CN115448411A - 一种水体净化低温等离子体发生装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水体净化低温等离子体发生装置及应用方法，包括曝气腔，所述曝气腔为筒状结构在上端连接有绝缘握把；在筒状结构内部设置有高压电极和绝缘阻挡介质，绝缘阻挡介质包裹高压电极并形成密闭的电极夹层；所述电极夹层外接真空设备；所述绝缘阻挡介质与曝气腔之间构成电离区，所述电离区外接充气设备，通电后产生的等离子体与污染水体直接接触，电离出的能量体直接进入水体中，减少传输路径的一些瞬时能量损耗，实现能量体的高效利用，提高污染物净化效率，减小能耗，降低碳排放，本发明运行过程中无需中间传输过程，充分利用低温等离子体发生装置产生的能量，提高水体污染物降解效率。

Description

一种水体净化低温等离子体发生装置及应用方法

技术领域

本发明涉及低温等离子体技术领域，具体涉及一种水体净化低温等离子体发生装置及应用方法。

背景技术

低温等离子技术主要是通过放电区的空气作为绝缘体引发，在高频高压电场作用下，形成介质阻挡放电。在放电过程中，反应性物质是由气相和气液界面处受激物质的能量传递形成的。传统的低温等离子技术主要用于臭氧发生，通过低温等离子体气相放电产生臭氧后通过导管传输进入污染水体中，这一过程产生的即时性能量没有得到利用即衰亡，造成能量利用率低，污染物降解率低、能耗高等问题。

在对污水处理过程中，传统的都是使用大型设备对污水进行处理，大型设备使用成本比较高，操作麻烦，需要占用一定的人力以及时间，并且大型设备不便于移动，不能在很多特定的场合使用，使用不灵活，使用具有一定局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水体净化低温等离子体发生装置及应用方法，通过通电后产生的等离子体与污染水体直接接触，无需中间传输过程，实现水体与能量体直接接触，充分利用低温等离子体发生装置产生的能量，提高水体污染物降解效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种水体净化低温等离子体发生装置，包括：

多孔曝气系统，其包括由多孔曝气基材合围成的曝气腔和用于使所述曝气腔连接外部气源的进气通道，所述曝气腔为封闭结构，所述多孔曝气基材上涂覆有疏水涂层；

离子发生器，设置在所述曝气腔内，其包括高压电极和绝缘阻挡介质，所述绝缘阻挡介质围设在所述高压电极的周侧并和所述高压电极间形成一密闭的电极夹层；其中，

所述绝缘阻挡介质与所述曝气腔之间具有一间隙以形成电离区，所述进气通道贯通至所述电离区。

作为本发明进一步的方案：所述电极夹层上部连接有真空管，所述真空管用于连接真空设备。

作为本发明进一步的方案：所述电离区上部连接有进气管，所述进气管与用于连接充气设备。

作为本发明进一步的方案：所述绝缘阻挡介质为耐击穿绝缘介质，其中，

耐击穿绝缘介质包括但不限于石英材质。

作为本发明进一步的方案：所述曝气腔上部连接有绝缘握把。

作为本发明进一步的方案：所述绝缘握把的两侧设置有挂耳，所述挂耳用于低温等离子体发送装置的固定。

作为本发明进一步的方案：所述高压电极的上端连接有导线，所述导线与高压变频电源电性连接。

作为本发明进一步的方案：所述导线与高压电极之间设置有导线绝缘套。

作为本发明进一步的方案：一种水体净化低温等离子体发生装置的应用方法,包括以下步骤：

步骤一：抽真空：通过真空泵抽取电极夹层内的空气，使电极夹层形成真空状态；

步骤二：通气：充气设备通过进气管向电离区充气，为电离区提供电离介质，同时形成一定气压，防止运行期间水体进入低温等离子体装置；

步骤三：通水：将低温等离子体发生装置的曝气头部分全部插入水体中，水位高度控制在导线绝缘套上；

步骤四：电离：打开高压变频电源开关，启动低温等离子体发生装置，通电后，电离区产生低温等离子体束，与待处理的污水充分接触，通过强氧化分解作用，破坏有机物结构、降低污染物浓度，达到水体净化的目的；

步骤五：污水处理达标后，先关闭高压变频电源，停止电离反应；

步骤六：将低温等离子体发生装置从水体中整体取出，整体脱离水面；

步骤七：停止真空泵运行；

步骤八：最后停止曝气。

作为本发明进一步的方案：通气设备通入的气体为空气或氧气。

本发明的有益效果：

（1）污染物净化效率高：

主要体现在电离区与待处理的污染水体相接，电离出的能量体直接进入水体中，减少传输路径的一些瞬时能量损耗，实现能量体的高效利用，提高污染物净化效率，减小能耗，降低碳排放；

（2）低温等离子放电产生的等离子束中的活性物质，均可以以气泡形成与待处理污水充分接触，以气泡形式在水中与污染物接触、扩散，传质效率和作用时间均得到极大提高；

（3）应用场景广泛，可根据污水处理要求，通过工艺调整在处理前可提高可生化性，处理后可实现难降解有机物进一步降解，提高出水水质；

（4）本装置设计为可提携式，操作简单，运行维护方便。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的结构示意图。

图中：

1、导线；2、导线绝缘套；3、高压电极；4、绝缘阻挡介质；5、真空管；6、进气管；7、绝缘握把；8、曝气腔；9、挂耳；10、电离区；11、电极夹层；8-1、多孔曝气基材；8-2、疏水涂层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1所示，本发明为一种水体净化低温等离子体发生装置，包括导线1、导线绝缘套2、高压电极3、绝缘阻挡介质4、真空管5、进气管6、绝缘握把7、曝气腔8、挂耳9、电离区10和电极夹层11；

多孔曝气系统包括由多孔曝气基材8-1合围成的曝气腔8和用于使所述曝气腔8连接外部气源的进气通道，曝气腔8为封闭的筒状结构，多孔曝气基材8-1上涂覆有疏水涂层8-2，在筒状结构的内部设置有高压电极3和绝缘阻挡介质4，绝缘阻挡介质4包裹高压电极3设置，且绝缘阻挡介质4与高压电极3之间形成密闭的电极夹层11；

其中，高压电极3与绝缘阻挡介质4的上端均贯穿绝缘握把7设置在筒状结构的外部，且在高压电极3的上端连接有导线1；

导线1与高压变频电源电性连接；

优化的，导线1与高压电极3之间设置导线绝缘套2，导线1与导线绝缘套2连接，导线绝缘套2与高压电极3连接，导线绝缘套2实现对高压电极3露出绝缘握把7部分的包裹，提高高压电极3的使用安全性。

进一步的，在电极夹层11上连接有真空管5，真空管5外接真空设备，且真空管5与电极夹层11的连接处位于封盖的上方；

绝缘阻挡介质4与曝气腔8之间构成电离区10，电离区10上部连接有进气管6，进气管6连接有充气设备；

充气设备包括但不限于充气泵；

其中，绝缘握把7位于电离区10的上端外侧；

优选的，绝缘阻挡介质4为耐击穿绝缘介质，耐击穿绝缘能够为石英材质。

优选的，多孔曝气基材8-1为多孔致密陶瓷材质；

疏水涂层8-2包括但不限于复合陶瓷涂料、氟化聚乙烯或聚酰胺等材料。

其中，绝缘握把7加盖在曝气腔8的筒状结构上，且在绝缘握把7的两侧设置有挂耳9，通过挂耳9起到固定该低温等离子体装置的作用，同时，通过挂耳9的设置，使该低温等离子体装置能够搭配浮筒使用。

实施例2

一种水体净化低温等离子体发生装置应用方法，包括以下步骤：

步骤一：抽真空：通过真空泵抽取电极夹层11内的空气，使电极夹层11形成真空状态；

其中，电极夹层11的真空状态能够起到防高压电极3热胀作用，同时起到降温作用，保护高压电极3；

步骤二：通气：通过进气管6，为电离区10提供电离介质，同时形成一定气压，防止运行期间水体进入低温等离子体发生装置；

其中，进气管6充入的气源为空气或氧气；

步骤三：通水：将低温等离子体发送装置的曝气头部分全部插入水体中，水位高度控制在导线绝缘套2上，确保曝气利用率；

步骤四：电离：打开高压变频电源开关，启动低温等离子体发生装置，通电后，电离区10产生低温等离子体束，与待处理的污水充分接触，通过强氧化分解作用，破坏有机物结构、降低污染物浓度，达到水体净化的目的；

步骤五：污水处理达标后，先关闭高压变频电源，停止电离反应；

步骤六：将低温等离子体发生装置从水体中整体取出，整体脱离水面；

步骤七：停止真空泵运行；

步骤八：最后停止曝气。

实施例3

本实施例的实施方式与实施例2的实施方式基本一致，区别在于，根据应用场景不同，地线设置不同；

本实施例中，低温等离子体发生装置用于构筑物中水体处理时，水池内需接地装置。

实施例4

本实施例的实施方式与实施例2的实施方式基本一致，区别在于，根据应用场景不同，地线设置不同；

本实施例中，低温等离子体发生装置用于自然水体中，无需另外设置接地线。

需要说明的是，上述提到的通电后产生的等离子体与污染水体直接接触，电离出的能量体直接进入水体中进行污水净化，能量体具体包括但不限于电子、正负离子、激发态的原子、分子以及具有强氧化性的自由基；

具体可参照期刊：

1、《低温等离子体技术处理有机废水的研究进展与现状》龚诗，孙亚兵*，郑可，蒋桂林，李莲 ( 南京大学 环境学院 污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏 南京210023)；

2、《低温等离子体技术处理难降解有机废水的研究进展》屈广周，李 杰五，梁东丽，曲东，黄懿梅（西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌712100;2农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西杨凌 712100;大连理工大学静电与特种电源研究所，辽宁大连116024;工业生态与环境工程教育部重点实验室，辽宁大连116024）。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种水体净化低温等离子体发生装置，其特征在于，包括：

多孔曝气系统，其包括由多孔曝气基材（8-1）合围成的曝气腔（8）和用于使所述曝气腔（8）连接外部气源的进气通道，所述曝气腔（8）为封闭结构，所述多孔曝气基材（8-1）上涂覆有疏水涂层（8-2）；

离子发生器，设置在所述曝气腔（8）内，其包括高压电极（3）和绝缘阻挡介质（4），所述绝缘阻挡介质（4）围设在所述高压电极（3）的周侧并和所述高压电极（3）间形成一密闭的电极夹层（11）；其中，

所述绝缘阻挡介质（4）与所述曝气腔（8）之间具有一间隙以形成电离区（10），所述进气通道贯通至所述电离区（10）。

2.根据权利要求1所述的一种水体净化低温等离子体发生装置,其特征在于，所述电极夹层（11）上部连接有真空管（5），所述真空管（5）用于连接真空设备。

3.根据权利要求1所述的一种水体净化低温等离子体发生装置,其特征在于，所述电离区（10）上部连接有进气管（6），所述进气管（6）用于连接充气设备。

4.根据权利要求1所述的一种水体净化低温等离子体发生装置,其特征在于，所述绝缘阻挡介质（4）为耐击穿绝缘介质。

5.根据权利要求1所述的一种水体净化低温等离子体发生装置,其特征在于，所述曝气腔（8）上部连接有绝缘握把（7）。

6.根据权利要求5所述的一种水体净化低温等离子体发生装置,其特征在于，所述绝缘握把（7）的两侧设置有挂耳（9），所述挂耳（9）用于低温等离子体发送装置的固定。

7.根据权利要求1所述的一种水体净化低温等离子体发生装置,其特征在于，所述高压电极（3）的上端连接有导线（1），所述导线（1）与高压变频电源电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种水体净化低温等离子体发生装置,其特征在于，所述导线（1）与高压电极（3）之间设置有导线绝缘套（2）。

9.一种水体净化低温等离子体发生装置的应用方法,其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：抽真空：通过真空泵抽取电极夹层（11）内的空气，使电极夹层（11）形成真空状态；

步骤二：通气：充气设备通过进气管（6）向电离区（10）充气，为电离区（10）提供电离介质，同时形成一定气压，防止运行期间水体进入低温等离子体装置；

步骤三：通水：将低温等离子体发生装置的曝气头部分全部插入水体中，水位高度控制在导线绝缘套（2）上；

步骤四：电离：打开高压变频电源开关，启动低温等离子体发生装置，通电后，电离区（10）产生低温等离子体束，与待处理的污水充分接触，通过强氧化分解作用，破坏有机物结构、降低污染物浓度，达到水体净化的目的；

步骤五：污水处理达标后，先关闭高压变频电源，停止电离反应；

步骤六：将低温等离子体发生装置从水体中整体取出，整体脱离水面；

步骤七：停止真空泵运行；

步骤八：最后停止曝气。

10.根据权利要求9所述的一种水体净化低温等离子体发生装置的应用方法,其特征在于，步骤二中，充气设备通入的气体为空气或氧气。

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