一種高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置，它包括污水處理腔和放電反應室，污水處理腔的側壁上具有污水出口Ⅱ，頂壁上有向其內投放硫酸亞鐵的加藥裝置和出氣口，污水出口Ⅱ與污水管Ⅰ的一端連通，污水管Ⅰ另一端設有陣列式高壓霧化噴頭且位于放電反應室的頂部，污水管Ⅰ上設有高壓水泵，放電反應室頂部有將高壓霧化污水吹向放電反應室內的風扇，底部與氣液分離器的氣液混合體入口連通，氣液分離器分離得到的氣態物質（空氣和臭氧的混合物）與液態物質（污水與雙氧水）分別通入污水處理腔中。充分利用了未反應完的強氧化性物質，提高了污水與等離子體接觸面積，提高了污水處理效率，降低了運行成本。
【專利說明】一種高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于等離子體水處理領域，特別涉及一種高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置。
[0002]
【背景技術】
[0003]水是人類及一切生物賴以生存的重要物質，同時也是工農業生產、經濟發展不可替代的寶貴自然資源。但隨著現代社會工業化和城市化步伐的加快，污水排放量急劇增加，水資源的污染問題已成為世界各國面臨的亟待解決的問題之一。據統計，每年世界上有2500萬名以上的兒童因飲用被污染的水而死亡；12億人因飲用被污染的水而患上多種疾病；全世界因水污染引發的霍亂、痢疾和瘧疾等傳染病的人數超過500萬，而這些數據每年均呈上升趨勢。同時《中國環境狀況公報》數據顯示，2011年我國廢水的排放總量為652.1億噸，其中工業廢水高達355.5億噸，占廢水總排放量的54.5%。而工業廢水又以高濃度難降解的有機廢水為主。由此可知，開展污水的綜合治理尤其是高濃度難降解的有機廢水己成為當代環境治理亟待解決的重大問題之一。
[0004]等離子體水處理技術是近年來水處理領域研究的熱點，吸引了國內外眾多學者的關注，它是一種高級氧化技術(Advanced Oxidation Processes,簡稱AOPs)。其核心是通過放電產生羥基自由基、臭氧、過氧化氫等強氧化性活性物質，將廢水中難降解的有機污染物氧化降解成無毒或低毒的小分子物質，甚至直接礦化為CO2和H20。該方法不僅對高濃度有機污染物有較好分解 效果，也可對大流量、低濃度污染物進行分解，不過目前國內外等離子體水處理裝置的單位時間內處理量較小，存在不易實現工業化應用的問題。
【發明內容】
[0005]針對以上現有技術存在的問題，本發明的目的是提高等離子體水處理的效率，增大單位時間內處理的總量，以滿足工業需要，提供一種高壓霧化介質阻擋放電等離子體水
處理裝置。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:一種高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置，包括污水處理腔、陣列式高壓霧化噴頭和上端開口的放電反應室，污水處理腔的側壁上具有污水入口 1、污水入口 I1、污水出口 I和污水出口 II，污水處理腔的頂壁上設有向污水處理腔內投放硫酸亞鐵的加藥裝置和出氣口；
所述污水出口 II通過污水管I與高壓水泵的進水口連通，所述高壓水泵的進水口通過污水管I與陣列式高壓霧化噴頭連接，所述陣列式高壓霧化噴頭位于放電反應室的頂部。
[0007]所述放電反應室包括上端開口的反應室和設置在反應室內且沿反應室高度方向依次設置的多排網狀線-線式放電裝置，所述反應室的頂部設有將陣列式高壓霧化噴頭噴出的高壓霧化污水吹向放電反應室內的風扇，所述放電反應室的底部與氣液分離器的氣液混合體入口連通，所述氣液分離器上還具有氣體出口和液體出口，所述氣體出口通過輸氣管與氣泵的進氣口連接，氣泵的出氣口通過輸氣管與位于污水處理腔內下部的曝氣器的氣體入口連通；所述液體出口通過污水管II與污水泵的進水口連通，所述污水泵的出水口通過污水管II與污水處理腔側壁上的污水入口 II連通。
[0008]作為優化，所述污水處理腔側壁上的污水入口 I上連接有進污管，所述進污管上設有調節閥V，通過調節調節閥V的開闔程度控制進入污水處理腔內的污水量，所述污水處理腔的側壁上的污水出口 I上連接有排污管，排污管上設有調節閥IV。
[0009]作為優化，所述污水處理腔內還設有用于檢測污水處理腔內污水氧化還原電位的氧化還原電位計，所述污水管I上還設有調壓閥I，所述輸氣管上還設有調節閥II，所述污水管II上還設有調節閥III;還包括控制器，所述控制器分別與投放硫酸亞鐵的加藥裝置、氧化還原電位計、調壓閥1、調節閥I1、調節閥II1、調節閥IV、調節閥V、高壓水泵、污水泵和氣泵連接；控制器用于根據氧化還原電位計檢測的數據控制投放硫酸亞鐵的加藥裝置投入污水處理腔內硫酸亞鐵的量；還用于控制調壓閥1、調節閥I1、調節閥II1、調節閥IV和調節閥V的開闔程度，還用于控制高壓水泵、污水泵、氣泵的工作狀態。
[0010]作為優化，所述網狀線-線式放電裝置包括多根并排設置的細絲，相鄰兩根細絲的間距為0.5-2.0mm，所述細絲由導電電極和包裹在導電電極外側的絕緣材料構成。所述導電電極是由金屬材料、合金材料或石墨制成的細絲且其直徑為0.03-2mm。所述包裹在導電電極外側絕緣材料是陶瓷，所述陶瓷通過燒結的方式包裹在導電電極的外側，所述陶瓷的厚度為0.02-lmm。
[0011]相對于現有技術，本發明具有如下優點:
1、本發明將過濾后的污水利用高壓霧化裝置進行霧化，再利用放電反應室中產生的等離子體對其進行處理，最后將放電產生且未反應完的強氧化性物質通過氣液分離器收集起來，分離后分別通入到污水處理腔中。且該裝置不僅可以實現等離子體與不同濃度的有機污染物直接作用，大大增加了反應的接觸面積，提高了其分解效率；還可以把放電生成且未反應完的強氧化性物質通過氣液分離器，分離得到氣態物質(空氣和臭氧的混合物)與液態物質(污水與雙氧水)分別通入到污水處理腔中。污水處理腔中根據氧化還原電位計的數據選擇投加適當的硫酸亞鐵，達到高效產生比臭氧和雙氧水的氧化性都強的羥基自由基(氧化還原電位高達2.8ev)的目的，從而進一步提高了污水處理的效率。因此，這種方法工藝流程簡單，污水降解充分，處理效率高，易于工程實現。
[0012]2、通過高壓水泵和陣列式高壓霧化噴頭將污水進行霧化，產生微米量級(10 μ m以下)的顆粒，產生的霧化顆粒與放電反應室陣內產生的等離子體直接接觸并且相互作用，這種方式與普通噴嘴形式的出水方式(顆粒大小在500 μ m以上)相比，大大增加了反應的接觸面積。
[0013]3、放電反應室內的放電裝置采用了多根并排設置的細絲，而每根細絲是由導電電極和包裹在導電電極外側的絕緣材料構成的。由于導電電極的尺寸和放電間距(即相鄰兩根細絲之間的間距)非常小，有利于霧化顆粒在下落的過程中與放電生成的等離子體充分接觸并相互作用，大大提高了降解效率。
[0014]4、采用分布式小型高壓電源的控制，使得放電反應室中每一層網狀線-線式放電裝置的運行相互獨立，互不影響，控制器監控所有小型高壓電源的運行，出現故障時，更換也非常方便，提高了工作效率。[0015]5、放電反應室內放電產生且未反應完的強氧化性物質可以通過氣液分離器回收利用，分離得到氣態物質(空氣和臭氧的混合物)通過氣泵通入到污水處理腔內的曝氣器中，液態物質(污水與雙氧水)通過污水泵通入到污水處理腔中。曝氣器是由陣列的曝氣盤組成，曝氣盤的數量可以根據實際處理效果來增減，目的可以使污水處理效率達到最優化。
[0016]6、控制器根據污水處理腔中氧化還原電位計傳輸的氧化還原電位決定投加硫酸亞鐵的量，從而達到高效產生比臭氧和雙氧水的氧化性都強的羥基自由基(2.8ev)，進一步提聞了污水處理效率。
[0017]7、整個裝置的小型高壓電源部分、陣列式高壓霧化噴頭的數量、放電反應室的大小都可以根據現場實際情況來調整，同時每一部分可以以串聯和并聯的形式來靈活使用，更利于實現工業化應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明實施例的結構示意圖。
[0019]圖2為實施例中線-線式放電裝置結構示意圖。
[0020]圖3為實施例中細絲的結構示意圖。
[0021]圖中，I是控制器，2是硫酸亞鐵的加藥裝置，3是氧化還原電位計，4是曝氣器，5是高壓水泵，6是調壓閥I，7是陣列式高壓霧化噴頭，8是風扇，9是放電反應室，91是網狀線-線式放電裝置，92是導電電極，93是細絲，94是絕緣材料，10是小型高壓電源，11是氣液分離器，12是污水泵，13是氣泵，14是調節閥II，15是臭氧檢測儀，16是調節閥III，17開關閥I，18是開關閥II，19是調節閥IV，20是調節閥V，21是出氣口，22是污水處理腔，23是污水管I，24是輸氣管， 25是污水管II，26是進污管。
[0022]圖中箭頭表示氣體或污水流動方向。
[0023]
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對本發明的技術做進一步的說明。
[0025]實施例:參見圖1，2和3，一種高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置，包括污水處理腔22和上端開口的放電反應室9，污水處理腔22的側壁上具有污水入口 1、污水入口 I1、污水出口 I和污水出口 II，污水處理腔22的頂壁上設有向污水處理腔22內投放硫酸亞鐵的加藥裝置2和出氣口 21,污水處理腔22還設有用于檢測污水處理腔22內污水氧化還原電位的氧化還原電位計3 ；
污水處理腔22側壁上的污水入口 I上連接有進污管26，進污管26上設有調節閥V 20，調節閥V 20通過調節其開闔程度控制進入污水處理腔22內的污水量。具體實施時，還可以在調節閥V 20之前的進污管上設有污水過濾器，污水過濾器的進污口直接與生活污水或工業污水排放口連通，污水過濾器的出污口與調節閥V 20連通。打開調節閥V 20，經過污水過濾器過濾后的污水通過調節閥V 20后，再從污水出口 I進入污水處理腔22內。
[0026]污水出口 II與污水管I 23的一端連通，污水管I 23的另一端上設有陣列式高壓霧化噴頭7，陣列式高壓霧化噴頭7位于放電反應室9的頂部，污水管I 23上還設有高壓水泵5，在高壓水泵5與陣列式高壓霧化噴頭7之間還設有調壓閥I 6，高壓水泵5的進水口通過污水管I 23與污水出口 II連通，高壓水泵5的出水口通過污水管I 23與陣列式高壓霧化噴頭7連通；高壓水泵5將污水處理腔22內的污水抽出后加壓至幾十公斤，再通過陣列式高壓霧化噴頭7將污水霧化成微米量級(10 μ m以下)的小顆粒噴射出來,從而達到將污水霧化的目的。污水霧化后霧化顆粒的大小則可以通過更換陣列式高壓霧化噴頭來調節，而噴霧量大小可以通過調壓閥I 6的開闔程度以及陣列式高壓霧化噴頭7的數量來調節。
[0027]放電反應室9包括上端開口的反應室和設置在反應室內且沿反應室高度方向依次設置的多排網狀線-線式放電裝置91，放電反應室9的頂部設有將陣列式高壓霧化噴頭7噴出的高壓霧化污水吹向放電反應室9內的風扇8，網狀線-線式放電裝置91的尺寸大小與風扇8扇葉旋轉時形成的平面的尺寸一致，網狀線-線式放電裝置91的個數由實際需要決定。網狀線-線式放電裝置91由多根并排設置的細絲93構成，多根細絲93的長寬都一致構成正方形網狀線-線式放電裝置91，相鄰兩根細絲93的間距可以根據應用情況來調整，變化范圍一般為0.5-2.0mm，細絲93是由導電電極92和包裹在導電電極92外側的絕緣材料94構成，導電電極92是由金屬材料、合金材料或石墨制成的細絲且其直徑為0.03-2mm,包裹在導電電極92外側絕緣材料94可以是陶瓷，陶瓷通過燒結的方式包裹在導電電極92的外側，陶瓷的厚度為0.02-1_。具體實施時風扇可以為軸流風扇或者變頻風扇，霧化后的污水在風扇8的引導下，隨著外界空氣一起向下流動，隨后流入至放電反應室9的反應室內與放電生成的強氧化性物質直接接觸并共同作用，達到降解的目的。
[0028]使用時，依次把設置在反應室中每一層的網狀線-線式放電裝置91中的奇數根細絲93中導電電極92連接在一起，并在反應室左側引出一條輸出線I ;同時把偶數根細絲93內壁的導電電極92也連接在一起，在反應室右側引出一條輸出線II，最后把左側的輸出線I接至小型高壓電源10的高壓端，右側的輸出線II接至小型高壓電源10的接地端，即每一層網狀線-線式放電裝置91配置一個小型高壓電源10，且所有小型高壓電源的運行狀態傳送到控制器1，達到 監控的目的。小型高壓電源相互獨立，互不影響，更換也相對方便，小型高壓電源10可以為交流形式的電源(含諧振型、自耦調整型、開關型等交流電源)或者脈沖形式的電源(含單正脈沖電源、雙正脈沖電源、負脈沖等電源)。
[0029]放電反應室9的底部與氣液分離器11的氣液混合體入口連通，氣液分離器11上還具有氣體出口和液體出口，氣體出口通過輸氣管24與氣泵13的進氣口連接，氣泵13的出氣口通過輸氣管24與位于污水處理腔22內下部的曝氣器4的氣體入口連通；液體出口通過污水管II 25與污水泵12的進水口連通，污水泵12的出水口通過污水管II 25與污水處理腔22側壁上的污水入口 II連通。網狀線-線式放電裝置91放電生成且未反應完的強氧化性物質經過氣液分離器11分離得到氣態物質(空氣和臭氧的混合物)與液態物質(污水與雙氧水)。氣態物質通過氣泵13送入到位于污水處理腔22內下部的曝氣器4中繼續參與反應，在氣泵13與曝氣器4的氣體入口之間的輸氣管24之間還依次設有調節閥II 14和臭氧檢測儀15，臭氧檢測儀15用于檢測氣泵13通過輸氣管24送入曝氣器4內臭氧產量，向曝氣器4送入的臭氧量可通過調節閥II 14的開闔程度進行調節，送入曝氣器4內的臭氧濃度值可通過臭氧檢測儀15的顯示屏實時顯示。液態物質(污水與雙氧水)通過污水泵12和側壁上的污水入口 II送入污水處理腔22內，在污水泵12與污水入口 II之間的污水管II 25上設有調節閥III16，通過調節閥III16的開闔程度調節送入污水處理腔22內液態雙氧水以及降解后的污水的量，污水入口 II處還設有一個污水支管I，該污水支管I上設有開關閥II 18，液態物質中雙氧水的濃度，可以通過打開開關閥II 18對污水支管I內的污水進行采樣測得。污水處理腔22的側壁上的污水出口 I上連接有排污管，排污管上設有調節閥IV 19，在污水出口 I處還設有一個污水支管II，該污水支管II上設有開關閥I 17。污水處理腔22中污水是否達標，可以通過打開開關閥I 17對污水支管II內的污水進行采樣測得，污水處理腔22中污水達標后可以通過開啟調節閥IV 19通過污水出口 I排出。
[0030]氣液分離器11可以根據分離等級要求采用不同原理的分離器，如重力沉降分離、折流分離(擋板分離)、離心分離(旋流分離)、填料分離、絲網分離、微孔過濾分離。放電生成且未反應完的強氧化性物質可以通過氣液分離器11進一步回收利用，分離得到氣態物質(空氣和臭氧的混合物)與液態物質(污水與雙氧水)分別通入到污水處理腔22中，與新進的污水相互反應。
[0031]為了能更方便精準地控制污水處理腔22中污水中的質量，還可以包括控制器1，控制器I分別與硫酸亞鐵的加藥裝置2、氧化還原電位計3、調壓閥I 6、調節閥II 14和調節閥III16、調節閥IV 19、調節閥V 20，高壓水泵5、污水泵12和氣泵13連接，控制器I用于根據氧化還原電位計3檢測的數據控制硫酸亞鐵的加藥裝置2投入污水處理腔22內硫酸亞鐵的量，還用于控制調調壓閥I 6、調節閥II 14和調節閥III16、調節閥IV 19、調節閥V 20的開闔程度，還用于控制高壓水泵5、污水泵12和氣泵13的工作狀態(此處的工作狀態指的是運轉和停止兩種狀態，如果泵采用變頻器控制的方式，則此處的工作狀態還包括泵的轉速狀態)。
[0032]在本發明中，由于引入了包括高壓水泵5和陣列式高壓霧化噴頭7的高壓霧化裝置，高壓水霧化噴頭7可以實現每小時0.5T以上的噴霧量，霧化顆粒小，處理效果好，通過多層篩網狀等離子體處理，可以實現迅速降解，放電反應室極大的提高了污水與等離子體的接觸面積，并充分利用了未反應完的強氧化性物質來高效生成羥基自由基(2.8ev)，從而極大的提高該裝置單套設備的單位時間處理量，并降低了運行成本，通過并聯本發明提供的高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置可以實現更大規模的水處理，更為重要的是整個裝置的小型高壓電源部分、陣列式高壓霧化噴頭的數量、放電反應室的大小等都可以根據現場實際情況來調整，同時每一部分都可以以串聯和并聯的形式來靈活使用，更利于實現工業化應用。
[0033]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置，其特征在于，包括污水處理腔(22)、陣列式高壓霧化噴頭(7)和上端開口的放電反應室(9)，污水處理腔(22)的側壁上具有污水入口 1、污水入口 I1、污水出口 I和污水出口 II，污水處理腔(22)的頂壁上設有向污水處理腔(22)內投放硫酸亞鐵的加藥裝置(2)和出氣口(21)； 所述污水出口 II通過污水管I (23)與高壓水泵(5)的進水口連通，所述高壓水泵(5)的進水口通過污水管I (23)與陣列式高壓霧化噴頭(7)連接，所述陣列式高壓霧化噴頭(7)位于放電反應室(9)的頂部； 所述放電反應室(9)包括上端開口的反應室和設置在反應室內且沿反應室高度方向依次設置的多排網狀線-線式放電裝置(91)，所述反應室的頂部設有將陣列式高壓霧化噴頭(7)噴出的高壓霧化污水吹向放電反應室(9)內的風扇(8)，所述放電反應室(9)的底部與氣液分離器(11)的氣液混合體入口連通，所述氣液分離器(11)上還具有氣體出口和液體出口，所述氣體出口通過輸氣管(24)與氣泵(13)的進氣口連接，氣泵(13)的出氣口通過輸氣管(24)與位于污水處理腔(22)內下部的曝氣器(4)的氣體入口連通；所述液體出口通過污水管II (25)與污水泵(12)的進水口連通，所述污水泵(12)的出水口通過污水管II (25)與污水處理腔(22)側壁上的污水入口 II連通。
2.如權利要求1所述的高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置，其特征在于，所述污水處理腔(22)側壁上的污水入口 I上連接有進污管(26)，所述進污管(26)上設有調節閥V (20)，調節閥V (20)通過調節其開闔程度控制進入污水處理腔(22)內的污水量；所述污水處理腔(22)的側壁上的污水出口 I上連接有排污管，排污管上設有調節閥IV (19)。
3.如權利要求2所述的高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置，其特征在于，所述污水處理腔(22)內還設有用于檢測污水處理腔(22)內污水氧化還原電位的氧化還原電位計(3)，所述污水管I (23)上還設有調壓閥I (6)，所述輸氣管(24)上還設有調節閥11(14),所述污水管II (25)上還設有調節閥III(16);還包括控制器(I)，所述控制器(I)分別與投放硫酸亞鐵的加藥裝置(2)、氧化還原電位計(3)、調壓閥I (6)、調節閥II (14)、調節閥111(16)、調節閥IV(19)、調節閥V (20)、高壓水泵(5)、污水泵(12)和氣泵(13)連接；控制器(I)用于根據氧化還原電位計(3)檢測的數據控制投放硫酸亞鐵的加藥裝置(2)投入污水處理腔(22)內硫酸亞鐵的量；還用于控制調壓閥I (6)、調節閥II (14)、調節閥III(16)、調節閥IV (19)和調節閥V (20)的開闔程度，還用于控制高壓水泵(5)、污水泵(12)、氣泵(13)的工作狀態。
4.如權利要求1所述的高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置，其特征在于，所述網狀線-線式放電裝置(91)包括多根并排設置的細絲(93)，相鄰兩根細絲(93)的間距為0.5-2.0mm，所述細絲(93)由導電電極(92)和包裹在導電電極(92)外側的絕緣材料(94)構成。
5.如權利要求4所述的高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置，其特征在于，所述導電電極(92)是由金屬材料、合金材料或石墨制成的細絲且其直徑為0.03-2mm。
6.如權利要求4所述的高壓霧化介質阻擋放電等離子體水處理裝置，其特征在于，所述包裹在導電電極(92)外側絕緣材料(94)是陶瓷，所述陶瓷通過燒結的方式包裹在導電電極(92)的外側，所述陶瓷的厚度為0.02-lmm。
【文檔編號】C02F1/72GK103693714SQ201410011739
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】劉坤, 廖華, 王琛穎, 何為 申請人:重慶大學