等離子體協(xié)同超聲空化效應廢水處理反應器的制造方法
【專利摘要】一種等離子體協(xié)同超聲空化效應廢水處理反應器，包括線-板式氣液兩相放電反應器(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器(1)內的頂部。板電極(4)放置在線-板式氣液兩相放電反應器(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)產生的超聲波場相互垂直，所產生的高頻聲場有助于提高低頻聲場的機械、空化效應。
【專利說明】等離子體協(xié)同超聲空化效應廢水處理反應器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種等離子體工業(yè)廢水處理反應器。

【背景技術】
[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是已經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，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。該技術具有應用范圍廣，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。但是，目前低溫等離子體技術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器，該裝置是將電能轉化成化學能的設備，是低溫等離子體廢水處理技術的核心。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生氣泡，如專利201210508773.1 “一種多級鼓泡氧化塔式污水處理反應器”，但該專利的技術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??；三是低溫等離子體技術與催化劑結合，如專利201310126853.5 “一種污水處理光催化反應器”，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基礎上研發(fā)容量大、高效率、低損耗的廢水處理反應器，盡早使該技術廢水處理滿足實際工程的需要，徹底解決國內外廢水處理的技術難題，這對環(huán)境保護和提高人們生活質量具有重大意義。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術鼓泡塔法、噴霧法和光催化的問題，提出一種等離子體協(xié)同超聲空化效應廢水處理反應器。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，在廢水中產生氣泡，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)同超聲空化效應廢水處理反應器，包括線-板式氣液兩相放電反應器、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器內部的頂部。所述的板電極放置在線-板式氣液兩相放電反應器內部的底部，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器的頂部穿入線-板式氣液兩相放電反應器內部，將機械振動的振幅放大，使能量集中在較小的面積上，產生聚能作用。所述的連接桿位于線-板式氣液兩相放電反應器的底部外側。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器為圓柱形，在該反應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。
[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器的內徑相等，放置在線-板式氣液兩相放電反應器的底部，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。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,目的在于產生良好的傳質效果。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器的頂部中間位置伸入到線-板式氣液兩相放電反應器內部、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，目的在于產生良好的機械效應和空化效應。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器的底部。所述的兩套超聲波發(fā)生器產生的超聲波場相互垂直，所產生的高頻聲場有助于提高低頻聲場的機械、空化效應。
[0009]本發(fā)明可以采用空化效應檢測設備測量超聲波空化效應的強度，采用等離子體產率檢測設備對等離子體產率進行測量。空化效應檢測設備放置在線-板式氣液兩相放電反應器的中上部，等離子體產率檢測設備在空化效應檢測設備的下面?？栈獧z測設備采用碘釋放法測量超聲波空化效應的強度。所述的等離子體產率檢測設備采用光譜法對等離子體產率進行測量。
[0010]本發(fā)明廢水處理反應器的工作原理及工作過程如下:
[0011 ] 本發(fā)明的廢水處理反應器的工作原理是，超聲波的空化作用使廢水中產生大量的氣泡，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，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。經過沉淀過濾處理過的廢水由進水口進入本發(fā)明的反應器后，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，處理后的廢水經線-板式氣液兩相放電反應器的出水口流出。
[0012]本發(fā)明提出的一種等離子體協(xié)同超聲空化效應廢水處理反應器，具有以下優(yōu)點:
[0013]1、本發(fā)明在處理廢水方面應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在廢水中產生氣泡，布氣均勻，增大了脈沖電暈放電等離子體的產率。
[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的效率和效果。
[0016]4、本發(fā)明結構簡單、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)明的結構示意圖；
[0018]圖中:1反應器、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)同超聲空化效應廢水處理反應器包括線-板式氣液兩相放電反應器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器I豎直放置，開有進水口 9和出水口 10，進水口 9在反應器I的下部，位于板電極4的上方；出水口 10在反應器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器I內部的頂部。所述的板電極4放置在線-板式氣液兩相放電反應器I內的底部，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器I的頂部的中間插入線-板式氣液兩相放電反應器I內部，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器I底部外側的連接桿8連接。
[0022]本發(fā)明廢水處理反應器的工作過程如下:經過沉淀過濾處理過的廢水由進水口 9進入本發(fā)明反應器后，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，處理后的廢水經線-板式氣液兩相放電反應器I的出水口 10流出。
【權利要求】
1.一種等離子體協(xié)同超聲空化效應廢水處理反應器，其特征在于:所述的廢水處理反應器包括線-板式氣液兩相放電反應器(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器(I)內的頂部；所述的板電極(4)放置在線-板式氣液兩相放電反應器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)權利要求1所述的等離子體協(xié)同超聲空化效應廢水處理反應器，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器(I)底部外側的連接桿(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器(I)的頂部的中間插入線-板式氣液兩相放電反應器(I)內部，位于待處理廢水的中下部。
3.根據(jù)權利要求1所述的等離子體協(xié)同超聲空化效應廢水處理反應器，其特征在于:所述的線-板式氣液兩相放電反應器(I)為圓柱形，開有進水口(9)和出水口(10);進水口(9)在反應器⑴的下部，位于板電極⑷的上方，出水口(10)在反應器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)權利要求1所述的等離子體協(xié)同超聲空化效應廢水處理反應器，其特征在于:所述線電極(3)距離線-板式氣液兩相放電反應器(I)內的水面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器的內徑相等，表面涂覆氧化鋁陶瓷，為不銹鋼制作。
5.根據(jù)權利要求1所述的等離子體協(xié)同超聲空化效應廢水處理反應器，其特征在于:所述的兩個超聲波發(fā)生器(501、502)產生的超聲波場相互垂直構成直角。
【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