申請(qǐng)日2010.06.18

　　公開(kāi)(公告)日2012.07.04

　　IPC分類(lèi)號(hào)H01J65/04; C02F1/32; C02F1/30

　　摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)一種微波無(wú)極準(zhǔn)分子燈處理廢水的裝置及裝置中的無(wú)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(wú)極準(zhǔn)分子燈的1/5～1/3部分固定在諧振腔內(nèi)，無(wú)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(wú)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(shū)

　　1.一種微波無(wú)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(wú)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)，磁控管(3)和諧振腔殼體(4)設(shè)置在外殼(2)內(nèi)，磁控管(3)通過(guò)電纜(1-1)與微波電源(1)連接，其特征在于：

　　所述無(wú)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)內(nèi)包裹金屬線圈(5-3)，內(nèi)管(5-2)可以全部或部分設(shè)置在燈管(5-1)內(nèi);

　　廢水處理池(9)置于微波發(fā)生器的外殼(2)下方，無(wú)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(wú)極準(zhǔn)分子燈(5)的該固定在諧振腔殼體(4)內(nèi)的一端固定了金屬線圈(5-3);

　　無(wú)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(wú)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(wú)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(kāi)有一安裝孔，兩個(gè)孔同軸;

　　無(wú)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(wú)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(wú)極準(zhǔn)分子燈(5)的上端從下往上通過(guò)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(wú)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(guò)1～3個(gè)位于石英套管(8)中的固定架(10-2)而固定在無(wú)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(wú)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。

　　說(shuō)明書(shū)

　　微波無(wú)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(wú)極準(zhǔn)分子燈深度 處理廢水的裝置、該裝置的無(wú)電極燈的真空配氣系統(tǒng)。

　　背景技術(shù)

　　近年來(lái)，關(guān)于廢水深度治理方面的新技術(shù)已越來(lái)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(lái)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(wèn)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(wú)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(wú)極紫外光源由于沒(méi) 有電極，不會(huì)產(chǎn)生由于電極氧化、損耗和封接密封問(wèn)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(wú)極燈主要有兩種：一種是電激發(fā)無(wú)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(wú)極燈(Microwave Discharge Electrodeless Lamps，MDELs)，又稱(chēng)微波無(wú)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(wèn)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(wú)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(wú)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(guò)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(chēng)，也被稱(chēng)為三體碰撞無(wú)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(guò)激發(fā)態(tài)稀有氣體的原子R*與基態(tài)的原子R通過(guò)三體碰撞反應(yīng)形成的;另一類(lèi)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(guò)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(guò)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(lái)。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(wú)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(kāi)展。中國(guó)專(zhuān)利 文獻(xiàn)CN1303000C(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00410065979.7)公開(kāi)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(wú)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(wú)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(kāi)口與外部旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連;其中所用的無(wú)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(zhuān)利文獻(xiàn) CN101239299A(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00810064139.7)公開(kāi)了一種微波無(wú)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(wú)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(kāi)文件，所用無(wú)極燈的真空度不夠高，顯著影響光強(qiáng)、光效和 使用壽命，沒(méi)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(méi)有配套的真空設(shè)備來(lái)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)極準(zhǔn)分子燈的1/5～1/3部分固定在諧振腔殼 體內(nèi); 無(wú)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(kāi)有一安裝孔，兩個(gè)孔同軸; 無(wú)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(wú)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(wú)極準(zhǔn)分子燈的上端從下往上通過(guò)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(guò)1～3個(gè)位于石英套管中的固定架而固定在無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(mén)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(guò)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(mén)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(guò)各自的支路管道和無(wú)油活塞連接到第六管道上，其中各無(wú)油活塞通過(guò)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(wú)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(wú)極燈的形狀、尺寸和插入諧振腔的深 度，使無(wú)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。