CN114262031A - 一种气液两相放电的介质阻挡式低温等离子体水处理装置 - Google Patents

一种气液两相放电的介质阻挡式低温等离子体水处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种气液两相放电的介质阻挡式低温等离子体水处理装置,以解决现有低温等离子体装置处理废水过程中,超声波、紫外线和辐射态能量不能直接用于降解废水,从而造成能量损失和降解效率低下的问题。包括同轴布置的石英内管和石英外管,石英外管内壁和石英内管外壁之间形成反应腔室,石英内管下端开口通过管路与石英外管外的臭氧室的第一排水口连通,石英内管上端与布水器的进水口连通,布水器的第二排水口与反应腔室连通;石英外管上、下开口封闭,反应腔室上部设有与储气容器连通的进气口,下部设有与臭氧室连通的排气口和第三排水口;石英外管外壁布置有导电部件作为高压电极,石英内管内部充满待处理液体作为接地电极。

Description

一种气液两相放电的介质阻挡式低温等离子体水处理装置
技术领域
本发明涉及水处理技术领域,具体涉及气液两相放电的介质阻挡式低温等离子体水处理装置。
背景技术
低温等离子体技术作为一种臭氧发生技术,在水处理领域有着非常悠久的使用历史。低温等离子体由放电区的空气作为绝缘体引发,在高频高压电场中停止电流,形成介质阻挡放电。在放电过程中,反应性物质是由气相中和气液界面处受激物质的能量传递形成的。
而低温等离子体水处理技术中应用最为广泛的臭氧化技术,却存在着大量能量被浪费的技术缺陷。在传统的臭氧化技术中,由于低温等离子体是气相放电,即产生臭氧后再注入水中,在这一过程中,大量辐射形式的能量和具有高反应活性的短寿命活性物质自然的猝灭掉,仅有少部分能量转化为了臭氧等长寿命活性物质被利用,从而造成辐射态的能量没有得到有效利用,使得降解效率低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种气液两相放电的介质阻挡式低温等离子体水处理装置,以解决现有低温等离子体装置处理废水过程中,超声波、紫外线和辐射态能量不能直接用于降解废水,从而造成能量损失和降解效率低下的问题,
本发明所述的气液两相放电的介质阻挡式低温等离子体水处理装置,包括同轴布置的石英内管和套设于石英内管外的石英外管,所述石英外管内壁和石英内管外壁之间形成反应腔室,所述石英内管下端开口通过管路与石英外管外的臭氧室的第一排水口连通,石英内管上端与布水器的进水口连通,所述布水器的第二排水口与反应腔室连通;所述石英外管上、下开口封闭,反应腔室上部设有与储气容器连通的进气口,反应腔室下部设有与臭氧室连通的排气口和第三排水口;所述石英外管外壁布置有导电部件作为高压电极,石英内管内部充满待处理液体作为接地电极;将待处理液体置于臭氧室内,经第一排水口排出并从石英内管下端开口流入石英内管,待处理液体自下而上充满石英内管内部后进入布水器,由布水器的第二排水口流向反应腔室,由储气容器通入气体,导电部件通电经过介质阻挡放电使反应腔室中的气体产生低温等离子体,利用低温等离子体待处理液体中的有机污染物的降解,剩余的气体和处理后的液体分别通过排气口和第三排水口进入臭氧室,实现循环。
优选地,所述石英内管下端开口连接有缓冲室,所述缓冲室通过管路与石英外管外的臭氧室的第一排水口连通。
优选地,所述石英内管与臭氧室之间的管路上设置有水泵,所述水泵为臭氧室内的待处理液体向石英内管流动提供动力。
优选地,所述导电部件为金属网,金属网布置在所述石英外管的外侧壁上,所述导电部件外接高压电源,所述高压电源连接有示波器。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果。
1、本发明通过在反应腔室上设置进气口和排气口,储气容器内的气体从进气口进入反应腔室,通高压的导电部件经过介质阻挡放电使反应腔室中的气体产生低温等离子体,反应腔室中的气、液两相在低温等离子体环境下放电产生活性物质以及超声波、紫外线和辐射态能量,所述活性物质包括羟基自由基、超氧自由基、单线氧分子、水合电子等短寿命活性物质和臭氧等长寿命活性物质,产生的活性物质原位接触待处理液体中的有机污染物,实现了有机污染物的有效降解。并且在水相中,低温等离子体产生的超声波、紫外线和辐射态能量也会得到利用,产生更多的羟基自由基,参与待处理液体中有机污染物的降解,解决了现有低温等离子体装置处理废水过程中,超声波、紫外线和辐射态能量不能直接用于降解废水,从而造成能量损失和降解效率低下的问题,
2、本发明通过在反应腔室下部设置与臭氧室连通的排气口和第三排水口,将未参与降解的臭氧送入臭氧室中与待处理液体混合,一方面实现了待处理液体的循环处理,另一方面在待处理液体进入反应腔室前实现了气体与液体的混合,提高了降解效率。同时避免了未参与降解的臭氧直接排出,造成资源浪费,
3、本发明能够以高效低能耗的形式实现待处理液体中有机污染物的去除降解,有利于低温等离子体技术在水处理中的规模化应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明待处理液体的流向示意图。
图中,1—石英内管,2—石英外管,3—臭氧室,4—布水器,5—储气容器,6—导电部件,7—缓冲室,8—水泵,9—曝气头,10—反应腔室的液位,11—反应腔室,12—臭氧室的液位。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
参见图1和图2,所示的气液两相放电的介质阻挡式低温等离子体水处理装置,包括同轴布置的石英内管1和套设于石英内管1外的石英外管2,石英内管1的直径为25mm,石英外管2的直径为40mm,两者高度均为360mm。所述石英外管2内壁和石英内管1外壁之间形成放电间隙为7.5mm的反应腔室11。所述石英内管1下端开口通过管路与石英外管2外的臭氧室3的第一排水口连通,石英内管1上端与布水器4的进水口连通,所述布水器4的第二排水口与反应腔室11连通。所述石英外管2上、下开口封闭,反应腔室11上部设有与储气容器11连通的进气口,反应腔室11下部设有与臭氧室3连通的排气口和第三排水口,所述排气口通过管路及一个曝气头接入臭氧室3。在所述石英外管2外壁布置有高度为120mm的导电部件6作为高压电极,为便于散热和避免电极腐蚀,石英内管1内部充满待处理液体,用作接地电极。
所述导电部件6为不锈钢丝网,所述导电部件外接高压电源,所述高压电源连接有示波器,高压电源的输出电压的分压电容比为1:1000,输出电流的测量电容为0.47μF,放电电压和电流由示波器通过无源探头监测。所述臭氧室3由直径为220mm、高度为200mm的玻璃容器构成。
所述石英内管1下端开口连接有缓冲室7,所述缓冲室7通过管路与石英外管2外的臭氧室3的第一排水口连通。
所述石英内管1与臭氧室3之间的管路上设置有水泵8,所述水泵8为臭氧室3内的待处理液体向石英内管1流动提供动力。
实施例一,配置1L浓度为10mg·L-1的四环素溶液,超声混合10min,保证四环素在溶液中均匀分布。然后将配置好的四环素溶液倒入臭氧室3内,打开水泵,使得四环素溶液1.25L·min-1的流速循环,其流向具体为:经第一排水口排出进入到缓冲室7内,随后从石英内管1下端开口流入石英内管1,自下而上充满石英内管1内部后进入布水器4,由布水器4的第二排水口流向反应腔室11。由储气容器5通入空气,使用质量流量控制器将空气排放调节至每分钟1标准升。导电部件6通电,放电开始时,交流电源的峰值电压和频率分别设置为10kV和9.2kHz。经过介质阻挡放电使反应腔室中的气体产生低温等离子体,利用低温等离子体待处理液体中的有机污染物的降解,反应腔室11中剩余的气体和处理后的液体分别通过排气口和第三排水口进入臭氧室3,实现循环。所述排气口高于反应腔室的液位10,臭氧室3内的曝气头位于臭氧室的液位12下方,每隔5min中从臭氧室3中取样,测定溶液中四环素浓度并记录。
实施例二,除了放电开始时交流电源的峰值电压设置为11kV外,其余与实施例一相同。
实施例三,除了放电开始时交流电源的峰值电压设置为12kV外,其余与实施例一相同。
实施例四,除了放电开始时交流电源的峰值电压设置为13kV外,其余与实施例一相同。
对实施例一至实施例四采集的四环素浓度数据进行统计,结果参见表1。
实施例一至实施例四采集的四环素浓度
Figure BDA0003445506430000041
由表1可知,实施例一至实施例四循环处理10min后的四环素浓度均远低于初始四环素浓度10mg·L-1,表明了本发明所述装置能够以高效低能耗的形式实现四环素溶液中有机污染物的去除降解,即保证了有机污染物的去除效果。
输入电压从10kv增加到12kv,四环素循环处理10min的浓度从3.41mg·L-1显着降低到0.82mg·L-1。然而,在进一步增加输入电压后,没有观察到四环素浓度的进一步明显下降。这是由于在本发明中,电荷积聚在介电板上,到达阈值后,它突破空气形成等离子体,等离子体中的高能电子等激发粒子返回基态,产生羟基自由基等自由基和过氧化氢和臭氧等长寿命活性物质,在这个过程中,更高的电压将产生更多的活性物质。在水相中,等离子体产生的超声波、紫外线和热辐射也会得到利用,产生更多的羟基自由基,参与四环素的降解。因此,一定范围内的高输入电压有助于加速溶液中有机污染物的降解。在经济成本和降解性能之间进行了权衡,实施例三是本发明的最优选。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种气液两相放电的介质阻挡式低温等离子体水处理装置,包括同轴布置的石英内管(1)和套设于石英内管(1)外的石英外管(2),所述石英外管(2)内壁和石英内管(1)外壁之间形成反应腔室(11),其特征在于:所述石英内管(1)下端开口通过管路与石英外管(2)外的臭氧室(3)的第一排水口连通,石英内管(1)上端与布水器(4)的进水口连通,所述布水器(4)的第二排水口与反应腔室(11)连通;
所述石英外管(2)上、下开口封闭,反应腔室(11)上部设有与储气容器(5)连通的进气口,反应腔室(11)下部设有与臭氧室(3)连通的排气口和第三排水口;
所述石英外管(2)外壁布置有导电部件(6)作为高压电极,石英内管(1)内部充满待处理液体作为接地电极;
将待处理液体置于臭氧室(3)内,经第一排水口排出并从石英内管(1)下端开口流入流入石英内管(1),待处理液体自下而上充满石英内管(1)内部后进入布水器(4),由布水器(4)的第二排水口流向反应腔室(11),由储气容器(5)通入气体,导电部件(6)通电经过介质阻挡放电使反应腔室(11)中的气体产生低温等离子体,利用低温等离子体待处理液体中的有机污染物的降解,剩余的气体和处理后的液体分别通过排气口和第三排水口进入臭氧室(3),实现循环。
2.根据权利要求1所述的气液两相放电的介质阻挡式低温等离子体水处理装置,其特征在于:所述石英内管(1)下端开口连接有缓冲室(7),所述缓冲室(7)通过管路与石英外管(2)外的臭氧室(3)的第一排水口连通。
3.根据权利要求1或2所述的气液两相放电的介质阻挡式低温等离子体水处理装置,其特征在于:所述石英内管(1)与臭氧室(3)之间的管路上设置有水泵(8),所述水泵(8)为臭氧室(3)内的待处理液体向石英内管(1)流动提供动力。
4.根据权利要求1或2所述的气液两相放电的介质阻挡式低温等离子体水处理装置,其特征在于:所述导电部件(6)为金属网,金属网布置在所述石英外管(2)的外侧壁上,所述导电部件(6)外接高压电源,所述高压电源连接有示波器。
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