气液串联放电降解水中有机污染物的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种更高效和环保的气液串联放电降解水中有机污染物的装置。其包括反应器、反应器外体的冷却夹层以及反应器内的高压电极、地电极和外部的高压脉冲电源。高压电极位于液相的底部，由数根细尖针并联后通过导线与高压脉冲电源连接，针尖高出底面２－１０ｍｍ。金属网状地电极到液相液面的距离不大于２００ｍｍ，其直径比反应器内筒直径略小。循环管、泵、盛水容器与反应器中处理水溶液构成循环。进气管从反应器顶部向下插入到气相区，在进气管上间隔固定有数层平行的金属阻挡网，阻挡网的间距和层数可以调节。该技术利用了放电产生的化学活性粒子，特别是气态的臭氧，在经过多层金属网的阻挡后，利用率更高，提高有机污染物的降解效率。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于低温等离子体技术在环境污染控制领域的应用，涉及利用高 压脉冲放电降解水中有机污染物的装置。
技术介绍
液相高压脉冲放电，通过施加陡前沿、窄脉冲高压于非平衡的地极和高压电 极之间，使质量超轻的电子瞬间获得能量而加速，离子由于其质量较大而难以在 瞬间获得加速。电子获得能量后成为高能自由电子，在运动过程中与其它分子碰撞，使分子解离，引发一系列化学反应，产生H202、0H 、 0 、 H02 等活性 物质。这些活性物质与有机污染物接触，使有机污染物降解为二氧化碳、水和无 毒的副产品。在放电过程中，由于分子的电离、跃迁等还会产生一些物理效应， 如紫外光、超声、冲击波、局部高温等，这些物理过程也会促使有机污染物的降气相高压脉冲放电，通常高压电极悬浮于气相，地极放置在容器下部或浸在 液相，在富氧干燥气氛中，氧气和高能自由电子反应直接产生臭氧；产生的臭氧 持续不断的溶解在水中，与水中的有机污染物直接反应，生成二氧化碳、水和无 毒的副产品。为了利用液相放电产生的化学活性粒子和气相放电产生的臭氧，前期的反 应装置把二者组合使用，即把臭氧发生器产生的臭氧通入液相放电反应器中， 整个装置不但没有得到优化，而且浪费电能。后期的装置把液相放电反应器中 的地电极从液相移至液面之上的气相，以便利用气相放电产生的臭氧，但只利 用了溶解于水中的部分臭氧，大部分气态臭氧作为废气排入大气，污染了大气环 境。
技术实现思路
本技术提供了一种更高效和环保的气液串联放电降解水中有机污染物 的装置。其技术方案包括气液串联放电降解水中有机污染物的装置，包括反应器、反应器外体的冷却 夹层以及反应器内的高压电极、地电极和外部的高压脉冲电源。高压电极位于液 相的底部，由数根细尖针并联后通过导线与高压脉冲电源连接，尖针直径不大于1咖，针间距为4-llmm，针尖高出底面2-10mm。金属网状地电极在气相和预处理 水溶液的界面上，地电极到液相液面的距离不大于200mm，其直径比反应器内筒 直径略小。循环管、泵、盛水容器与反应器中处理水溶液构成循环。进气管从反 应器顶部部向下插入到气相区，在进气管上间隔固定有数层平行的金属阻挡网， 阻挡网的间距和层数可以调节。高压电极的极性可以是负高压脉冲或正高压脉 冲，高压电极和地电极的极性可以颠倒。 本技术特点1. 气相中的不锈钢金属网既做电极又起均匀布气的作用，降低起晕电压且 使放电均匀，增加放电产生的臭氧浓度。2. 气液间距小，水溶液处于流动状态，便于臭氧向溶液中传质，扩散快。3. 最大化利用了放电产生的化学活性粒子，特别是气态的臭氧，在经过多 层金属网的阻挡后，利用率更高，提高有机污染物的降解效率。附图说明附图1是本装置的结构示意图；图中1是高压电极，2是地电极，3是流光， 4是液相，5是气相，6是循环管，7是不锈钢金属阻挡网，8是处理水出口， 9 是蠕动泵，IO是发水出口， ll是预处理废水，12是气层，13是冷却水夹层， 14是进气管(玻璃管)，15是出气口， 16是进气口， 17是接地线，18是上盖， 19是冷却水出口， 20是冷却水进口， 21是盛水容器，22是取液管，23是下盖， 24是接高压脉冲电源引线。附图2是与现有参考反应器的效率对比图。具体实施方式本技术的气液串联放电降解水中有机污染物装置的具体体现是气液串 联放电反应器。如图1所示。主要包括液相高压电极l、气相地电极2、不锈钢 金属阻挡网7、通气玻璃管14、循环管6、蠕动泵9、盛水容器21、冷却水夹层 15、高压脉冲电源(没画出)、取样管22。高压电极1位于反应器底部，由五根针灸针(也可少于或多于五根)并联， 通过导线24与高压脉冲电源(没画出)连接，针灸针直径为0.25ram，针间距为 4-llmm，针尖高出底面2-IO咖。针尖端以下部分尽可能地绝缘，使能量的损耗 减小到最小；针尽可能地尖，以便在针尖周围产生局部集中而又非常强的电场， 使电子获得更高的能量。高压电极可以是针灸针或注射针，也可以是其他金属丝，如不锈钢、银、 铂、钨、镍铬合金等金属细丝，直径可以大于或小于0.25mm。高压电极1的极性可以转换，如改变高压脉冲电源的设置，施加负高压脉 冲时，高压电极1的极性由原来的正高压脉冲变为负高压脉冲；施加正负高压 脉冲时，高压电极l的极性从正高压脉冲到负高压脉冲循环改变。此外，高压电极1和地电极2的极性可以颠倒，针电极作地极，不锈钢金属网电极作高压 电极。不锈钢金属网地电极2在气相5和预处理水溶液11的界面上，压縮空气或 氧气通过玻璃管14进入气室，经不锈钢金属网地电极进入气相放电区域。用80 目不锈钢金属网做地极，由于其孔径小，可以减缓空气流速，使空气均匀分布 于放电区域，放电均匀，产生的臭氧浓度大，便于臭氧向液相4中传质。其直 径比有机玻璃内筒直径小lmm,有利于空气和臭氧的混合气体从地极和有机玻璃 内筒之间的缝隙进入预处理水溶液中，对预处理水溶液迸行氧化。地电极2到液相4液面的距离，通过玻璃管14调整，可在0-200mm范围内 变化；在本专利技术中，高压电极l与地电极2之间的最佳距离为2.4mm，地电极2 到处理水溶液液面的距离为7mm。高压电极1和地电极2的极性可以颠倒，高压电极1作地极，不锈钢金属 网地电极2作高压电极，地电极也可以是其它多孔的导电材料。不锈钢金属阻挡网7固定于玻璃管14上，均匀分布在预处理水溶液11中， 使气态臭氧在上升过程中受阻，在不锈钢金属阻挡网的下表面形成气层，增加 在预处理水溶液中的停留时间。同时溶液在不锈钢金属网孔上形成液膜，增大 了臭氧与有机污染物的接触面积，使臭氧和预处理水溶液中的有机污染物充分 反应，提高臭氧的利用率。此外，不锈钢金属阻挡网在臭氧与有机污染物反应 过程中还可能起催化作用。两层阻挡网的间距大小可以调节，根据处理液量，可适当增加阻挡网的层 数。在本专利技术中，设置5层阻挡网，两层阻挡网的间距为10mm。阻挡网可以用 其它多孔材料代替，如多孔陶瓷、分子筛等，孔径大小可根据需要选择。玻璃管14既是气体的通道，又对不锈钢金属阻挡网起固定和调节距离作用。循环管6、蠕动泵9和盛水容器21使预处理水溶液和处理水溶液构成循环。 预处理水溶液由于自重沿循环管6流入处理水溶液中，蠕动泵9把处理水溶液 送入预处理系统进行预处理。调整蠕动泵的流量与循环管中液体流量相等，使 处理水溶液的高度保持不变，保证放电的均一性。盛水容器21中放有取液管22， 便于随时取样分析，监测反应进度，取样管材料的选择应满足抗氧化、耐腐蚀、 不参与反应的条件。冷却水夹层13中装有冷却水，也可以是其它冷却液，蠕动泵使冷却水在冷 却水入口 20和冷却水出口 19构成循环，保持恒温反应，防止反应器过热。气体通过气体流量计(没画出)后进入进气口 16，以便控制和测量气体流量， 在出气口 15后可连接气态臭氧分析仪，以便分析排出废气的臭氧含量。反应器 内、外筒可以用石英玻璃或其它透明材料，或其它绝缘材料留有透明窗孔，以 便接光谱分析设备。本装置尽可能用高压脉冲电源供电。在陡前沿、窄脉冲放电过程中，液相 产生H202、 0H、 03、 0、 H2、 H、 02—及其它分子、离子和活性粒子；气相产 生03本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气液串联放电降解水中有机污染物的装置，包括反应器、反应器外体的冷却夹层以及反应器内的高压电极、地电极和外部的高压脉冲电源，其特征是：高压电极位于液相的底部，由数根细尖针并联后通过导线与高压脉冲电源连接，尖针直径不大于１ｍｍ，针间距为４－１１ｍｍ，针高出底面２－１０ｍｍ，金属网状地电极在气相和预处理水溶液的界面上，地电极到液相液面的距离不大于２００ｍｍ，其直径比反应器内筒直径略小，循环管、泵、盛水容器与反应器中处理水溶液构成循环，进气管从反应器顶部部向下插入到气相区，在进气管上间隔固定有数层平行的金属阻挡网，阻挡网的间距和层数可以调节。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑经堂，张延宗，陈宏刚，赵玉翠，曲险峰，叶智刚，刘颖，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]