專利名稱：磁驅(qū)動螺旋滑動弧非平衡等離子體廢水處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境技術(shù)中的水處理裝置，特別涉及一種磁驅(qū)動螺旋滑動弧非平衡等 離子體廢水處理裝置。
背景技術(shù)：
由于非平衡等離子體可以產(chǎn)生高能電子和具有強氧化性的自由基，在控制污染 物排放和材料加工領(lǐng)域越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。非平衡等離子的產(chǎn)生方式有輝光 放電、脈沖放電、介質(zhì)阻擋放電和滑動電弧放電等。傳統(tǒng)的熱平衡等離子體與非平衡等離 子體不能同時滿足化學(xué)反應(yīng)所需能量及高度非平衡性，即同時擁有高度非平衡性及較高 的電子溫度。滑動弧放電等離子體是近幾年出現(xiàn)的一項新技術(shù)，相比于熱等離子體，由于 滑動弧放電過程的主要能量(大于75-80% )消耗在非平衡區(qū)域，整體仍顯示顯著的低溫 等離子體特性，所以體現(xiàn)出良好的能量利用率。這種方法可以在大氣壓或者更高壓力下 產(chǎn)生非平衡等離子且不需要對電流進行抑制，從而提高整個系統(tǒng)的能量輸入，提高了刺激 化學(xué)反應(yīng)的能力?；瑒踊∮捎诰哂羞@些優(yōu)點已經(jīng)在污染物控制排放技術(shù)方面得到了各國 學(xué)者的研究和發(fā)展。最初，Czemichowski A.等人首先嘗試將滑動弧等離子體(法國專利 2639172)應(yīng)用于處理工業(yè)廢氣和垃圾焚燒尾氣中，以消解有機污染物(二甲苯、甲醇等)、 硫化氫和二氧化硫等。近些年國外學(xué)者進行將滑動弧等離子體技術(shù)用于處理高濃度有機 污水方面的研究，如Abdelmalek F利用滑動弧液相處理裝置處理酸性黃4GL模擬有機廢 水，處理后染料 COD 降解率達 92. 5% (Abdelmalek F.，et al. WaterReseareh. 2004, 38 (9) 2339-2347) ；Moussas D等人把與電源相連的兩個電極安裝在有機溶劑上方，使形成的單相 滑動弧放電產(chǎn)生的活性粒子被氣流吹入待處理的液體中，以氧化分解有機物(Moussa D.， et al. J. Hazard Mater. B. 2003，102 :189-200.)。國內(nèi)，滑動弧放電的研究處于起步階段， 在滑動弧放電物理特性方面有一定研究，如中科院林列等人開發(fā)的磁驅(qū)動滑動弧大氣壓非 平衡等離子體(中國專利9711193936. 8)，研究內(nèi)容集中在滑動弧物理特性方面；杜長明等 開展了滑動弧處理有機廢氣如多環(huán)芳烴、炭黑顆粒等，并在氣相滑動弧的基礎(chǔ)上將噴嘴改 用氣液霧化噴嘴，根據(jù)電源及電極結(jié)構(gòu)的不同研制出一種單相交流電電有機污水處理裝置 (中國專利申請200410015948. 0)和三相交流滑動弧非平衡等離子體污水處理裝置(中國 專利申請200410028667. 2)。但是，這些的滑動弧等離子發(fā)生裝置均具有以下幾個缺陷1、 污染物在反應(yīng)區(qū)中停留時間短；2、氣流與電弧接觸面積不夠大；3、能耗較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種磁驅(qū)動螺旋滑動 弧非平衡等離子體廢水處理裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的解決方案是提供一種磁驅(qū)動螺旋滑動弧非平衡等離子體廢水處理裝置，包括由石英玻璃罩、 絕緣蓋和兩個電極組成的等離子反應(yīng)器，兩個電極與高壓直流電源相連；所述石英玻璃罩
3呈圓柱狀，其上端與絕緣蓋相接，其下端封閉并設(shè)置一出口 ；兩個電極分別為中心電極和螺 旋外電極，均由絕緣蓋固定并向下延展于石英玻璃罩的內(nèi)部，且在靠近電極根部的位置具 有相距最窄處；自相距最窄處開始，中心電極保持直線形垂直向下，而螺旋外電極呈漸開螺 旋線形向下延展；所述廢水處理裝置還有一個噴霧系統(tǒng)，包括一個穿透且固定于絕緣蓋上 的霧化噴嘴，污水源經(jīng)水泵接于霧化噴嘴，載氣源也接于霧化噴嘴；所述石英玻璃罩外部圍 繞設(shè)置一電磁鐵。所述高壓直流電源具有升壓和限流功能，輸入380V三相高壓交流電輸出電壓控 制在0 10KV范圍內(nèi)。作為一種改進，所述中心電極和螺旋外電極是直徑為4mm的銅絲或者不銹鋼絲的 電極，在石英玻璃罩內(nèi)向下延展的距離為150 250mm，兩電極相距最窄處為1 3. 5mm ；并 且螺旋外電極和中心電極的距離也緩慢增大兩電極末端距離為50 60mm，具體參數(shù)要根 據(jù)等離子發(fā)生裝置的功率、氣液混合比和處理對象的性質(zhì)綜合考慮確定。其中螺旋外電極 自相距最窄處開始階段的螺距為25 35mm(30mm左右)以便于電弧順利滑過。作為一種改進，所述中心電極和螺旋外電極的根部到相距最窄處的過渡段，與其 根部直線段之間的夾角大于120度。作為一種改進，所述的石英玻璃罩的內(nèi)徑為140mm，略大于螺旋外電極形成的最大 螺旋的尺寸。作為一種改進，所述霧化噴嘴的直徑為0. 5 2mm。作為一種改進，所述絕緣蓋是聚四氟乙烯制成的絕緣蓋。其尺寸根據(jù)兩電極的間 距以及石英玻璃罩的尺寸確定。作為一種改進，所述電磁鐵是用1mm粗絕緣漆包銅絲繞成，其線圈半徑略大于石 英玻璃罩的外徑。所用電源為220V交流電經(jīng)交直流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成10 20V的直流電。作為一種改進，所述中心電極和或螺旋外電極與高壓直流電源之間設(shè)置分壓電 阻。本發(fā)明中，所述載氣源的氣體可以選擇空氣、氧氣或氬氣，流量控制在200 1000L/h范圍內(nèi)。所述污水源可以選擇化工反應(yīng)、印染、發(fā)酵、制藥、造紙等行業(yè)產(chǎn)生的污水， 流量控制在1 10L/h范圍內(nèi)。本發(fā)明的有益效果在于能提高被處理的氣體與電弧等離子的接觸面積，增加氣流與等離子弧筑的擾動， 提高局部反應(yīng)速率；使氣體全部經(jīng)過反應(yīng)區(qū)，并盡量增加氣流在反應(yīng)區(qū)中的停留時間，以使 被處理的氣體充分反應(yīng)降解，這樣就可以在同等條件(進氣條件等)下減少處理次數(shù)或者 增加單位時間的處理量，由此在提高降解率的同時降低能耗。本發(fā)明的裝置還有如下技術(shù)特點小型、便攜，操作簡單，且制作成本低廉；未反應(yīng)的氣體與等離子反應(yīng)區(qū)的接觸面積有足夠大的接觸面積，使氣體一次全部 通過反應(yīng)區(qū)，而且電弧有足夠的發(fā)展時間可以拉長非平衡區(qū)使反應(yīng)充分。在消除污染物中產(chǎn)生的過氧化氫和臭氧等一定時間后會自行分解，而降解最終產(chǎn) 物是二氧化碳和水等單純的無機物不會產(chǎn)生二次污染。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1電磁鐵，2高壓直流電源，3石英玻璃罩，4絕緣蓋，5中心電極，6螺旋外電 極，7霧化噴嘴，8水泵，9載氣源，10污水源，11等離子流，12出口，13分壓電阻。
具體實施例方式下面參考附圖和實例對本發(fā)明作進一步說明。圖1中是本發(fā)明的磁驅(qū)動螺旋滑動弧非平衡等離子體廢水處理裝置。該裝置包括由石英玻璃罩3、絕緣蓋4和兩個電極組成的等離子反應(yīng)器，兩個電極 與高壓直流電源2相連；所述石英玻璃罩3呈圓柱狀，其上端與絕緣蓋4相接，其下端封閉 并設(shè)置一出口 12;兩個電極分別為中心電極5和螺旋外電極6，均由絕緣蓋4固定并向下延 展于石英玻璃罩3的內(nèi)部，且在靠近電極根部的位置具有相距最窄處；自相距最窄處開始， 中心電極5保持直線形垂直向下，而螺旋外電極6呈漸開螺旋線形向下延展；所述廢水處理 裝置還有一個噴霧系統(tǒng)，包括一個穿透且固定于絕緣蓋上的霧化噴嘴7，污水源10經(jīng)水泵8 接于霧化噴嘴7，載氣源9也接于霧化噴嘴7 ；霧化噴嘴7的直徑為0. 5 2mm。所述石英玻璃罩3外部圍繞設(shè)置一電磁鐵1，用粗1mm的漆包銅絲繞成，其電源為 10V直流電源；中心電極5和螺旋外電極6的制作材料為4mm的不銹鋼絲，兩電極深入石英 玻璃罩3內(nèi)的長度200mm，兩電極相距最窄處為3mm，兩電極末端的最大間距為55mm，高壓直 流電源2輸出電壓控制在10kV。中心電極5和螺旋外電極6的根部到相距最窄處的過渡 段，與其根部直線段之間的夾角大于120度。石英玻璃罩3的內(nèi)徑為140mm，略大于螺旋外 電極6形成的最大螺旋的尺寸。本發(fā)明所述廢水處理裝置的工作原理是(1)首先接通電磁鐵1的電源開關(guān)，產(chǎn)生穩(wěn)定磁場；(2)打開污水源10，利用系統(tǒng)中的水泵8和流量計調(diào)節(jié)污水流量，打開載氣源9，利 用系統(tǒng)中的質(zhì)量流量計調(diào)節(jié)氣流量，污水和載氣流通過霧化噴嘴7霧化產(chǎn)生向下的氣液混 合流體；(3)接通高壓直流電源2，利用電極間的電位差，在兩電極之間相距最窄處擊穿氣 體產(chǎn)生放電電弧，電弧一方面在氣流的推動下向下游滑動，另一方面在穩(wěn)定磁場作用下由 于洛倫茲力的作用會產(chǎn)生繞中心電極的高速旋轉(zhuǎn)運動，并且電弧逐漸被拉長，并在達到一 定距離后熄滅；與此同時，兩電極相距最窄處又會產(chǎn)生新的電弧，再次重復(fù)上述過程。在此 過程中形成的非平衡等離子體包含大量過氧化氫、臭氧、羥基、氧自由基等活性粒子，污水 在這些活性粒子的作用下發(fā)生氧化降解。(4)經(jīng)降解產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物由出口 12逸出，而處理后的液體則由出口 12流入污水 源10，如此形成循環(huán)，經(jīng)過足夠時間處理后，污染物便可被脫除。由于污染物在反應(yīng)器內(nèi)停 留時間以及與等離子流的接觸面積大大增加，處理效率會大大增加。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例。顯然，本發(fā)明不限 于以上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo) 出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種磁驅(qū)動螺旋滑動弧非平衡等離子體廢水處理裝置，包括由石英玻璃罩、絕緣蓋和兩個電極組成的等離子反應(yīng)器，兩個電極與高壓直流電源相連；其特征在于，所述石英玻璃罩呈圓柱狀，其上端與絕緣蓋相接，其下端封閉并設(shè)置一出口；兩個電極分別為中心電極和螺旋外電極，均由絕緣蓋固定并向下延展于石英玻璃罩的內(nèi)部，且在靠近電極根部的位置具有相距最窄處；自相距最窄處開始，中心電極保持直線形垂直向下，而螺旋外電極呈漸開螺旋線形向下延展；所述廢水處理裝置還有一個噴霧系統(tǒng)，包括一個穿透且固定于絕緣蓋上的霧化噴嘴，污水源經(jīng)水泵接于霧化噴嘴，載氣源也接于霧化噴嘴；所述石英玻璃罩外部圍繞設(shè)置一電磁鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述中心電極和螺旋外電極是 直徑為4mm的銅絲或者不銹鋼絲的電極，在石英玻璃罩內(nèi)向下延展的距離為150 250mm， 兩電極相距最窄處為1 3. 5mm，兩電極末端距離為50 60mm，其中螺旋外電極自相距最 窄處開始階段的螺距為25 35mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述中心電極和螺旋外電極 的根部到相距最窄處的過渡段，與其根部直線段之間的夾角大于120度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述的石英玻璃罩的內(nèi)徑為 140mm，略大于螺旋外電極形成的最大螺旋的尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述霧化噴嘴的直徑為 0. 5 2mmο
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述絕緣蓋是聚四氟乙烯制 成的絕緣蓋。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述電磁鐵是用Imm粗絕緣 漆包銅絲繞成，其線圈半徑略大于石英玻璃罩的外徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述中心電極和或螺旋外電 極與高壓直流電源之間設(shè)置分壓電阻。
全文摘要
本發(fā)明涉及環(huán)境技術(shù)中的水處理裝置，旨在提供一種磁驅(qū)動螺旋滑動弧非平衡等離子體廢水處理裝置。該裝置包括由石英玻璃罩、絕緣蓋和兩個電極組成的等離子反應(yīng)器，兩個電極與高壓直流電源相連；所述石英玻璃罩呈圓柱狀，其上端與絕緣蓋相接，其下端封閉并設(shè)置一出口；兩個電極分別為中心電極和螺旋外電極，均由絕緣蓋固定并向下延展于石英玻璃罩的內(nèi)部，中心電極保持直線形垂直向下，而螺旋外電極呈漸開螺旋線形向下延展；裝置還有一個噴霧系統(tǒng)，石英玻璃罩外部圍繞設(shè)置一電磁鐵。該裝置小型、便攜，操作簡單，且制作成本低廉；電弧有足夠的發(fā)展時間可以拉長非平衡區(qū)使反應(yīng)充分。降解最終產(chǎn)物是二氧化碳和水等單純的無機物不會產(chǎn)生二次污染。
文檔編號C02F1/48GK101863536SQ20101019399
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者嚴建華, 倪明江, 岑可法, 李曉東, 池涌, 王飛, 蔣旭光, 金余其, 陸勝勇, 馬增益, 黃群星 申請人:浙江大學(xué)