本发明专利技术涉及一种低气压放电等离子体水处理装置，主要构成包括：放电电源、高压电极、反应器、雾化喷洒器、进水管、出水管、水流量监控器、抽气管、气阀、真空泵、污水池、净水池。本发明专利技术无需水泵，一台真空泵就能在有水流经反应器的条件下维持反应器内低气压环境，在低气压环境放电，产生大体积、高活性非热平衡等离子体，可以有效地去除水中的重金属离子、有机物和微生物等污染源，处理能效高，对不同行业产生的不同污染程度的污水具有普遍适用性，还可以为特殊行业用水提供活化水。本发明专利技术还涉及一种在反应室内与外界保持着水循环的条件下实现低气压放电的等离子体水处理方法，并且无需强排式水泵，大幅减少系统能耗。
【技术实现步骤摘要】
所属
本专利技术涉及低温等离子体的应用
，具体涉及一种可用于水处理的低气压 放电等离子体装置及方法。 技术背景 常用的水处理方法有：沉淀物过滤法、硬水软化法、活性炭吸附法、去离子法、逆渗 透法、超过滤法、蒸馏法、紫外线消毒法、生物化学法。下面是这些常用水处理方法的技术特 征： 沉淀物过滤法：这是最古老且最简单的净水法，所以这个步骤常用在水纯化的初 步处理，或有必要时，在管路中也会多加入几个滤器以清除体积较大的杂质。滤过悬浮的颗 粒物质所使用的滤器种类很多，例如网状滤器，沙状滤器（如石英沙等）或膜状滤器等。只 要颗粒大小大于这些孔洞之大小，就会被阻挡下来。对溶解于水中的离子，就无法阻拦下 来。如果滤器太久没有更换或清洗，堆积在滤器上的颗粒物质会愈来愈多，则水流量及水压 会逐渐减少甚至堵塞，因此滤器需要定时更换。 硬水软化法：硬水的软化需使用离子交换法，它的目的是利用阳离子交换树脂以 钠离子来交换硬水中的钙与镁离子，以此来降低水源内之钙镁离子的浓度，在硬水软化的 过程中，钠离子会逐渐被使用耗尽，则交换树脂的软化效果也会逐渐降低，这时需要作还原 的工作。 活性炭：主要作用是清除氯与氯氨以及其它分子量在60到300道尔顿的溶解性有 机物质。活性炭的表面呈颗粒状，内部是多孔的，比表面积大，而这些孔的表面及颗粒表面 有极强的物理吸附能力。影响活性炭清除有机物能力的因素有活性炭本身的面积，孔洞大 小以及被清除有机物的分子量及其极性，当吸附能力达饱合之後，吸附过多的杂质就会掉 落下来污染下游的水质，所以必须定时清除吸附其上的杂质，反复清除多次后就需要更换 新的活性炭。 去离子法：去离子法的目的是将溶解於水中的无机离子排除，与硬水软化器一样， 也是利用离子交换树脂的原理。使用两种树脂-阳离子交换树脂与阴离子交换树脂。阳离 子交换树脂利用氢离子（H+)来交换阳离子；而阴离子交换树脂则利用氢氧根离子（0H-)来 交换阴离子，氢离子与氢氧根离子互相结合成中性水。这些树脂之吸附能力耗尽之後也需 要再还原，阳离子交换树脂需要强酸来还原；相反的，阴离子则需要强碱来还原。如果阴离 子交换树脂消耗殆尽而没有还原，则吸附力最弱的氟就会逐渐出现在透析用水中，造成软 骨病，骨质疏松症及其它骨病变；如果阳离子交换树脂消耗尽了，氢离子也会出现在透析用 水之中，造成水质酸性的增加，所以去离子功能是否有效，需要时常监视，定期还原和更新 离子交换材料。 反渗透法：反渗透法可以有效的清除溶解於水中的无机物、有机物、细菌、热原及 其它颗粒等，是透析用水之处理中最重要的一环。反渗透水处理常用的半透膜材质有纤 维质膜，芳香族聚酝胺类，polyimide或polyfuranes等，至於它的结构形状有螺旋型，空 心纤维型及管状型等。至於这些材质中纤维素膜的优点是耐氯性高，但在硷性的条件下 (pH >8.0)或细菌存在的状况下，使用寿命会缩短。polyamide的缺点是对氯及氯氨之耐 受性差。如果反渗透前没有作好前置处理则渗透膜上容易有污物堆积，例如钙，镁，铁等离 子，造成反渗透功能的下降；有些膜（如polyamide)容易被氯与氯氨所破坏，因此在反渗透 膜之前要有活性碳及软化器等前置处理。反渗透处理速度慢、成本高。 超过滤法：超过滤法与逆渗透法类似，也是使用半透膜，但它无法控制离子的清 除，因为膜之孔径较大，约10-200A之间。只能排除细菌，病毒，热原及颗粒状物等，对水溶 性离子则无法滤过。超过滤法主要的作用是充当逆渗透法的前置处理以防止逆渗透膜被细 菌污染。它也可用在水处理的最後步骤以防止上游的水在管路中被细菌污染。与活性碳类 似，需要定时清洗、更换滤膜。 蒸馏法：蒸馏法可以清除任何不可挥发性的杂质，但是无法排除可挥发性的污染 物，它需要很大的储水槽来存放，这个储水槽与输送管却是造成污染的重要原因。 紫外线消毒法：主要是利用254纳米波长的紫外线光照射，破坏细胞的生命核 心--DNA，阻止细胞再生，使细菌变得无害，从而达到灭菌的效果。这种系统的规模取决于 紫外线的强度（照射器的强度和功率）和接触时间（水、液体、或空气暴露在紫外线下的时 间长短）。处理效率低、成本高。 生物化学法：生物化学水处理方法利用自然界存生的各种细菌微生物，将废水中 有机物分解转化成无害物质，使废水得以净化。生物化学水处理方法可以分活性污泥法、生 物膜法、生物氧化塔、土地处理系统、厌氧生物水处理方法。生物化学水处理方法周期长，占 地大，受环境限制多。 等离子体法：是一种深度氧化法，其原理是利用放电等离子体中所产生的臭氧、氧 原子、羟基等活性自由基团与水中污染源的反应，来达到脱除水中有害物质的目的，同时伴 随紫外光解、冲击波作用，从而脱除水中的有机物、杀灭病菌。具体说就是：等离子体技术在 水处理中的应用就是充分利用等离子体中的各种活性自由基和紫外线的强氧化作用和灭 菌效应，降解有机污染源、沉降金属离子、杀灭病菌，对生活和工业污水处理均有普遍适用 性，体积小。 综上所述，物理方法处理效率低、成本高；化学方法处理不彻底，可能产生二次污 染；生化法则受到环境和高投资等条件的限制；而等离子体技术处理污染的有效性已经得 到广泛认可，而且体积小、投资低，不受环境限制。 最近十多年间，等离子体技术在污水处理方面的应用研究也得到相关领域研发人 员的关注，一批研发成果相续公开。例如，中国专利技术专利申请号为：03111599. 3,专利技术名称： 一种电脉冲微型等离子体水处理方法和设备，此专利技术的特征是把金属颗粒放入水中，然后 施加电脉冲，在金属颗粒间放电产生微型等离子体，氧化、刻蚀金属颗粒表面，生成具有强 絮凝作用的金属氢化物和氧化物，金属表面吸附水中杂质后沉降。其不足之处是需要大量 金属颗粒，并且金属颗粒不易于分散到水中，分散后也不易沉降收集，放电激发等离子体的 能量利用率低。 中国专利技术专利申请号：94116647. 3,名称：脉冲放电等离子体水处理方法及装置， 其特征是在大气条件下，利用窄脉冲电压驱动丝状阳极对网状或板状阴极放电，水流经过 两电极之间。此专利技术的缺点是采用丝状电极的电晕放电模式，只有丝状电极周围的小区域 内有等离子体产生，而且等离子体扩散性差，因此，处理能效低，需要经过多次循环处理才 能获得较理想效果。 中国专利技术专利申请号：02111033. 6,名称：等离子体水处理方法，是采用大气压脉 冲放电等离子体处理方法与催化剂处理方法的混合，其特征是利用大气放电激发等离子 体，加上催化剂的辅助，有助于提高处理效率，不足之处是大气放电的能量利用率低，催化 剂的添加也大幅增加了处理成本，催化剂不易于回收，存在二次污染的危险。 中国专利技术专利申请号：201010138133. 7,名称：高压脉冲放电等离子体水处理装 置及其高频高压电源；以及中国专利技术专利申请号：201010138086. 6,名称：高压脉冲放电等 离子体水处理装置及方法；中国专利技术专利申请号：200910022562. 5,名称：一种双通道放电 等离子体水处理装置；中国技术专利申请号：201120213976. 9,名称：一种用于高压放 电等离子体水处理的设备；它们的特征都是利用待处理的污水作为大气压放电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低气压放电等离子体水处理装置，包括放电电源(1)、高压电极(2)、反应器(3)、雾化喷洒器(4)、反应器顶盖(5)、进水管(6)、水流量监控器(7)、出水管(8)、反应器法兰(9)、绝缘法兰(10)、抽气管(11)、气镇阀(12)、气阀(13)、真空泵(14)、污水池(15)、净水池(16)、进水阀(17)和出水阀(18)；其特征在于，放电电源(1)输出端接高压电极(2)的下端，放电电源与反应器(3)共地，高压电极(2)设在反应器(3)中轴线上，反应器底端的反应器法兰(9)下面设有绝缘法兰(10)，高压电极(2)的底端垂直穿过并固定于绝缘法兰(10)的中心，高压电极(2)的顶端低于雾化喷洒器(4)，绝缘法兰(10)的偏心位置设有出水管(8)，反应器(3)顶部高于雾化喷洒器(4)的位置设有抽气管(11)，抽气管(11)另一端接真空泵(14)，真空泵(14)的抽气口上分别设有镇气阀(12)和气阀(13)，反应器(3)顶端是反应器顶盖(5)，进水管(6)穿过反应器顶盖(5)的中心进入反应器内，与雾化喷洒器(4)相连，进水管(6)到污水池(15)之间分别设有水流量监控器(7)和进水阀(17)，出水管(8)到净水池(16)之间设有水阀(18)，污水池(15)的液面高于净水池(16)的液面，污水池(15)的液面到反应器顶端之间的高度差小于10米，反应器法兰(9)比净水池(16)的液面高5米以上。...
【技术特征摘要】
1. 一种低气压放电等离子体水处理装置，包括放电电源（1)、高压电极（2)、反应器 (3)、雾化喷洒器（4)、反应器顶盖（5)、进水管（6)、水流量监控器（7)、出水管（8)、反应器法 兰（9)、绝缘法兰（10)、抽气管（11)、气镇阀（12)、气阀（13)、真空泵（14)、污水池（15)、净 水池（16)、进水阀（17)和出水阀（18);其特征在于，放电电源（1)输出端接高压电极（2) 的下端，放电电源与反应器（3)共地，高压电极（2)设在反应器（3)中轴线上，反应器底端 的反应器法兰（9)下面设有绝缘法兰（10)，高压电极（2)的底端垂直穿过并固定于绝缘法 兰（10)的中心，高压电极（2)的顶端低于雾化喷洒器（4)，绝缘法兰（10)的偏心位置设有 出水管（8)，反应器（3)顶部高于雾化喷洒器（4)的位置设有抽气管（11)，抽气管（11)另 一端接真空泵（14)，真空泵（14)的抽气口上分别设有镇气阀（12)和气阀（13)，反应器（3) 顶端是反应器顶盖（5)，进水管（6)穿过反应器顶盖（5)的中心进入反应器内，与雾化喷洒 器⑷相连，进水管（6)到污水池（15)之间分别设有水流量监控器（7)和进水阀（17)，出 水管（8)到净水池（16)之间设有水阀（18)，污水池（15)的液面高于净水池（16)的液面， 污水池（15)的液面到反应器顶端之间的高度差小于10米，反应器法兰（9)比净水池（16) 的液面高5米以上。2. 如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的反应器底端 比净水池的液面高5米以上，出水管中高出净水池液面的水柱所受重力，正好与反应器内 外压力差保持平衡，净水池中的水不会被吸进反应器。3. 如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的污水池液面 比反应器顶端低10米以内，或者污水池液面比反应器顶端高，使污水池液面到反应器顶端 的水柱所受重力小于反应器内外压力差，保证污水能在负压力作用下被吸进反应器。4. 如权利要求1所述的低气压放电等离子体水处理装置，其特征是所述的污水池的液 面高于净水池的液面，处理过程中，污水池中的水不断流入反应器内，经...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙红梅，区琼荣，
申请(专利权)人：孙红梅，
类型：发明
国别省市：上海;31
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