CN202555279U - 一种筒式介质阻挡放电活性炭再生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种筒式介质阻挡放电活性炭再生装置，其特征在于，由交变电源(1)、外电极(3)、介质管(4)、内电极(5)、气瓶(6)、气阀(7)、压力表(8)、开关(9)、尾气吸收池(10)、进气口(11)、尾气出口(12)、上挡板(13)、下挡板(14)、保护电阻(15)和挡炭通气孔板(16)组成。本实用新型的基本思路是利用介质阻挡放电产生的臭氧、高能电子、紫外线和活性化学物质等通过物理化学效应综合降解吸附在活性炭上的污染物，来达到活性炭再生目的。本实用新型的优点是，再生效率高；不需进行后续处理；可以再生各种类型和形状的活性炭；同时也可以活化炭化料，而且构造简单、易操作、装置体积小、制造成本低。

Description

一种筒式介质阻挡放电活性炭再生装置

所属技术领域

本实用新型属于环境污染物控制技术领域。特别涉及一种筒式介质阻挡放电活性炭再生装置。

背景技术

早在20世纪60年代初，由于活性炭高度发达的孔隙结构，巨大的比表面积和可再生性，欧美各国已经将活性炭吸附法应用在城市应用水和工业废水的处理领域。自20世纪70年代初以来，采用活性炭处理工业废水和废气，不论是在技术上还是在应用范围和处理规模上都发展很快，如印染、化工、造纸、电镀等废水处理方面和各种有害气体的吸收方面都已有较大规模的应用，并取得了满意的效果。现在活性炭已经被广泛的应用在环境、化工、医疗、军事等各个方面。

随着活性炭应用领域和使用规模的不断扩展，世界各国对活性炭的需求也在与日俱增，有关资料显示，美国1998年活性炭的需求为17.03万吨，2002年达到19.75万吨。1998-2002年，美国活性炭的年均增长率为3％-5％。2002年，日本的活性炭消耗也达到10万吨。西欧各国活性炭消耗量也约为10万吨，2000-2003年西欧活性炭需求年增长率为2％。我国2000年活性炭的需求量为14.0万吨，2002年达到18.0万吨，并以每年3％-4％的速度增长。目前世界活性炭年消费量超过100万吨，并以每年1％-3％的速度递增。

因此，从环保和资源的角度出发，活性炭的循环再利用是解决活性炭需求剧增行之有效的方法，于是活性炭的循环再利用成为各国科学工作者的研究热点，并且提出了各种再生装置。目前国内外主要是通过多层式、回转式、流化式、移动床式等热再生炉来实现活性炭的再生，这些炉大都燃烧煤气或石油气，间接或直接加热活性炭，并通入水蒸气活化，且在密闭条件下控制氧量，因而再生时间长，一般为1小时到6小时，炉体高达9米到12米，再生中炭的损失量为5％-12％，能耗高。中国专利200610047122.1公开了一种介质阻挡放电等离子体活性炭原位再生方法及装置，但是这种再生装置不能再生粉末活性炭和颗粒较小的粒状活性炭，这给不同类型的活性炭的再生带来了一定的局限性。

发明内容

为了克服现有的活性炭再生方法和装置的不足，本实用新型提供一种筒式介质阻挡放电活性炭再生装置。该活性炭再生装置再生效率高；活性炭不需进行后续处理；可以再生各种类型和形状的活性炭；同时也可以活化炭化料；而且本实用新型构造简单、易操作、体积小、制造成本低。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型的筒式介质阻挡放电活性炭再生装置主要由交变电源(1)、再生反应器(2)、气瓶(6)和一些辅助设备构成。

交变电源(1)是指正负极性交替变化的电源，电源的频率范围为50Hz-10MHz，电压范围为0kV-500kV、功率范围为0kW-100kW。

再生反应器(2)部分由外电极(3)、介质管(4)、内电极(5)、进气口(11)、尾气出口(12)、上挡板(13)，下挡板(14)和挡炭通气孔板(16)组成；介质管(4)是相对介电常数ε_r为1-100的绝缘材料管，厚度为0.5mm-50mm，内径为5mm-3m，长为50mm-20m；外电极(3)是与介质管(4)同轴的筒式导体，紧包在介质管(4)的外壁上；内电极(5)由金属丝绕成螺旋状紧套在介质管(4)内，金属丝的直径为1mm-5mm，其螺旋状金属环的轴向间距为10mm-1m，内电极(5)也可由长度为30mm-15m的金属条构成，这些金属条平行的沿着介质管(4)的轴向贴在介质管(4)内壁，金属条可以串联也可以并联连接；在上挡板(13)和下挡板(14)分别开有进气口(11)和尾气出口(12)，孔径为0.3mm-2m；挡炭通气孔板(16)主要是控制活性炭流失和气体的流通，因此挡炭通气孔板(16)的孔径具体要根据所再生的活性炭形状来确定。

交变电源(1)的高压输出端串联保护电阻(15)接在内电极(5)上，当内电极(5)为多根金属条时，这些金属条并联或串联以后与保护电阻(15)串联接在交变电源(1)的高压输出端，外电极(3)串联开关(9)和交变电源(1)的低压输出端一同接地。为了产生大量的臭氧等活性物种，需要向再生反应器(2)中注入气体，因此装置中还需要气瓶(6)、阀门(7)和气压表(8)。气体由气瓶(6)提供，经过阀门(7)和气压表(8)，然后通过进气口(11)进入再生反应器(2)，尾气分别再经过挡炭通气孔板(16)和尾气出口(12)被尾气吸收池(10)吸收，气体也可以从下面的尾气出口(12)进，进气口(11)处出，出来的尾气然后进入尾气吸收池(10)，此时为了防止活性炭流失，挡炭通气孔板(16)应安装在上挡板(13)和活性炭之间，由于尾气含有臭氧等活性物质，可将尾气再次注入到再生反应器(2)中，这样可以达到提高再生效果的目的，同时，又不需要处理尾气的装置，不产生二污染。当需要考虑本实用新型安装的稳定性时，该筒式介质阻挡放电活性炭再生装置的再生反应器(2)可以水平安装。

本实用新型的基本思路是利用介质阻挡沿面放电产生的臭氧、高能电子、紫外线和活性化学物质等通过物理化学效应综合降解吸附在活性炭上的污染物，来实现活性炭再生的目的。在再生反应器(2)中加入待再生的活性炭后，启动阀门(7)，调节压力表(8)向再生反应器(2)中通气，然后闭合电源开关(9)，启动电源(1)，使交变电源(1)的输出施加在内电极(5)和外电极(3)上，在内电极(3)和介质管(4)之间形成稳定的介质阻挡沿面放电，从而产生臭氧、高能电子、紫外线和活性化学物种等活性物种，这些活性物种氧化降解吸附在活性炭上的污染物，使吸附饱和的活性炭恢复其吸附能力。

关于筒式介质阻挡放电活性炭再生装置运行参数的确定，必须注意以下几个方面的问题：

a.为了防止边界放电效应，内电极(3)和外电极(5)高度应该小于介质管(4)的长度，而且内电极(3)和外电极(5)分别贴紧介质管(4)的内壁和外壁。

b.缓慢调节交变电源(1)的输出电压，在再生反应器(2)中形成稳定的沿面放电。

c.向再生反应器(2)中通入的气体流速应该根据处理活性炭的类型来确定。

d.在交变电源(1)的输出电压调节过程中，保证介质材料能承受而不至遭到破坏的电压输出。

采用本实用新型的筒式介质阻挡放电活性炭再生装置时，注意事项：

(1)检查供电系统的正确性和安全性。

(2)要确保反应器的气密性，防治臭氧等尾气的泄漏。

本实用新型的有益效果是，再生效率高；不需进行后续处理；可以再生各种类型和形状的活性炭；同时也可以活化炭化料、且构造简单、易操作、体积小、制造成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型内电极(5)为螺旋金属丝的介质阻挡放电活性炭再生装置系统图。

图2(a)是内电极(5)为螺旋金属丝的活性炭再生反应器(2)的主视剖面构造图。

图2(b)是内电极(5)为多根金属条的活性炭再生反应器(2)的主视剖面构造图。

图3(a)是内电极(5)为螺旋金属丝的活性炭再生反应器(2)的俯视剖面构造图。

图3(b)是内电极(5)为多根圆柱状金属条的活性炭再生反应器(2)的俯视剖面构造图。

图4是活性炭再生反应器(2)中外电极(3)的展开图。

图5是活性炭再生反应器(2)中内电极(5)为螺旋金属丝的结构图。

图6是活性炭再生反应器(2)中的挡炭通气孔板(16)的俯视图。

图中1.交变电源，2.再生反应器，3.外电极，4.介质管，5.内电极，6.气瓶，7.气阀，8.压力表，9.开关，10.尾气吸收池，11.进气口，12.尾气出口，13.上挡板，14.下挡板，15.保护电阻，16.挡炭通气孔板。

具体实施方式

实施例1

本示例中所采用的装置如图1所示，交变电源(1)的频率为50Hz，电压有效值范围为0kV-50kV，额定功率1kW。再生反应器(2)的介质管(4)是内径为20mm，管壁厚为2mm，长为300mm的石英玻璃管。外电极(3)是由面积为80mm×150mm的矩形金属网围成的与介质管(4)同轴的圆筒，内电极(5)是由长2000mm的金属丝绕成的螺旋环，其轴向间距为5mm。

在本示例中，向再生反应器(2)中注入的气体为氧气，选取化学纯的五氯酚(PCP)粉末配成浓度为2000mg/L的模拟废水，待再生的活性炭选取市售的粒径为0.2mm-0.3mm，长为3mm-5mm的煤基柱状活性炭，采用如图1所示的筒式介质阻挡放电活性炭再生装置进行再生试验，步骤为：

第一步，吸附，准确称取新活性炭5.0g，放入100mL体积2000mg/L浓度的PCP溶液中，吸附5天使活性炭达到饱和。

第二步，放电再生，再生工艺为：

首先，将吸附饱和的活性炭在不流失污染物的条件下在50℃下烘90min以去除水分，然后打开上挡板(13)，将饱和活性炭填放到再生反应器(2)中，封闭再生反应器(2)。

其次，启动阀门(7)，调节压力表(8)，使氧气流量控制在0.3m³/h，闭合电源开关(9)，启动交变电源(1)，调解交变电源(1)的频率为50Hz，电压有效值为10kV，放电再生时间120min。

再生结束后，断开开关(9)和交变电源(1)，关闭阀门(7)，打开挡炭通气孔板(16)和下挡板(14)，取出活性炭。

第三步，再生效果检测，准确称取5.0g新炭，用放电再生炭和新炭在相同的条件下分别吸附体积为100mL浓度为100mg/L的PCP废水，每隔30min用紫外分光光度计测一次PCP的吸光度。检测发现经过300min的吸附后，再生炭对PCP的去除率是新炭的73％。

实施例2

在本示例中，待再生的活性炭选用20-50目的粉末活性炭，其他条件与实施例1一样，采用如图1所示的筒式介质阻挡放电活性炭再生装置进行再生试验，步骤为：

第一步，吸附，准确称取粉末活性炭5.0g，放入100mL体积2000mg/L浓度的PCP溶液中，吸附3天使活性炭达到饱和。

第二步，放电再生，再生工艺为：

首先，将吸附饱和的活性炭在不流失污染物的条件下在50℃下烘150min以去除水分，打开上挡板(13)，然后将吸附饱和的活性炭填放到再生反应器(2)中，封闭再生反应器(2)。

其次，启动阀门(7)，调节压力表(8)，使氧气流量控制在0.2m³/h，闭合电源开关(9)，启动交变电源(1)，调解交变电源(1)的频率为50Hz，电压有效值为10kV，放电再生时间120min。

再生结束后，断开开关(9)和交变电源(1)，关闭阀门(7)，打开挡炭通气孔板(16)和下挡板(14)，取出活性炭。

第三步，再生效果检测，准确称取5.0g新炭，用放电再生炭和新炭在相同的条件下分别吸附体积100mL浓度为100mg/L的PCP废水，每隔30min用紫外分光光度计测一次PCP的吸光度。检测发现经过420min的吸附后，再生炭对PCP的去除率是新炭的75％。

Claims (7)

1.一种筒式介质阻挡放电活性炭再生装置，它主要由交变电源(1)、再生反应器(2)、气瓶(6)、气阀(7)、压力表(8)、开关(9)、尾气吸收池(10)、保护电阻(15)，其特征是：再生反应器(2)部分为筒式结构，其主要由外电极(3)、介质管(4)、内电极(5)、进气口(11)、尾气出口(12)、上挡板(13)和下挡板(14)构成，交变电源(1)的输出施加在内电极(5)和外电极(3)上，在内电极(3)和介质管(4)形成稳定的介质阻挡沿面放电，待再生的活性炭填放于再生反应器(2)内部。

2.根据权利要求1所述的一种筒式介质阻挡放电活性炭再生装置，其特征是：介质管(4)是相对介电常数ε_r为1-100，厚度为0.5mm-50mm，内径为5mm-3m，长为50mm-20m的绝缘材料管。

3.根据权利要求1所述的一种筒式介质阻挡放电活性炭再生装置，其特征是：外电极(3)是由长为32mm-20m，宽为30mm-15m的矩形金属网围成。

4.根据权利要求1所述的一种筒式介质阻挡放电活性炭再生装置，其特征是：外电极(3)是由长为32mm-20m，宽为30mm-15m的矩形金属板围成。

5.根据权利要求1所述的一种筒式介质阻挡放电活性炭再生装置，其特征是：内电极(5)由金属丝绕成螺旋状套在介质管(4)内，金属螺旋环的轴向间距为10mm-1m。

6.根据权利要求1所述的一种筒式介质阻挡放电活性炭再生装置，其特征是：内电极(5)由金属条组成，金属条是沿介质管(4)的轴向紧贴在介质管

(4)的内壁，金属条的长度为30mm-15m，金属条串联连接。

7.根据权利要求1所述的一种筒式介质阻挡放电活性炭再生装置，其特征是：内电极(5)由金属条组成，金属条是沿介质管(4)的轴向紧贴在介质管(4)的内壁，金属条的长度为30mm-15m，金属条并联连接。 

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