[發(fā)明專利]等離子體協(xié)同超聲空化效應(yīng)廢水處理反應(yīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410337343.7
• 申請(qǐng)日: 2014-07-15
• 公開（公告）號(hào): CN104129833A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬玉田;劉俊標(biāo);韓立
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電工研究所
• 主分類號(hào): C02F1/46
• 分類號(hào): C02F1/46;C02F1/32;C02F1/78;C02F1/36
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

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)

隨著工業(yè)化的發(fā)展，環(huán)境和水污染已成為一個(gè)全球關(guān)注的問題。廢水種類繁多，成分復(fù)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(duì)環(huán)境和人類的健康造成嚴(yán)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(jī)物處理效果不佳、周期長(zhǎng)、成本高等問題。這迫切地需要開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、高效、實(shí)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(xué)實(shí)驗(yàn)證明了的具有非常獨(dú)特優(yōu)勢(shì)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(xué)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(jī)廢水，處理效率高，氧化速率快，二次污染少等優(yōu)點(diǎn)，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(yù)為21世紀(jì)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(xué)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?xì)獍宸ㄔ谒挟a(chǎn)生氣泡，如專利201210508773.1“一種多級(jí)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?xì)獠痪鶆?、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小；三是低溫等離子體技術(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(huì)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(shí)際工程的需要，徹底解決國(guó)內(nèi)外廢水處理的技術(shù)難題，這對(duì)環(huán)境保護(hù)和提高人們生活質(zhì)量具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

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(diǎn)，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(shí)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(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，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(jī)械、化學(xué)和熱等作用，提高等離子體污水處理的效率，增強(qiáng)污水處理的效果。

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(gè)。2個(gè)超聲波發(fā)生器分別與2個(gè)壓電換能器連接。2個(gè)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(jī)械振動(dòng)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。

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(jìn)水口和出水口。出水口位于線電極的下方，進(jìn)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(zhǎng)。目的在于在容器壁上發(fā)生全反射形成混響場(chǎng)，增強(qiáng)超聲波的空化效應(yīng)。

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(shí)間為30-50ns、10-20A、脈寬100-200ns、脈沖頻率10-100kHz。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。

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30-50μm。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0.1-5mm。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(dǎo)線與大地連接。