變頻功率超聲調(diào)控水下密集氣泡介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種反應(yīng)器，具體設(shè)及一種變頻功率超聲調(diào)控水下密集氣泡介質(zhì)阻擋 放電反應(yīng)器，屬于反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲輔助水下密集氣泡DBD(介質(zhì)阻擋放電），有效降低了放電難度，可W循環(huán)利 用放電產(chǎn)生的臭氧，充分利用放電紫外線與二氧化鐵協(xié)同催化反應(yīng)增強(qiáng)處理效果，有較好 的應(yīng)用前景。
[0003] 水下介質(zhì)阻擋放電，產(chǎn)生均勻而密集氣泡的必要性：（1)水下放電（特別是介質(zhì)阻 擋放電）非常困難；（2)提高放電活性物質(zhì)與水中有毒害物質(zhì)作用的效率。
[0004] 水下均勻而密集氣泡群的產(chǎn)生方法：
[0005] (1)降低放電難度的物理控制方法：降低系統(tǒng)介電常數(shù)；曝氣+人工殖核網(wǎng)；變頻 功率調(diào)制超聲篩選氣泡尺寸；
[0006] (2)反應(yīng)速率（化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)）的物理應(yīng)參數(shù)控制方法：系統(tǒng)粘滯系數(shù)；多相 催化；超聲波處理器是超聲波應(yīng)用于清洗、脫氣、混勻、消泡、乳化、置換、粉碎、加速反應(yīng)等 目的的輔助處理設(shè)備。在電化學(xué)、催化化學(xué)、水處理、納米材料制備等領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng) 用。在含氣液體內(nèi)施加超聲波，使氣泡在超聲的作用下產(chǎn)生稀疏和壓縮震動(dòng)，在特定的超聲 頻率下，特定的氣泡產(chǎn)生快速生長、收縮、再生成、再收縮，從而產(chǎn)生快速的爆裂生產(chǎn)密集氣 泡；同時(shí)，氣泡的周期性的振蕩或崩裂瞬間，產(chǎn)生短暫的局部高溫和高壓，從而引發(fā)力學(xué)、熱 學(xué)、化學(xué)等效應(yīng)。設(shè)備特點(diǎn)：適用環(huán)境廣泛，耐溫耐壓范圍寬；結(jié)構(gòu)型式多樣，可根據(jù)需要采 用中置式、底附式、側(cè)附式等超聲福射方式；結(jié)構(gòu)緊湊，超聲密度大、無死角，處理速度快，處 理量大，操作方便等特點(diǎn)。
[0007] 現(xiàn)有水下放電反應(yīng)器大多采用針-針、針-板、多針-板或多針-多針結(jié)構(gòu)，通常 直接在水使用高壓脈沖激勵(lì)，產(chǎn)生電暈或電弧放電，主要應(yīng)用于研究水下放電特性。運(yùn)些水 下放電反應(yīng)器存在放電困難、放電區(qū)域小、處理效率低和成本高等缺點(diǎn)，不適合應(yīng)用于處理 大流量的廢水。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種能夠處理大流量廢水的變頻功 率超聲調(diào)控水下密集氣泡介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，放電簡單，放電區(qū)域大，處理效率高，成本 低。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0010] 本發(fā)明的一種變頻功率超聲調(diào)控水下密集氣泡介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，包括底座、 安裝在底座上的殼體、儲(chǔ)水箱、累組件、閥口組件、高壓脈沖電源、可與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 的數(shù)據(jù)采集及控制單元、用于產(chǎn)生水下密集氣泡流體的超聲空化裝置、安裝在殼體上用于 檢測(cè)放電區(qū)域放電光譜的光譜檢測(cè)器和用于檢測(cè)液面高度的液位傳感器；超聲空化裝置包 括雙頻超聲電源和安裝在殼體底部的雙頻超聲換能器，所述雙頻超聲換能器與雙頻超聲電 源相連接；殼體的下方設(shè)有反應(yīng)器進(jìn)氣口及反應(yīng)器進(jìn)水口，殼體的上方設(shè)有反應(yīng)器出水口 及反應(yīng)器出氣口；殼體內(nèi)設(shè)有正負(fù)極成對(duì)排列并W陣列式分層放置的介質(zhì)阻擋放電電極陣 列、設(shè)置在介質(zhì)阻擋放電電極上下層負(fù)載催化劑的沖孔網(wǎng)板和位于介質(zhì)阻擋放電電極陣列 下方的曝氣裝置，所述介質(zhì)阻擋放電電極陣列與高壓脈沖電源相連接；液位傳感器、光譜檢 測(cè)器與數(shù)據(jù)采集及控制單元的輸入端相連接，所述數(shù)據(jù)采集及控制單元的輸出端連接累組 件、閥口組件、高壓脈沖電源和雙頻超聲電源，所述累組件及閥口組件在數(shù)據(jù)采集及控制單 元的控制下，實(shí)現(xiàn)水處理通道的選擇和氣體的循環(huán)。
[0011] 上述雙頻超聲換能器可W替換為棒狀壓電超聲換能器，所述棒狀壓電超聲換能器 安裝在曝氣裝置與介質(zhì)阻擋放電電極陣列之間；所述雙頻超聲換能器也可W替換為軸向福 射能量的片狀壓電超聲換能器，所述片狀壓電超聲換能器的福射面粘貼在介質(zhì)阻擋放電電 極陣列上方的沖孔網(wǎng)板上；或者同時(shí)安裝所述棒狀壓電超聲換能器和片狀壓電超聲換能 器。
[0012] 上述反應(yīng)器出水口安裝有氣液分離器；所述閥口組件包括設(shè)置在干凈水源出水管 上的第一閥n、設(shè)置在儲(chǔ)水箱出水管上的第二閥口、設(shè)置在進(jìn)氣管道上的第=閥口、設(shè)置在 儲(chǔ)水箱進(jìn)水管上的第四閥口和設(shè)置在單次處理水出水管上的第五閥口；所述累組件包括氣 累和液壓累；所述干凈水源出水管的另一端、儲(chǔ)水箱出水管的另一端均與反應(yīng)器進(jìn)水口相 連接，所述液壓累安裝在反應(yīng)器進(jìn)水口處；所述儲(chǔ)水箱進(jìn)水管的另一端和單次處理水出水 管的另一端均與氣液分離器出水口相連接；所述進(jìn)體管道一端與反應(yīng)器進(jìn)氣口相連接，另 一端與反應(yīng)器出氣口及氣液分離器出氣口相連接，所述氣累安裝在反應(yīng)器進(jìn)氣口處。
[0013]上述反應(yīng)器進(jìn)水口處還設(shè)有液體流量計(jì)，所述反應(yīng)器進(jìn)氣口處還設(shè)有氣體流量 計(jì)。
[0014]上述光譜檢測(cè)器具體采用的是石英玻璃管或者發(fā)光光譜儀，所述石英玻璃管的底 部緊貼放電區(qū)域，所述發(fā)光光譜儀的光纖探頭伸入殼體內(nèi)部。
[0015]上述介質(zhì)阻擋放電電極陣列每層由10~30對(duì)介質(zhì)阻擋放電電極構(gòu)成，層數(shù)為 1~10層。
[0016]上述介質(zhì)阻擋放電電極包括作為絕緣介質(zhì)的石英玻璃管和插在石英玻璃管內(nèi)作 為導(dǎo)電電極的不誘鋼棒，在所述不誘鋼棒與石英玻璃管之間的間隙中填充有金屬粉或者高 真至娃脂。
[0017]上述石英玻璃管的外徑為4. 0-6. 0mm、內(nèi)徑為2. 0-4. 0mm，所述不誘鋼棒的直徑為 2. 0-4. 0mm。
[0018]上述沖孔網(wǎng)板具體采用的是涂敷Ti02薄膜的沖孔鐵板，所述沖孔鐵板上均勻分 布多個(gè)孔桐；所述沖孔鐵板的厚度為1. 5-3. 0mm，所述Ti02薄膜的厚度為50-200nm;每個(gè) 孔桐的孔徑為0. 5-3. 0mm，相鄰兩個(gè)孔桐中屯、間距為1. 0-6. 0mm。
[0019]上述殼體的兩側(cè)設(shè)有絕緣支架，所述底座和絕緣支架采用的是聚四氣乙締板材制 作。
[0020] 本發(fā)明采用變頻功率超聲波，在水中建立密集氣泡群，降低放電難度，并使用高壓 脈沖或交流電源激勵(lì)介質(zhì)阻擋放電電極陣列，在密集氣泡群中產(chǎn)生放電；同時(shí)，通過超聲波 等物理擾動(dòng)，提升氣液兩相流間的擴(kuò)散和傳質(zhì)，有效提高擴(kuò)散反應(yīng)速率；綜合利用放電產(chǎn)生 的紫外線和臭氧，與超聲共同構(gòu)建水下多相催化反應(yīng)系統(tǒng)，有效降低反應(yīng)活化能，協(xié)同提高 廢水降解的活化反應(yīng)速率。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖（圖中A表示的是放電區(qū)，B表示的是空化泡 群）；
[0022] 圖2為本發(fā)明的超聲換能器其他安裝實(shí)施例；
[0023] 圖3為雙介質(zhì)DBD電極結(jié)構(gòu)；
[0024] 圖4為單介質(zhì)DBD電極結(jié)構(gòu)；
[00巧]圖5為本發(fā)明的沖孔網(wǎng)板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖6為本發(fā)明的反應(yīng)器原理框圖；
[0027] 圖7為n個(gè)變頻功率超聲調(diào)控水下密集氣泡介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器級(jí)聯(lián)處理水的示 意圖（并聯(lián)驅(qū)結(jié)構(gòu)）；
[0028] 圖8為又一n個(gè)變頻功率超聲調(diào)控水下密集氣泡介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器級(jí)聯(lián)處理水 的示意圖（獨(dú)立驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)）；
[0029] 圖9為變頻功率調(diào)制信號(hào)頻率變化、波形及其輸出功率密度圖；
[0030] 圖10為中高頻同步工作模式；
[0031] 圖11為中高頻間歇工作模式；
[0032]圖12為中高頻互補(bǔ)工作模式；
[0033] 圖13為電氣控制系統(tǒng)的功能框圖；
[0034] 圖14為雙路超聲功率信號(hào)發(fā)生電路圖；
[0035] 圖15為壓電換能器的實(shí)際等效電路結(jié)構(gòu)圖；
[0036] 圖16為壓電換能器的諧振時(shí)的等效電路；
[0037] 圖17為串聯(lián)電感與并聯(lián)電容匹配結(jié)構(gòu)圖；
[0038] 圖18為串聯(lián)電感T型匹配網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；
[0039] 圖19為介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖中各標(biāo)號(hào)：底座1、殼體2、儲(chǔ)水箱3、氣累4-1、液壓累4-2、第一閥口 5-1、第二 閥口 5-2、第=閥口 5-3、第四閥口 5-4、第五閥口 5-5、高壓脈沖電源6、數(shù)據(jù)采集及控制單 元7、雙頻超聲電源8-1、雙頻超聲換能器8-2、光譜檢測(cè)器9、液位傳感器10、反應(yīng)器進(jìn)氣口 11-1、反應(yīng)器進(jìn)水口 11-2、反應(yīng)器出氣口 11-3、反應(yīng)器出水口 11-4、介質(zhì)阻擋放電電極陣列 12、石英玻璃管12-1、不誘鋼棒12-2、沖孔網(wǎng)板13、孔桐13-1、曝氣裝置14、氣液分離器15、 液體流量計(jì)16-1、氣體流量計(jì)16-2、絕緣支架17。
【具體實(shí)施方式】
[0041]為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合
【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0042] 在本發(fā)明中，曝氣裝置（Aerator)位于介質(zhì)阻擋放電值抓）電極陣列的下方，氣體 (空氣、氧氣、臭氧）等氣體或混合氣體）使用氣累注入曝氣裝置，待處理的水也從反應(yīng)器 的下方注入，從曝氣裝置溢出的小氣泡與待處理水一起自下而上流動(dòng)。在超聲波空化作用 下，小氣泡不斷生長和崩潰，在水中形成密集的向上運(yùn)動(dòng)的小氣泡群，鐵網(wǎng)進(jìn)一步為上升的 氣泡創(chuàng)造了暫時(shí)滯留和均勻分布的條件