一種介質阻擋放電的水處理裝置及水處理方法與流程
2023-05-11 01:47:11
本發明提供了一種介質阻擋放電的水處理裝置和方法，屬於水處理裝置技術領域。
背景技術：
工業和科技的快速發展造成了環境的嚴重汙染，其中，對人類至關重要的水資源更是受到了相當程度的汙染。當下環境保護所面臨的關鍵難題在於，怎樣處理這些汙水，特別是那些由紡織印染、石油/煤化工、化工製藥、冶金電鍍等行業所排放的高濃度、難降解的汙水。目前，各國研究者和環境保護領域的工作者較認可的方式是，採用高級氧化技術來對這些高濃度有機廢水進行處理。高級氧化技術運用於水處理是科技發展必然趨勢。
高級氧化技術(advancedoxidationprocesses)的核心是通過適當的方法產生高活性、高氧化性的羥基(•oh)自由基等物質，將利用其它方法難以處理的高濃度有機汙染物高效的分解為co2和h2o等無機物、或者將汙染物氧化成易降解的毒性較小的小分子中間產物。為了產生足夠處理汙水的自由基和其他強氧化性物質，目前採用較多的方法主要包括：化學氧化、溼式氧化和超臨界水氧化、光催化氧化和放電等離子體氧化。等離子體水處理技術由於兼具臭氧氧化，高能電子輻射和紫外光分解等多種作用於一體，而成為當前高級氧化技術中的熱點。
目前，應用在水處理中的等離子放電形式主要包括：電暈放電、輝光放電、介質阻擋放電等。電暈放電具有良好的通用性，其供電高頻高壓脈衝電源可以為交流、直流或脈衝高頻高壓脈衝電源，無電極、電介質要求，但效率低，能耗高；輝光放電結構與弧光放電一致，效果比弧光放電要好，但仍有電極損壞快、處理時間長、成本高的缺點。介質阻擋放電的將電極與汙水隔開，提高了反應器的可靠性、降低了電極的腐蝕速度，但由於大部分介質阻擋放電裝置的結構不合理，限制了反應容器的規格和汙水處理效果。
技術實現要素：
針對當前等離子水處理問題，本發明提供了一種介質阻擋放電的水處理裝置和水處理方法，該裝置提高了水處理的效率，能方便的用於現有水處理裝置的改造，同時適用於大多數水處理領域，具體技術方案如下：
一種介質阻擋放電的水處理裝置，包括：反應容器、高頻高壓脈衝電源、氣泵、絕緣固定裝置、密封裝置一、密封裝置二、絕緣介質管、電極、陰電極、曝氣裝置；所述絕緣介質管一端與曝氣裝置相連，一端與絕緣固定裝置相連，電極通過絕緣固定裝置置於絕緣介質管中，同液下陰電極一起分別與高頻高壓脈衝電源的輸出端相連；所述絕緣介質管和曝氣裝置於反應容器內的待處理液中；所述絕緣固定裝置通過密封裝置一固定在容器側壁上，並與氣泵相連；所述液下陰電極通過密封裝置二固定在容器側壁上。
作為進一步的改進，其特徵在於，所述反應容器（1）為絕緣耐腐蝕材料製成。
作為進一步的改進，其特徵在於，所述絕緣固定裝置（4）為陶瓷、特氟龍或石英等絕緣性能好且易於生產的材料製成。
作為進一步的改進，其特徵在於，所述密封裝置一（5）和密封裝置二（6）為矽膠或其他能有效防止或延緩老化的柔性密封材料製成。
作為進一步的改進，其特徵在於，所述絕緣介質管（7）為具有較高介電常數的石英材料製成。
作為進一步的改進，其特徵在於，所述電極（8）為超抗氧化材料，並以一定的形狀結構製成。
作為進一步的改進，其特徵在於，所述陰電極（9）為超抗氧化材料，並保持和處理液有良好的接觸。
作為進一步的改進，其特徵在於，所述曝氣裝置（10）為微孔曝氣柱（球），或其它能產生微氣泡的曝氣裝置。能較為充分的將產生的活性物質及等離子體和處理液進行混合反應。同時，對處理液有充分曝氣氧化的作用。
高頻高壓脈衝電源可以把市政用電或工業用電轉換為等離子發生裝置所需的高頻率高電壓的脈衝；電極和陰電極分別與高頻高壓脈衝電源的輸出相連接；電極置於介質阻擋管中，同時和介質管安裝在絕緣固定裝置上；絕緣固定裝置留進氣口，可通過接頭與氣泵相連，氣泵可以把空氣吹入等離子發生裝置中；介質管另一端連接著曝氣頭，在通入空氣後可以起到阻隔水的作用。
利用上述的介質阻擋放電的水處理裝置的一種水處理方法，具體步驟如下：
a、通入空氣：打開氣泵（3），通入空氣，防止待處理溶液逆流進入絕緣介質管（7）內部，影響反應效果；
b、加入待處理溶液：向反應容器（1）內加入待處理溶液；
c、接通高頻高壓脈衝電源：接通高頻高壓脈衝電源（2），向電極（8）和陰電極（9）之間施加電壓，其峰值電壓範圍為15~45kv，頻率為10~40khz，使放電間隙放電並產生放電通道，產生等離子體和活性物質。
d、調節空氣通量：調節通入空氣的流量，進而控制曝氣強度，調整等離子體、活性物質的傳導速率；
此外，還可以調整待處理液體流入速度來控制液體在反應容器內的滯留時間，即控制液體與活性粒子反應時間。
本發明的技術效果：1、本發明的水處理裝置加入了曝氣裝置，介質阻擋放電產生的等離子體和其它活性物質能夠通過曝氣裝置進入到待處理溶液中，傳輸效率高，所需時間少，其它等離子技術產生的等離子體和其它活性物質很難進入到待處理液體中，從而造成了活性物質的流失；2、本發明的水處理裝置加入了曝氣裝置，通過微孔產生的氣泡對待處理溶液進行攪拌，增加了活性物質和汙染物的接觸機率，提高了反應效率，減少了反應時間；3、該裝置等離子發生主體完全沒入水中，等離子產生效率不受液位高低影響；4、該處理方法可以靜態處理液體，也能動態連續處理液體；靜態處理液體，等離子設備放電產生的活性物質隨時間持續不斷的進入到液體中，液體中的汙染物隨時間降解越來越少，而液體中的活性物質越來越多，結果往往是靜態處理液體的處理效率很高，但能耗和效果不成正比；而動態處理液體，當液體流量保持一定時，其效率基本保持穩定，能實現在工業方面的運用；5、本發明工藝先進、運行穩定、操作簡單，在大氣壓下即可運行，設備結構簡單，適用於絕大部分水處理環境，易於維護和管理，具有較強的實用性和經濟性。
附圖說明
圖1是一種介質阻擋放電的水處理裝置和方法的結構示意圖。
其中：1是反應容器，2是高頻高壓脈衝電源，3是氣泵，4是絕緣固定裝置，5是密封裝置一，6是密封裝置二，7是絕緣介質管，8是電極，9是陰電極，10是曝氣裝置。
具體實施方式
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
如圖1所示，本實施例所涉及的一種介質阻擋放電的水處理裝置和方法，包括：反應容器1、高頻高壓脈衝電源2、氣泵3、絕緣固定裝置4、密封裝置一5、密封裝置二6、絕緣介質管7、電極8、陰電極9、曝氣裝置10。所述絕緣介質管7下端與曝氣裝置10相連，一端與絕緣固定裝置4相連，電極8通過絕緣固定裝置4置於絕緣介質管7中，並與液下陰電極9分別與高頻高壓脈衝電源2的輸出端相連；所述絕緣介質管7和曝氣裝置10於反應容器1內的待處理液中；所述絕緣固定裝置4通過密封裝置一5固定在容器側壁上，並與氣泵3相連；所述液下陰電極9通過密封裝置二6固定在容器側壁上。
所述反應容器1為絕緣耐腐蝕材料製成，且側壁留有兩孔；所述絕緣固定裝置4為絕緣材料製成；所述封裝置一5及密封裝置二6為矽膠等柔性材料製成；所述絕緣介質管7為石英材料；所述電極8和陰電極9為超抗氧化金屬製成；所述曝氣裝置（10）為微孔曝氣裝置。
一種介質阻擋放電水處理裝置的水處理方法，包括如下步驟：
a、通入空氣：打開氣泵（3），通入空氣，防止待處理溶液逆流進入絕緣介質管（7）內部，影響反應效果；
b、加入待處理溶液：向反應容器（1）內加入待處理溶液；
c、接通高頻高壓脈衝電源：接通高頻高壓脈衝電源（2），向電極（8）和陰電極（9）之間施加電壓，其峰值電壓範圍為15~45kv，頻率為10~40khz，使放電間隙放電並產生放電通道，產生等離子體和活性物質。
d、調節空氣通量：調節通入空氣的流量，進而控制曝氣強度，調整等離子體、活性物質的傳導速率；
e、調整汙水流入速度來控制汙水在反應容器內的滯留時間，即控制汙水與活性粒子反應時間。
工作原理：陰電極置於待處理液體內，直接以待處理液體作為一個間接陰電極，絕緣介質管置於待處理液體表面和電極之間，當在兩電極之上施加足夠高的電壓時，兩電極間的氣體會被擊穿而形成介質阻擋放電。這種介質阻擋放電錶現為均勻、漫散和穩定，與低氣壓的輝光放電相似。當介質阻擋放電等離子體產生時，電子在外加電場的作用下與氣體分子頻繁碰撞，進行能量的相互傳遞。高速運動的電子和離子使放電區域迅速擴大，最後產生一個貫穿放電空間的高電導率的絲狀放電通道，直至電極末端。介質阻擋放電產生的非熱等離了體分布在貫穿放電空間的絲狀放電通道內，可使氣體發生電離，產生各種活性物質，如03等，整體具有強氧化性。同時，利用等離子體的高能量和非熱力學平衡特性，藉助等離子體中體相均勻分布的紫外光降解廢水中汙染物。