CN201071317Y - 一种电晕放电等离子体水处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种电晕放电等离子体水处理装置属于水污染物控制技术领域。由高压电源、水处理器、水泵、气泵、开关、阀门和管路组成，其中水处理器由高压放电针电极和低压板电极构成，高压放电针电极处于水面上方，通过调节杆固定在水处理器的上盖，低压板电极放置于水处理器底部，在水处理器的侧壁上设置有水入口和水出口、气体入口和气体出口，高压电源高压输出端通过高压电缆连接在水处理器的高压放电针电极上，低压板电极和高压电源的低压输出端一同接地。本实用新型的优点是，结构简单，设备成本低，运行费用低、稳定，可以处理染料废水、有机废水等工业废水和生活废水，水处理量大、效率高，可以采用多种电源供电。主要适用于污水处理领域。
Description
技术领域
本实用新型属于水污染物控制技术领域，尤其涉及一种电晕放电等离子体水处理装置。
背景技术
工业生产中排放的有机废水，尤其是难生物降解有机废水的治理是当前水处理领域的一个难点问题，采用常规的水处理方法，如生化法、物理分离法、投加试剂的化学法等，很难达到工业废水排放标准的要求，因此迫切需要给出新技术和设备来实现这种类型废水的达标排放要求。
近年来，低温等离子体水处理方法被人们所研究，主要有电子束辐照、脉冲放电和介质阻挡放电水处理方法。其原理是应用等离子体发生过程中产生的高能电子和中性分子碰撞生成一些活性物质，如·OH、臭氧、H2O2以及一些活性离子，与水中的有机污染物发生化学反应来降解矿化有机污染物。这些方法虽然能够有一定的处理效果，但是存在一些缺点。
电子束辐照水处理的主要缺点有两点，一是电子枪制造工艺复杂，精度要求极高；二是电子枪产生的高能电子在进入被处理水体之前，将发生和气体分子碰撞，损失一部分能量，将影响电子束辐照溶液深度，而且电子束辐照水体的表面积有限，影响处理废水的规模。
脉冲放电水处理方法的主要缺点有四点，一是脉冲放电发生过程中受到被处理溶液的电导率、曝气气体种类、气液混合程度等多种因素影响；第二是高压放电电极腐蚀严重，影响脉冲放电水处理的稳定运行；第三是水处理的能量高，导致水处理运行成本升高；第四是可工业化应用的脉冲高压电源技术难度较大，导致制造成本高，而且运行稳定性不好。
介质阻挡放电水处理方法虽然克服了脉冲放电过程中废水电导率影响和高压电极腐蚀的缺点，但是仍存在水处理能耗高，大部分能量以热的形式白白消耗了。
由于以上提及的低温等离子体水处理方法各自存的缺点，使得其在工业水处理方面的应用受到了很大的限制。为了克服这些方法的不足，我们提出了一种新的电晕放电等离子体水处理装置。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种结构简单，设备成本低，运行费用低、稳定，能够处理染料废水、有机废水等工业废水和生活废水，水处理量大、效率高的电晕放电等离子体水处理装置。
本实用新型的技术解决方案是，一种电晕放电等离子体水处理装置由高压电源1、水处理器2、储水池9、水泵10、单向阀11、气瓶12、气阀13、气压表14、开关15、保护电阻16、高压电缆17和调节杆18构成。
高压电源1是正、负极性直流高压电源，交流高压电源或正、负极性脉冲高压电源。当采用正、负极性直流电源时，电压为0-士100kV；当采用交流高压电源或正、负极性脉冲高压电源时，频率为0-100MHz，峰值电压为0-士100kV。
水处理器2主要包括高压放电针电极3和低压板电极4，在水处理器2的侧壁上设置有水入口5、水出口6、气体入口7和气体出口8。
高压放电针电极3是由若干金属针和一块金属平板构成，金属针镶嵌在金属平板的下面，也可以采用将若干金属针镶嵌在绝缘平板，然后用导线把所有的金属针并联连接。相邻的针-针间距为5-500mm，单针长度1-100mm，金属平板厚度1-100mm，长为50-5000mm、宽为50-5000mm。高压放电针电极3在水处理器2内部，处于水面上方，并且通过调节杆18被固定在水处理器2的上盖，高压放电针电极3和水面之间的调节距离为1-500mm。为了达到最佳的处理效果，要求高压放电针电极3的所有针都处于同一个平面上，并和低压板电极4之间距离相同。
低压板电极4是长为50-5000mm、宽为50-5000mm、厚度为1-100mm的金属平板，被置于水处理器2的底部，处于水中，并与地线相连。低压板电极4上面的水层厚度为0.5-100mm。
高压电源1的高压输出端串联保护电阻16和高压电缆17接在高压放电针电极3上，低压板电极4和高压电源1的低压输出端一同接地，废水利用水泵10将储水池9中的废水通过水入口5注入到水处理器2中，然后通过出口6流出。为了在水处理器2中产生大量的·OH、臭氧、H2O2等活性物质，需要向水处理器2中注入气体，注入水处理器2中的气体为O2、空气，或O2含量为1-100％的O2和N2或Ar的混合气体，气体可以通过压缩机和气瓶12等供气装置，通过气体入口7进入水处理器2中，然后通过气体出口8流出。
当待处理水体从高压放电针电极3和低压板电极4之间的电晕放电等离子体区域通过时，电晕放电产生的活性物质，如O2 -、·OH、H2O2和O3等与水中的污染物发生化学反应，生成水、二氧化碳以及一些容易被生化法所处理的污染物，从而达到废水处理的目的，此外电晕放电产生的紫外光、电风等物理效应也参与水处理过程。
另外，根据实际情况，利用水处理中自身原有气体，可以不向水处理器内部注入气体，被处理水体可以是静止形式，即非流动形式；为达到高的水处理要求，可以采用多次循环处理；根据处理水量的规模，可以将上述设计制作的水处理器2通过并联和串连的方式连结，获得放大的水处理器。
本实用新型所达到的有益效果是，能够处理染料废水、有机废水等工业废水，和生活废水，水处理量大、效率高、时间短；电极损耗小、构造简单、易操作、制造成本低；可以采用正、负极性直流高压电源、交流高压电源和正、负极性脉冲高压电源等多种电源供电。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的系统结构示意图。
图中：1.高压电源，2.水处理器，3.高压放电针电极，4.低压板电极，5.水入口，6.水出口，7.气体入口，8.气体出口，9.储水池，10.水泵，11.单向阀，12.气瓶，13.气阀，14.气压表，15.开关，16.保护电阻，17.高压电缆，18.调节杆。
具体实施方式
实施示例1
本示例中水处理器2的外壳是由有机玻璃做成，尺寸为780mm×380mm×100mm的长方体；高压放电针电极3是长度为18mm、直径为1mm的不锈钢针并排安装在尺寸为600mm×250mm×1mm的不锈钢平板上，每一行和每一列中每两根放电针之间的距离分别为45mm和27mm，共计96根针；低压板电极4为610mm×300mm×2mm的不锈钢平板；高压放电针电极3与水面的距离为7mm，停留在水处理器2中的水厚度为5mm。所采用的高压电源1是负直流高压电源，输出电压有效值范围为0-50kV，功率为0-2kW。
在本示例中，向水处理器2中注入的气体为氧气，气体流量为1L/min，选取偶氮染料苋菜红【苋菜红Amaranth(C.I.16185；Food Red9)，化学名称：1-(4-磺基-1-萘偶氮)-2萘酚-3.6-二磺酸钠】配成浓度为50mg/L的模拟废水，废水处理量为3L，采用附图所示的电晕放电等离子体水处理装置进行效果试验，其步骤是：
第一步，将模拟废水经水泵10通入水处理器2中。
第二步，打开气阀13，调节气压表14使氧气流量为1L/min；然后闭合电源开关15，调节电压为-10kV，此时输出功率为25W，电极之间形成稳定的电晕放电状态。
第三步，放电结束后，将电压降为0V，断开高压电源1，关闭气阀13，然后取处理后水样，测其吸光度来确定本实用新型的处理效果。
处理60min后，通过对初始模拟废水以及处理后溶液的吸光度计算，本实用新型对苋菜红的脱色率可达88.6％，处理90min后，菜红的脱色率可达97.7％。
实施示例2
在本示例中，除了高压电源1采用正极性脉冲电源外，其它的运行参数与步骤与示例1完全一样，其中脉冲电源的频率为0-200Hz，峰值电压为0-100kV，额定功率为500W。
检测结果表明：本实用新型示例的脉冲电源输出50Hz，峰值24kV，功率60W时，处理60min对苋菜红的脱色率达到79.9％。
Claims (5)
1.一种电晕放电等离子体水处理装置，其特征在于，由高压电源(1)、水处理器(2)、储水池(9)、水泵(10)单向阀(11)、气瓶(12)、气阀(13)、气压表(14)、开关(15)、保护电阻(16)、高压电缆(17)和调节杆(18)构成；其中水处理器(2)由高压放电针电极(3)和低压板电极(4)构成，高压放电针电极(3)处于水面上方，通过用于调节高压放电针电极(3)和水面距离的调节杆(18)固定在水处理器(2)的上盖，低压板电极(4)放置于水处理器(2)底部，在水处理器(2)的侧壁上设置有水的入口(5)和出口(6)、气体的入口(7)和出口(8)，高压电源(1)高压输出端通过高压电缆(17)连接在水处理器(2)的高压放电针电极(3)上，低压板电极(4)和高压电源(1)的低压输出端一同接地。
2.根据权利要求1所述的一种电晕放电等离子体水处理装置，其特征在于，水处理器(2)的高压放电针电极(3)是由金属针和一块金属平板构成，金属针镶嵌在金属平板的下面，相邻的针-针间距为5-500mm，单针长度1-100mm，金属平板厚度1-100mm，长为50-5000mm、宽为50-5000mm，高压放电针电极(3)在水处理器(2)内部，处于水面上方，并且通过调节杆(18)被固定在水处理器(2)的上盖，高压放电针电极(3)和水面之间的调节距离为1-500mm；低压板电极(4)是长为50-5000mm、宽为50-5000mm、厚度为1-100mm的金属平板，被置于水处理器(2)底部的被处理水中，并与地线相连；低压板电极(4)上面的水层厚度为0.5-100mm；根据处理水量的规模，水处理器(2)采用并联和串连的方式联结，进行放大安装。
3.根据权利要求1所述的一种电晕放电等离子体水处理装置，其特征在于，高压电源(1)是正、负极性直流高压电源，电压范围是0-±100kV。
4.根据权利要求1所述的一种电晕放电等离子体水处理装置，其特征在于，高压电源(1)是交流高压电源，频率为0-100MHz，峰值电压为0-±100kV。
5.根据权利要求1所述的一种电晕放电等离子体水处理装置，其特征在于，高压电源(1)是正、负极性脉冲高压电源，频率为0-100MHz，峰值电压为0-±100kV。
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