流器，所述旋流器中安装有液体雾化器；在等离子体净化器下方设有精滤水总管，所述精滤水总管上设有精滤水出口。

2.根据权利要求1所述一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统，其特征在于，所述液体雾化器为气动雾化旋流式喷嘴，其喷雾的形态为空心雾锥；空气在旋流器的作用下，气体旋流喷出，再与空心雾锥结合，形成了旋流式空心雾锥。

3.根据权利要求2所述一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统，其特征在于，在雾锥的空心区域中设有锥形高压电极，所述锥形高压电极包括周向交替排列的电极阵列及绝缘层阵列，即相邻绝缘层a之间为带有旋向的条形高压电极，相邻条形高压电极之间为绝缘层a，并且绝缘层a的高度高于条形高压电极的高度。

4.根据权利要求1所述一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统，其特征在于，所述锥形高压电极外周设有接地电极，所述接地电极包括周向交替排列的电极阵列及绝缘层阵列，即相邻绝缘层b之间为带有旋向的条形接地电极，相邻条形接地电极之间为绝缘层b，并且绝缘层b的高度高于条形接地电极的高度。

5.根据权利要求3或4所述一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统，其特征在于，所述等离子体电源开始给锥形高压电极通电后，所述锥形高压电极与接地电极之间产生滑动弧。

6.根据权利要求3或4所述一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统，其特征在于，所述锥形高压电极与接地电极的旋向相同，并且沿着旋流方向两者之间的距离逐渐增大。

7.根据权利要求2所述一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统，其特征在于，所述气体旋流方向与条形高压电极或条形接地电极的旋流方向之间有一定角度。

8.根据权利要求1所述一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统，其特征在于，所述旋流器固定在外壳上，所述外壳位于接地电极上面，所述接地电极顶部、底部均连接有横向连接杆，所述横向连接杆之间设有纵向连接杆，在纵向连接杆上固定有锥形高压电极。

9.根据权利要求3或4所述一种基于螺旋电极结构的滑动弧等离子体污水净化系统，其特征在于，条形高压电极、条形接地电极均为在其结构体上开设的带有弧度的条形槽。

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