申請(qǐng)日2010.06.18

　　公開(公告)日2010.10.13

　　IPC分類號(hào)C02F1/32; C02F1/30

　　摘要

　　本發(fā)明公開一種微波無極準(zhǔn)分子燈處理廢水的裝置及裝置中的無極準(zhǔn)分子燈的配氣系統(tǒng)，裝置的廢水處理池置于微波發(fā)生器的外殼下方，無極準(zhǔn)分子燈的1/5～1/3部分固定在諧振腔內(nèi)，無極準(zhǔn)分子燈未置于諧振腔內(nèi)的部分還套有一下端封閉的石英套管;微波發(fā)生器還包括對(duì)諧振腔降溫的風(fēng)扇和冷卻銅管，風(fēng)扇固定在外殼的內(nèi)側(cè)壁上，冷卻銅管焊接纏繞在外殼的外表面;無極準(zhǔn)分子燈的配氣系統(tǒng)在真空泵前還設(shè)置一冷井，與第二三通閥的第三端口相連的管道上并聯(lián)連接有洗氣瓶，儲(chǔ)氣瓶，壓力指示計(jì)，緩沖瓶和充氣管道，真空配氣系統(tǒng)真空度高，能根據(jù)處理廢水具體所需的紫外波長(zhǎng)填充不同的氣體使之激發(fā)出強(qiáng)度高、光效高的紫外光。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種微波無極準(zhǔn)分子燈處理廢水的裝置，包括微波電源(1)、微波發(fā)生器、無極準(zhǔn)分子燈(5)及廢水處理池(9)，微波發(fā)生器包括外殼(2)、磁控管(3)、諧振腔殼體(4)，其特征在于：

　　廢水處理池(9)置于微波發(fā)生器的外殼(2)下方，無極準(zhǔn)分子燈(5)的1/5～1/3部分固定在諧振腔殼體(4)內(nèi);

　　無極準(zhǔn)分子燈(5)未置于諧振腔殼體(4)內(nèi)的部分還套有一下端封閉上端敞口的石英套管(8)，并置于廢水處理池(9);

　　微波發(fā)生器還包括對(duì)諧振腔殼體(4)降溫的風(fēng)扇(6)和冷卻銅管(7)，風(fēng)扇(6)固定在外殼(2)的內(nèi)側(cè)壁上，且其葉片正對(duì)諧振腔殼體(4)，冷卻銅管(7)焊接纏繞在外殼(2)的外表面。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波無極準(zhǔn)分子燈處理廢水的裝置，其特征在于：外殼(2)由支架支撐在地面上，所述支架包括立柱(2-1)和高度可調(diào)式支腳(2-2)。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波無極準(zhǔn)分子燈處理廢水的裝置，其特征在于：外殼(2)的底部中央設(shè)有螺紋安裝孔，諧振腔殼體(4)的底部開有一安裝孔，兩個(gè)孔同軸;

　　無極準(zhǔn)分子燈(5)由固定件(10-1)固定在諧振腔殼體(4)中，所述固定件(10-1)是一帶外螺紋的空心管件，管件的內(nèi)徑與無極準(zhǔn)分子燈(5)插入諧振腔殼體(4)的部分的外徑大小相等，管件的外側(cè)面設(shè)置的外螺紋與外殼(2)底部的螺紋安裝孔相配合從而固定件(10-1)固定在外殼(2)的底部;

　　無極準(zhǔn)分子燈(5)的上端從下往上通過固定件(10-1)中間的通孔和諧振腔殼體(4)底部的安裝孔進(jìn)入并固定在諧振腔中。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波無極準(zhǔn)分子燈處理廢水的裝置，其特征在于：石英套管(8)通過1～3個(gè)位于石英套管(8)中的固定架(10-2)而固定在無極準(zhǔn)分子燈(5)上，所述固定架(10-2)的主體是一具有彈性的空心圈，空心圈的內(nèi)徑大小與無極準(zhǔn)分子燈(5)的燈管(5-1)的外徑大小相同;在空心圈的外周壁上還包括3～6個(gè)使用時(shí)與石英套管(8)的內(nèi)壁緊配合而相互固定的凸起。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波無極準(zhǔn)分子燈處理廢水的裝置，其特征在于：所述無極準(zhǔn)分子燈(5)包括燈管(5-1)、內(nèi)管(5-2)、金屬線圈(5-3)和填充氣體(5-4)，燈管(5-1)由石英玻璃制成且兩端封閉，內(nèi)管(5-2)可以全部或部分設(shè)置在燈管(5-1)內(nèi)。

　　6.一種無極準(zhǔn)分子燈的配氣系統(tǒng)，包括真空泵(21)、三通閥(23)、擴(kuò)散泵(24)、洗氣瓶(25)、儲(chǔ)氣瓶(27)、壓力指示計(jì)(28)、充氣管(29)、排氣口、緩沖瓶(31)和各部分進(jìn)行連接的相應(yīng)的管道、閥門或活塞;其特征在于：還包括一設(shè)置在真空泵(21)和三通閥(23)之間的冷井(22)，也即真空泵(21)前還設(shè)置一冷井(22);

　　三通閥(23)包括第一三通閥(23-1)和第二三通閥(23-2)，按照氣體的運(yùn)動(dòng)順序，真空泵(21)的抽氣口經(jīng)液氮冷井(22)與第一三通閥(23-1)的第一端口相連;第一三通閥(23-1)的第三端口經(jīng)管道與第二三通閥(23-2)的第一端口相連;第二三通閥(23-2)的第二端口經(jīng)管道與擴(kuò)散泵(24)的第一抽氣口相連;擴(kuò)散泵(24)的第二抽氣口經(jīng)管道與第一三通閥(23-1)的第二端口相連;第二三通閥(23-2)的第三端口通過第六管道(46)分別與洗氣瓶(25)，儲(chǔ)氣瓶(27)，壓力指示計(jì)(28)，緩沖瓶(31)以及充氣管道(47)相連;第六管道(46)遠(yuǎn)離第二三通閥(23-2)的端口未被封閉，該端口設(shè)置一個(gè)排氣閥門(30)作為排氣口。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無極準(zhǔn)分子燈的配氣系統(tǒng)，其特征在于：壓力指示計(jì)(28)包括指示大于10torr壓力值的耐腐蝕壓力表(28-1)和指示0.1torr至10torr壓力值的U型壓力計(jì)(28-2)，U型壓力計(jì)(28-2)中的指示液是濃硫酸、濃磷酸或真空油脂。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無極準(zhǔn)分子燈的配氣系統(tǒng)，其特征在于：儲(chǔ)氣瓶(27)包括鹵素儲(chǔ)氣瓶(27-1)，惰性氣體儲(chǔ)氣瓶(27-2)，汞儲(chǔ)氣瓶(27-3);其中鹵素儲(chǔ)氣瓶(27-1)包括氟氣瓶、氯氣瓶、溴水瓶、碘瓶;惰性氣體儲(chǔ)氣瓶(27-2)包括He、Ne、Ar、Kr、Xe各自的氣瓶;汞儲(chǔ)氣瓶(27-3)中裝有液態(tài)汞。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無極準(zhǔn)分子燈的配氣系統(tǒng)，其特征在于：儲(chǔ)氣瓶(27)通過各自的支路管道(48)和無油活塞(52)連接到第六管道(46)上，其中各無油活塞(52)通過玻璃管燒結(jié)在第六管道(46)上，第六管道(46)上燒結(jié)2～6個(gè)無油活塞(52);儲(chǔ)氣瓶(27)的出氣口(26)燒結(jié)連通到相應(yīng)一個(gè)支路管道(48)的進(jìn)氣口處從而連接到第六管道(46)上。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無極準(zhǔn)分子燈的配氣系統(tǒng)，其特征在于：配氣系統(tǒng)還包括對(duì)儲(chǔ)氣瓶(27)降溫的液氮槽(32)和對(duì)儲(chǔ)氣瓶(27)加熱的加熱器(33)。

　　說明書

　　微波無極準(zhǔn)分子燈處理廢水的裝置與燈的配氣系統(tǒng)

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及廢水處理的裝置，特別是一種利用微波產(chǎn)生紫外光的無極準(zhǔn)分子燈深度處理廢水的裝置、該裝置的無電極燈的真空配氣系統(tǒng)。

　　背景技術(shù)

　　近年來，關(guān)于廢水深度治理方面的新技術(shù)已越來越多，如超聲波、超臨界流體、膜分離、等離子體和紫外光解等。紫外光解法反應(yīng)條件溫和、應(yīng)用范圍廣、實(shí)用性強(qiáng)，被認(rèn)為是一項(xiàng)很有發(fā)展前景的水處理技術(shù)，已受到越來越廣泛地關(guān)注。目前光化學(xué)研究中一般用汞燈作為紫外輻射光源，輻射波長(zhǎng)單一。且傳統(tǒng)汞燈都是有電極的，導(dǎo)致了燈管壽命短、耗電量大、電極材料和發(fā)光物質(zhì)選擇范圍小等一系列問題。普通光源存在的上述局限性極大地阻礙了光化學(xué)法在廢水處理中的應(yīng)用。

　　無極準(zhǔn)分子紫外燈作為一種新型紫外光源，同普通紫外燈相比，無極紫外光源由于沒有電極，不會(huì)產(chǎn)生由于電極氧化、損耗和封接密封問題引起的發(fā)黑現(xiàn)象，而且具有制造容易、價(jià)格低廉、能耗小、光強(qiáng)大和反應(yīng)器簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn);可以克服傳統(tǒng)紫外光源的局限性，發(fā)光物質(zhì)選擇范圍廣、壽命長(zhǎng)。

　　根據(jù)放電模式的不同，無極燈主要有兩種：一種是電激發(fā)無極燈，包括電容放電、感應(yīng)放電和表面波放電三種放電形式;另一種是微波放電無極燈(Microwave DischargeElectrodeless Lamps，MDELs)，又稱微波無極紫外燈。由于微波技術(shù)已經(jīng)很成熟，產(chǎn)生紫外光相對(duì)比較容易，可以避免電激發(fā)產(chǎn)生紫外光時(shí)需高壓脈沖電源和介質(zhì)擊穿問題。因此，MDELs占有更大優(yōu)勢(shì)，具有實(shí)現(xiàn)大功率和大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的可能，且在光催化氧化中微波可提高光催化效果。

　　微波無極燈工作原理是在石英、玻璃或其他材料形成的密閉殼體內(nèi)填充可蒸發(fā)金屬和稀有氣體的混合物。稀有氣體的作用是激發(fā)等離子體放電，當(dāng)無極燈放置于微波場(chǎng)中，稀有氣體被激發(fā)產(chǎn)生低壓等離子體，通過等離子體放電產(chǎn)生熱使可蒸發(fā)的金屬變?yōu)檎羝麘B(tài)，產(chǎn)生更多的等離子體，增大等離子壓力，釋放更多的能量，形成更高的發(fā)光效率。

　　準(zhǔn)分子是對(duì)具有束縛的高能態(tài)(壽命為10-6s～10-7s)和排斥(弱束縛)的基態(tài)分子(壽命10-13s)的統(tǒng)稱，也被稱為三體碰撞無輻射復(fù)合或原子碰撞態(tài)。準(zhǔn)分子只能在某些特殊的氣體放電條件下才能產(chǎn)生，如介質(zhì)阻擋放電、高能電子束、α粒子、同步輻射、高頻放電、微波放電、脈沖放電燈條件。放電時(shí)，原子被激發(fā)到高的電子能級(jí)，這些激發(fā)態(tài)原子與基態(tài)原子或分子碰撞產(chǎn)生一個(gè)分子并借助第三者轉(zhuǎn)移部分能量使之從高的振動(dòng)激發(fā)態(tài)馳豫到低的振動(dòng)激發(fā)態(tài)，成為相對(duì)穩(wěn)定的分子，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)波長(zhǎng)的紫外輻射。

　　稀有氣體雙原子準(zhǔn)分子是最簡(jiǎn)單的準(zhǔn)分子，如He2*、Ne2*、Ar2*、Kr2*和Xe2*是通過激發(fā)態(tài)稀有氣體的原子R*與基態(tài)的原子R通過三體碰撞反應(yīng)形成的;另一類比較重要的準(zhǔn)分子是稀有氣體-鹵素準(zhǔn)分子，如ArCl*、KrCl*、XeCl*、ArF*、XeF*，主要是通過正電性的稀有氣體離子、激發(fā)態(tài)與負(fù)電性的鹵素離子通過三體碰撞復(fù)合反應(yīng)生成的;鹵素分子也能形成準(zhǔn)分子，如F2*，Cl2*，Br2*，I2*;另外還有汞-鹵素準(zhǔn)分子，如HgCl*、HgBr*、HgI*，以及稀有氣體汞化合物準(zhǔn)分子，如HgXe*。準(zhǔn)分子以激發(fā)態(tài)存在，并在幾個(gè)納秒時(shí)間內(nèi)返回基態(tài)，并將激發(fā)態(tài)能量以UV光或VUV光的形式輻射出來。準(zhǔn)分子返回基態(tài)時(shí)，發(fā)出相應(yīng)波長(zhǎng)的輻射，光譜范圍可從50至600nm，對(duì)應(yīng)光子能量25至2eV，基本滿足了光化學(xué)反應(yīng)所需的能量范圍。

　　目前，關(guān)于準(zhǔn)分子光源的發(fā)光機(jī)理、準(zhǔn)分子形成的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、光譜特性等的研究已比較多，而將無極準(zhǔn)分子燈用于污染物降解的研究在90年代后期才得以開展。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN1303000C(專利申請(qǐng)?zhí)?00410065979.7)公開了一種微波光催化處理廢水的方法和裝置，所述的微波光催化處理廢水的裝置，包括微波反應(yīng)爐、廢水反應(yīng)室和無電極燈，微波反應(yīng)爐腔中安放廢水反應(yīng)室，廢水反應(yīng)室內(nèi)壁的凸柱上架設(shè)環(huán)形固定器，無電極燈插入環(huán)形固定器的小孔中，石英攪拌器置于廢水反應(yīng)室中，攪拌器中軸經(jīng)廢水反應(yīng)室上部和微波爐上部的開口與外部旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連;其中所用的無電極燈是抽空氣至2.5～5.0kPa后，充入0.5～2.0kPa氬氣或氦氣，并滴加金屬汞1～5滴，最后密封而成。另外，中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101239299A(專利申請(qǐng)?zhí)?00810064139.7)公開了一種微波無極紫外光催化一體反應(yīng)裝置，循環(huán)冷卻套管和反應(yīng)腔燒制為一體，循環(huán)冷卻套管與反應(yīng)腔之間形成循環(huán)冷卻水腔，反應(yīng)腔的底板上固裝有燈座，無極紫外燈安裝在燈座上，雙層反應(yīng)器放置在微波化學(xué)試驗(yàn)儀的底板上。

　　上述廢水反應(yīng)室置于微波反應(yīng)爐中形式的廢水處理裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)光和微波的協(xié)同作用，具有較高的光催化活性;但是這種結(jié)構(gòu)由于將廢水反應(yīng)室與微波發(fā)生器集中在一個(gè)外殼內(nèi)，導(dǎo)致整套裝置的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且限制了廢水反應(yīng)室的大小，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，當(dāng)廢水反應(yīng)室設(shè)計(jì)得較大時(shí)，微波反應(yīng)爐必需相應(yīng)地增大容積，造成成本的提高;另外，裝置所用的紫外光源單一，對(duì)于第一份公開文件，所用無極燈的真空度不夠高，顯著影響光強(qiáng)、光效和使用壽命，沒有體現(xiàn)出準(zhǔn)分子光源紫外輻射波長(zhǎng)范圍廣、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，其直接原因是沒有配套的真空設(shè)備來實(shí)現(xiàn)燈管內(nèi)氣體的填充，因而不能根據(jù)具體所需的紫外波長(zhǎng)填充不同的氣體從而在微波激發(fā)下產(chǎn)生紫外光直接光解不同廢水，亦不能在燈管高真空的狀態(tài)下填充高純度的氣體得到高光強(qiáng)、高光效的燈管。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的之一是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廢水處理室易于擴(kuò)展的微波無極準(zhǔn)分子燈深度處理廢水的裝置，目的之二是提供一種上述廢水處理裝置所用的無極準(zhǔn)分子燈的真空配氣系統(tǒng)，從而獲得紫外光強(qiáng)度高、任意波長(zhǎng)的紫外光源。

　　實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種微波無極準(zhǔn)分子燈處理廢水的裝置，包括微波電源、微波發(fā)生器、無極準(zhǔn)分子燈及廢水處理池，微波發(fā)生器包括外殼、磁控管、諧振腔殼體，廢水處理池置于微波發(fā)生器的外殼下方，無極準(zhǔn)分子燈的1/5～1/3部分固定在諧振腔殼體內(nèi);無極準(zhǔn)分子燈未置于諧振腔殼體內(nèi)的部分還套有一下端封閉上端敞口的石英套管，并置于廢水處理池;微波發(fā)生器還包括對(duì)諧振腔殼體降溫的風(fēng)扇和冷卻銅管，風(fēng)扇固定在外殼的內(nèi)側(cè)壁上，且其葉片正對(duì)諧振腔殼體，冷卻銅管焊接纏繞在外殼的外表面。

　　外殼由支架支撐在地面上，所述支架包括立柱和高度可調(diào)式支腳。

　　外殼的底部中央設(shè)有螺紋安裝孔，諧振腔殼體的底部開有一安裝孔，兩個(gè)孔同軸;無極準(zhǔn)分子燈由固定件固定在諧振腔殼體中，所述固定件是一帶外螺紋的空心管件，管件的內(nèi)徑與無極準(zhǔn)分子燈插入諧振腔殼體的部分的外徑大小相等，管件的外側(cè)面設(shè)置的外螺紋與外殼底部的螺紋安裝孔相配合從而固定件固定在外殼的底部;無極準(zhǔn)分子燈的上端從下往上通過固定件中間的通孔和諧振腔殼體底部的安裝孔進(jìn)入并固定在諧振腔中。

　　石英套管通過1～3個(gè)位于石英套管中的固定架而固定在無極準(zhǔn)分子燈上，所述固定架的主體是一具有彈性的空心圈，空心圈的內(nèi)徑大小與無極準(zhǔn)分子燈的燈管的外徑大小相同;在空心圈的外周壁上還包括3～6個(gè)使用時(shí)與石英套管的內(nèi)壁緊配合而相互固定的凸起。

　　所述無極準(zhǔn)分子燈包括燈管、內(nèi)管、金屬線圈和填充氣體，燈管由石英玻璃制成且兩端封閉，內(nèi)管可以全部或部分設(shè)置在燈管內(nèi)。

　　一種無極準(zhǔn)分子燈的配氣系統(tǒng)，包括真空泵、三通閥、擴(kuò)散泵、洗氣瓶、儲(chǔ)氣瓶、壓力指示計(jì)、充氣管、排氣口、緩沖瓶和各部分進(jìn)行連接的相應(yīng)的管道、閥門或活塞;還包括一設(shè)置在真空泵和三通閥之間的冷井，也即真空泵前還設(shè)置一冷井;三通閥包括第一三通閥和第二三通閥，按照氣體的運(yùn)動(dòng)順序，真空泵的抽氣口經(jīng)液氮冷井與第一三通閥的第一端口相連;第一三通閥的第三端口經(jīng)管道與第二三通閥的第一端口相連;第二三通閥的第二端口經(jīng)管道與擴(kuò)散泵的第一抽氣口相連;擴(kuò)散泵的第二抽氣口經(jīng)管道與第一三通閥的第二端口相連;第二三通閥的第三端口通過第六管道分別與洗氣瓶，儲(chǔ)氣瓶，壓力指示計(jì)，緩沖瓶以及充氣管道相連;第六管道遠(yuǎn)離第二三通閥的端口未被封閉，該端口設(shè)置一個(gè)排氣閥門作為排氣口。

　　壓力指示計(jì)包括指示大于10torr壓力值的耐腐蝕壓力表和指示0.1torr至10torr壓力值的U型壓力計(jì)，U型壓力計(jì)中的指示液是濃硫酸、濃磷酸或真空油脂。

　　儲(chǔ)氣瓶包括鹵素儲(chǔ)氣瓶，惰性氣體儲(chǔ)氣瓶，汞儲(chǔ)氣瓶;其中鹵素儲(chǔ)氣瓶包括氟氣瓶、氯氣瓶、溴水瓶、碘瓶;惰性氣體儲(chǔ)氣瓶包括He、Ne、Ar、Kr、Xe各自的氣瓶;汞儲(chǔ)氣瓶中裝有液態(tài)汞。

　　儲(chǔ)氣瓶通過各自的支路管道和無油活塞連接到第六管道上，其中各無油活塞通過玻璃管燒結(jié)在第六管道上，第六管道上燒結(jié)2～6個(gè)無油活塞;儲(chǔ)氣瓶的出氣口燒結(jié)連通到相應(yīng)一個(gè)支路管道的進(jìn)氣口處從而連接到第六管道上。

　　配氣系統(tǒng)還包括對(duì)儲(chǔ)氣瓶降溫的液氮槽和對(duì)儲(chǔ)氣瓶加熱的加熱器。

　　本發(fā)明具有積極的效果：(1)本發(fā)明的廢水處理裝置中準(zhǔn)分子燈輻射的紫外光強(qiáng)度高、波長(zhǎng)可調(diào)，可直接光解多種低濃度難降解廢水(包括焦化廢水、制藥廢水和染料廢水等)，使之達(dá)標(biāo)排放;裝置的操作簡(jiǎn)單、去除率高、并可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。(2)本發(fā)明的廢水處理裝置能同時(shí)調(diào)節(jié)微波的功率、頻率，并可改變無極燈的形狀、尺寸和插入諧振腔的深度，使無極燈能持續(xù)有效地發(fā)光。(3)本發(fā)明的廢水處理裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配合真空配氣系統(tǒng)，能廣泛應(yīng)用于廢水的光解或光催化降解。(4)本發(fā)明的真空配氣系統(tǒng)真空度高，能根據(jù)處理廢水具體所需的紫外波長(zhǎng)填充不同的氣體使之激發(fā)出強(qiáng)度高、光效高的紫外光。