等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】一種等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器，包括線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器(1)、高壓脈沖電源(2)、線電極(3)、板電極(4)、超聲波發(fā)生器(501、502)、壓電換能器(601、602)。高壓脈沖電源(2)與線電極(3)連接，線電極(3)放置在線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器(1)內(nèi)的頂部。板電極(4)放置在線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器(1)的底部，板電極(4)與大地連接。2個超聲波發(fā)生器(501、502)分別與2個壓電換能器(601、602)連接。2個壓電換能器(601、602)分別與變幅桿(7)、連接桿(8)連接。兩套超聲波發(fā)生器(501、502)產(chǎn)生的超聲波場相互垂直，所產(chǎn)生的高頻聲場有助于提高低頻聲場的機械、空化效應(yīng)。
【專利說明】等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種等離子體工業(yè)廢水處理反應(yīng)器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化的發(fā)展，環(huán)境和水污染已成為一個全球關(guān)注的問題。廢水種類繁多，成分復雜，可生化性差，穩(wěn)定性好且有毒，這類廢水若沒有得到控制或處理，必將對環(huán)境和人類的健康造成嚴重的危害。采用傳統(tǒng)常規(guī)的廢水處理方法存在著有毒有害的高分子有機物處理效果不佳、周期長、成本高等問題。這迫切地需要開發(fā)一種經(jīng)濟、簡便、高效、實用且無二次污染并可以處理多種污染物的方法。而低溫等離子體廢水處理技術(shù)是已經(jīng)被科學實驗證明了的具有非常獨特優(yōu)勢的行之有效的新型廢水處理新技術(shù)，具有高能電子、紫外光、臭氧等多因素的綜合作用，是集光、電、化學等多種氧化于一體的新型水處理技術(shù)。該技術(shù)具有應(yīng)用范圍廣，幾乎可以無選擇的氧化高濃度、毒性大、常規(guī)方法難降解的有機廢水，處理效率高，氧化速率快，二次污染少等優(yōu)點，尤其在難降解有毒廢水處理方面有著明顯的優(yōu)越性，被譽為21世紀最具發(fā)展前途的廢水處理新技術(shù)。但是，目前低溫等離子體技術(shù)處理廢水的效率還比較低，這主要在于低溫等離子體水處理反應(yīng)器，該裝置是將電能轉(zhuǎn)化成化學能的設(shè)備，是低溫等離子體廢水處理技術(shù)的核心。為了提高廢水處理的效率，盡可能增大等離子體與水接觸的面積，目前主要采取以下措施:一是采用鼓泡塔法和布氣板法在水中產(chǎn)生氣泡，如專利201210508773.1 “一種多級鼓泡氧化塔式污水處理反應(yīng)器”，但該專利的技術(shù)方案存在布氣不均勻、混合差等問題；二是采用噴霧或水膜法增加等離子體與廢水接觸的面積，如專利EP94116647.3 “脈沖放電等離子體水處理方法及裝置”，但是該專利的廢水處理量較?。蝗堑蜏氐入x子體技術(shù)與催化劑結(jié)合，如專利201310126853.5 “一種污水處理光催化反應(yīng)器”，但是催化劑會帶來二次污染。因此在現(xiàn)有的低溫等離子體廢水處理技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)容量大、高效率、低損耗的廢水處理反應(yīng)器，盡早使該技術(shù)廢水處理滿足實際工程的需要，徹底解決國內(nèi)外廢水處理的技術(shù)難題，這對環(huán)境保護和提高人們生活質(zhì)量具有重大意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)鼓泡塔法、噴霧法和光催化的問題，提出一種等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器。本發(fā)明利用等離子體兼具高能電子輻射、臭氧氧化、紫外光分解三種作用的特點，并利用超聲波的空化效應(yīng)，在廢水中產(chǎn)生氣泡，增大等離子體與廢水接觸的面積，實現(xiàn)連續(xù)高效大流量水處理，提高等離子體廢水處理效率。本發(fā)明應(yīng)用范圍廣且處理廢水無選擇，具有容量大、效率高、低損耗、無二次污染、運行可靠等優(yōu)點。同時，在廢水處理過程中，除空化作用外，超聲波還可產(chǎn)生以絮凝、攪拌混合、機械、化學和熱等作用，提高等離子體污水處理的效率，增強污水處理的效果。
[0004]本發(fā)明等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器，包括線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器、高壓脈沖電源、線電極、板電極、超聲波發(fā)生器和壓電換能器。所述的高壓脈沖電源與線電極連接。所述的線電極放置在線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器內(nèi)部的頂部。所述的板電極放置在線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器內(nèi)部的底部，板電極與大地連接。所述的超聲波發(fā)生器和壓電換能器均優(yōu)選設(shè)置為2個。2個超聲波發(fā)生器分別與2個壓電換能器連接。2個壓電換能器分別與變幅桿和連接桿連接。所述的變幅桿從線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器的頂部穿入線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器內(nèi)部，將機械振動的振幅放大，使能量集中在較小的面積上，產(chǎn)生聚能作用。所述的連接桿位于線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器的底部外側(cè)。所述的連接桿的作用是傳遞超聲波的沖擊力。
[0005]所述的線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器為圓柱形，在該反應(yīng)器的上部和下部開有進水口和出水口。出水口位于線電極的下方，進水口位于板電極的上方。所述的反應(yīng)器的直徑和高度均為入/2的整數(shù)倍，入為超聲波波長。目的在于在容器壁上發(fā)生全反射形成混響場，增強超聲波的空化效應(yīng)。
[0006]所述的高壓脈沖電源的參數(shù)為幅值電壓為10_20kV、脈沖前沿上升時間為30-50ns、10-20A、脈寬100_200ns、脈沖頻率1-1OOkHz。這種脈沖前沿陡峭、脈沖寬度窄的高壓電源能夠產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的低溫等離子體。
[0007]所述的電極為線-板式，線電極連接高壓脈沖電源，板電極接地。所述的線電極為鎳鉻合金絲，直徑為30-50μπι。所述的線電極放置在線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器的頂部，距離待處理水面0.l_5mm。所述的板電極為不銹鋼制作，其形狀為圓形，板電極的直徑與線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器的內(nèi)徑相等，放置在線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器的底部，板電極表面涂覆氧化鋁陶瓷，目的在于提高不銹鋼的耐腐蝕性。所述的線電極與高壓脈沖電源連接。所述的板電極通過導線與大地連接。
[0008]兩個所述的超聲波發(fā)生器分別為變幅桿浸入式超聲波發(fā)生器和清洗槽式超聲波發(fā)生器，目的在于形成一個雙頻混響場，增大超聲波的空化效應(yīng)。所述的變幅桿浸入式超聲波發(fā)生器的頻率范圍為0.5-lMHz,目的在于產(chǎn)生良好的傳質(zhì)效果。所述的變幅桿浸入式超聲波發(fā)生器與第一壓電換能器連接，第一壓電換能器與變幅桿連接。所述的變幅桿從線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器的頂部中間位置伸入到線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器內(nèi)部、待處理廢水的中下部。所述的清洗槽式超聲波發(fā)生器的頻率范圍為20-30kHz，目的在于產(chǎn)生良好的機械效應(yīng)和空化效應(yīng)。所述的清洗槽式超聲波發(fā)生器與第二壓電換能器連接，第二壓電換能器與連接桿連接，連接桿放置在線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器的底部。所述的兩套超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波場相互垂直，所產(chǎn)生的高頻聲場有助于提高低頻聲場的機械、空化效應(yīng)。
[0009]本發(fā)明可以采用空化效應(yīng)檢測設(shè)備測量超聲波空化效應(yīng)的強度，采用等離子體產(chǎn)率檢測設(shè)備對等離子體產(chǎn)率進行測量?？栈?yīng)檢測設(shè)備放置在線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器的中上部，等離子體產(chǎn)率檢測設(shè)備在空化效應(yīng)檢測設(shè)備的下面?？栈?yīng)檢測設(shè)備采用碘釋放法測量超聲波空化效應(yīng)的強度。所述的等離子體產(chǎn)率檢測設(shè)備采用光譜法對等離子體產(chǎn)率進行測量。
[0010]本發(fā)明廢水處理反應(yīng)器的工作原理及工作過程如下:
[0011 ] 本發(fā)明的廢水處理反應(yīng)器的工作原理是，超聲波的空化作用使廢水中產(chǎn)生大量的氣泡，高壓脈沖電源在空氣和水中氣泡中發(fā)生脈沖電暈放電,產(chǎn)生具有高活性的電子、原子、分子和自由基，與廢水中有機、無機污染物分子進行碰撞和反應(yīng)，使污染分子鍵斷裂，形成低毒或無毒的小分子化合物。具體作用機理是借助氣、液混合相放電途徑產(chǎn)生低溫等離子體，利用其中高能電子輻射作用、臭氧氧化作用、紫外光分解作用等三種作用對廢水進行處理。經(jīng)過沉淀過濾處理過的廢水由進水口進入本發(fā)明的反應(yīng)器后，超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波在廢水中發(fā)生空化作用，在廢水中產(chǎn)生大量的氣泡。高壓脈沖電源施加的高壓脈沖在線電極和板電極之間，在空氣和氣泡中發(fā)生脈沖電暈放電，產(chǎn)生與廢水大面積接觸的等離子體，等離子體通過高能電子、紫外光、臭氧等綜合作用對廢水進行處理，處理后的廢水經(jīng)線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器的出水口流出。
[0012]本發(fā)明提出的一種等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器，具有以下優(yōu)點:
[0013]1、本發(fā)明在處理廢水方面應(yīng)用范圍廣且處理廢水無選擇。且具有容量大、效率高、低損耗、無二次污染、運行可靠等優(yōu)點。
[0014]2、本發(fā)明利用超聲波空化效應(yīng)在廢水中產(chǎn)生氣泡，布氣均勻，增大了脈沖電暈放電等離子體的產(chǎn)率。
[0015]3、本發(fā)明利用超聲波的絮凝、攪拌混合、機械、化學和熱等作用，能夠有效地加強等離子體污水處理技術(shù)的效率和效果。
[0016]4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、使用維護簡便，降低了運行成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖中:1反應(yīng)器、2 高壓脈沖電源、3板電極、4線電極、501變幅桿浸入式超聲波發(fā)生器、502清洗槽式超聲波發(fā)生器、601第一壓電換能器、602第二壓電換能器、7變幅桿、8、連接桿、9進水口、10出水口。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器包括線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器1、高壓脈沖電源2、線電極3、板電極4、變幅桿浸入式超聲波發(fā)生器501、清洗槽式超聲波發(fā)生器502、第一壓電換能器601和第二壓電換能器602。所述的線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器I為圓柱形，其直徑和高度均為入/2的整數(shù)倍，入為超聲波波長。線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器I豎直放置，開有進水口 9和出水口 10，進水口 9在反應(yīng)器I的下部，位于板電極4的上方；出水口 10在反應(yīng)器I的上部，位于線電極3的下方。水由泵送至位于線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器I下部的進水口 9。所述的高壓脈沖電源2的幅值電壓為10-20kV、上升時間為30-50ns，10-20A、脈寬100_200ns，脈沖頻率lO-lOOkHz，高壓脈沖電源2與線電極3連接，所述的線電極3放置在線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器I內(nèi)部的頂部。所述的板電極4放置在線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器I內(nèi)的底部，板電極4與大地連接。
[0021]所述的變幅桿浸入式超聲波發(fā)生器501的頻率范圍為0.5-lMHz，變幅桿浸入式超聲波發(fā)生器501與第一壓電換能器601連接，第一壓電換能器601與變幅桿7連接。所述的變幅桿7的一端從線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器I的頂部的中間插入線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器I內(nèi)部，位于待處理廢水的中下部。所述的清洗槽式超聲波發(fā)生器502的頻率范圍為20-30kHz，清洗槽式超聲波發(fā)生器502與第二壓電換能器602連接，第二壓電換能器602與位于線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器I底部外側(cè)的連接桿8連接。
[0022]本發(fā)明廢水處理反應(yīng)器的工作過程如下:經(jīng)過沉淀過濾處理過的廢水由進水口 9進入本發(fā)明反應(yīng)器后，超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波在廢水中發(fā)生空化作用，產(chǎn)生大量的氣泡。高壓脈沖電源施加的高壓脈沖在線電極3和板電極4之間發(fā)生脈沖電暈放電，在空氣和氣泡中產(chǎn)生與廢水大面積接觸的等離子體，等離子體通過高能電子、紫外光、臭氧等綜合作用對廢水進行處理，處理后的廢水經(jīng)線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器I的出水口 10流出。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器，其特征在于:所述的廢水處理反應(yīng)器包括線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器(I)、高壓脈沖電源(2)、線電極(3)、板電極(4)、超聲波發(fā)生器(501、502)、壓電換能器(601、602);所述的高壓脈沖電源(2)與線電極(3)連接；所述的線電極(3)放置在線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器(I)內(nèi)的頂部；所述的板電極(4)放置在線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器⑴的底部，板電極⑷與大地連接；2個超聲波發(fā)生器(501,502)分別與2個壓電換能器(601,602)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器，其特征在于:2個所述的超聲波發(fā)生器(501、502)分別為變幅桿浸入式超聲波發(fā)生器(501)和清洗槽式超聲波發(fā)生器(502);變幅桿浸入式超聲波發(fā)生器(501)和第一壓電換能器(601)連接,第一壓電換能器(601)與變幅桿(7)連接；所述的清洗槽式超聲波發(fā)生器(502)與第二壓電換能器(602)連接，第二壓電換能器(602)與位于線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器(I)底部外側(cè)的連接桿(8)連接；所述的變幅桿(7)的一端從線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器(I)的頂部的中間插入線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器(I)內(nèi)部，位于待處理廢水的中下部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器，其特征在于:所述的線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器(I)為圓柱形，開有進水口(9)和出水口(10);進水口(9)在反應(yīng)器⑴的下部，位于板電極⑷的上方，出水口(10)在反應(yīng)器⑴的上部，位于線電極(3)的下方；所述的線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器(I)的直徑和高度為入/2的整數(shù)倍，入為超聲波波長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器，其特征在于:所述線電極(3)距離線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器(I)內(nèi)的水面0.l_5mm，為鎳鉻合金絲制作；所述的板電極(4)為圓 形，其直徑與線-板式氣液兩相放電反應(yīng)器的內(nèi)徑相等，表面涂覆氧化鋁陶瓷，為不銹鋼制作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器，其特征在于:所述的兩個超聲波發(fā)生器(501、502)產(chǎn)生的超聲波場相互垂直構(gòu)成直角。
【文檔編號】C02F1/32GK104129833SQ201410337343
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】馬玉田, 劉俊標, 韓立 申請人:中國科學院電工研究所