申請日2010.06.04

　　公開(公告)日2010.10.20

　　IPC分類號C02F1/48

　　摘要

　　本發(fā)明涉及環(huán)境技術(shù)中的水處理裝置，旨在提供一種磁驅(qū)動(dòng)螺旋滑動(dòng)弧非平衡等離子體廢水處理裝置。該裝置包括由石英玻璃罩、絕緣蓋和兩個(gè)電極組成的等離子反應(yīng)器，兩個(gè)電極與高壓直流電源相連;所述石英玻璃罩呈圓柱狀，其上端與絕緣蓋相接，其下端封閉并設(shè)置一出口;兩個(gè)電極分別為中心電極和螺旋外電極，均由絕緣蓋固定并向下延展于石英玻璃罩的內(nèi)部，中心電極保持直線形垂直向下，而螺旋外電極呈漸開螺旋線形向下延展;裝置還有一個(gè)噴霧系統(tǒng)，石英玻璃罩外部圍繞設(shè)置一電磁鐵。該裝置小型、便攜，操作簡單，且制作成本低廉;電弧有足夠的發(fā)展時(shí)間可以拉長非平衡區(qū)使反應(yīng)充分。降解最終產(chǎn)物是二氧化碳和水等單純的無機(jī)物不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種磁驅(qū)動(dòng)螺旋滑動(dòng)弧非平衡等離子體廢水處理裝置，包括由石英玻璃罩、絕緣蓋和兩個(gè)電極組成的等離子反應(yīng)器，兩個(gè)電極與高壓直流電源相連;其特征在于，所述石英玻璃罩呈圓柱狀，其上端與絕緣蓋相接，其下端封閉并設(shè)置一出口;兩個(gè)電極分別為中心電極和螺旋外電極，均由絕緣蓋固定并向下延展于石英玻璃罩的內(nèi)部，且在靠近電極根部的位置具有相距最窄處;自相距最窄處開始，中心電極保持直線形垂直向下，而螺旋外電極呈漸開螺旋線形向下延展;所述廢水處理裝置還有一個(gè)噴霧系統(tǒng)，包括一個(gè)穿透且固定于絕緣蓋上的霧化噴嘴，污水源經(jīng)水泵接于霧化噴嘴，載氣源也接于霧化噴嘴;所述石英玻璃罩外部圍繞設(shè)置一電磁鐵。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述中心電極和螺旋外電極是直徑為4mm的銅絲或者不銹鋼絲的電極，在石英玻璃罩內(nèi)向下延展的距離為150～250mm，兩電極相距最窄處為1～3.5mm，兩電極末端距離為50～60mm，其中螺旋外電極自相距最窄處開始階段的螺距為25～35mm。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述中心電極和螺旋外電極的根部到相距最窄處的過渡段，與其根部直線段之間的夾角大于120度。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述的石英玻璃罩的內(nèi)徑為140mm，略大于螺旋外電極形成的最大螺旋的尺寸。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述霧化噴嘴的直徑為0.5～2mm。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述絕緣蓋是聚四氟乙烯制成的絕緣蓋。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述電磁鐵是用1mm粗絕緣漆包銅絲繞成，其線圈半徑略大于石英玻璃罩的外徑。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述中心電極和或螺旋外電極與高壓直流電源之間設(shè)置分壓電阻。

　　說明書

　　磁驅(qū)動(dòng)螺旋滑動(dòng)弧非平衡等離子體廢水處理裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及環(huán)境技術(shù)中的水處理裝置，特別涉及一種磁驅(qū)動(dòng)螺旋滑動(dòng)弧非平衡等離子體廢水處理裝置。

　　背景技術(shù)

　　由于非平衡等離子體可以產(chǎn)生高能電子和具有強(qiáng)氧化性的自由基，在控制污染物排放和材料加工領(lǐng)域越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。非平衡等離子的產(chǎn)生方式有輝光放電、脈沖放電、介質(zhì)阻擋放電和滑動(dòng)電弧放電等。傳統(tǒng)的熱平衡等離子體與非平衡等離子體不能同時(shí)滿足化學(xué)反應(yīng)所需能量及高度非平衡性，即同時(shí)擁有高度非平衡性及較高的電子溫度�；瑒�(dòng)弧放電等離子體是近幾年出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，相比于熱等離子體，由于滑動(dòng)弧放電過程的主要能量(大于75-80%)消耗在非平衡區(qū)域，整體仍顯示顯著的低溫等離子體特性，所以體現(xiàn)出良好的能量利用率。這種方法可以在大氣壓或者更高壓力下產(chǎn)生非平衡等離子且不需要對電流進(jìn)行抑制，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的能量輸入，提高了刺激化學(xué)反應(yīng)的能力�；瑒�(dòng)弧由于具有這些優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在污染物控制排放技術(shù)方面得到了各國學(xué)者的研究和發(fā)展。最初，Czemichowski A.等人首先嘗試將滑動(dòng)弧等離子體(法國專利2639172)應(yīng)用于處理工業(yè)廢氣和垃圾焚燒尾氣中，以消解有機(jī)污染物(二甲苯、甲醇等)、硫化氫和二氧化硫等。近些年國外學(xué)者進(jìn)行將滑動(dòng)弧等離子體技術(shù)用于處理高濃度有機(jī)污水方面的研究，如Abdelmalek F利用滑動(dòng)弧液相處理裝置處理酸性黃4GL模擬有機(jī)廢水，處理后染料COD降解率達(dá)92.5%(Abdelmalek F.，et al.WaterReseareh.2004，38(9)：2339-2347);Moussas D等人把與電源相連的兩個(gè)電極安裝在有機(jī)溶劑上方，使形成的單相滑動(dòng)弧放電產(chǎn)生的活性粒子被氣流吹入待處理的液體中，以氧化分解有機(jī)物(Moussa D.，et al.J.Hazard Mater.B.2003，102：189-200.)。國內(nèi)，滑動(dòng)弧放電的研究處于起步階段，在滑動(dòng)弧放電物理特性方面有一定研究，如中科院林列等人開發(fā)的磁驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)弧大氣壓非平衡等離子體(中國專利9711193936.8)，研究內(nèi)容集中在滑動(dòng)弧物理特性方面;杜長明等開展了滑動(dòng)弧處理有機(jī)廢氣如多環(huán)芳烴、炭黑顆粒等，并在氣相滑動(dòng)弧的基礎(chǔ)上將噴嘴改用氣液霧化噴嘴，根據(jù)電源及電極結(jié)構(gòu)的不同研制出一種單相交流電電有機(jī)污水處理裝置(中國專利申請200410015948.0)和三相交流滑動(dòng)弧非平衡等離子體污水處理裝置(中國專利申請200410028667.2)。但是，這些的滑動(dòng)弧等離子發(fā)生裝置均具有以下幾個(gè)缺陷：1、污染物在反應(yīng)區(qū)中停留時(shí)間短;2、氣流與電弧接觸面積不夠大;3、能耗較高。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種磁驅(qū)動(dòng)螺旋滑動(dòng)弧非平衡等離子體廢水處理裝置。

　　為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的解決方案是：

　　提供一種磁驅(qū)動(dòng)螺旋滑動(dòng)弧非平衡等離子體廢水處理裝置，包括由石英玻璃罩、絕緣蓋和兩個(gè)電極組成的等離子反應(yīng)器，兩個(gè)電極與高壓直流電源相連;所述石英玻璃罩呈圓柱狀，其上端與絕緣蓋相接，其下端封閉并設(shè)置一出口;兩個(gè)電極分別為中心電極和螺旋外電極，均由絕緣蓋固定并向下延展于石英玻璃罩的內(nèi)部，且在靠近電極根部的位置具有相距最窄處;自相距最窄處開始，中心電極保持直線形垂直向下，而螺旋外電極呈漸開螺旋線形向下延展;所述廢水處理裝置還有一個(gè)噴霧系統(tǒng)，包括一個(gè)穿透且固定于絕緣蓋上的霧化噴嘴，污水源經(jīng)水泵接于霧化噴嘴，載氣源也接于霧化噴嘴;所述石英玻璃罩外部圍繞設(shè)置一電磁鐵。

　　所述高壓直流電源具有升壓和限流功能，輸入380V三相高壓交流電輸出電壓控制在0～10KV范圍內(nèi)。

　　作為一種改進(jìn)，所述中心電極和螺旋外電極是直徑為4mm的銅絲或者不銹鋼絲的電極，在石英玻璃罩內(nèi)向下延展的距離為150～250mm，兩電極相距最窄處為1～3.5mm;并且螺旋外電極和中心電極的距離也緩慢增大兩電極末端距離為50～60mm，具體參數(shù)要根據(jù)等離子發(fā)生裝置的功率、氣液混合比和處理對象的性質(zhì)綜合考慮確定。其中螺旋外電極自相距最窄處開始階段的螺距為25～35mm(30mm左右)以便于電弧順利滑過。

　　作為一種改進(jìn)，所述中心電極和螺旋外電極的根部到相距最窄處的過渡段，與其根部直線段之間的夾角大于120度。

　　作為一種改進(jìn)，所述的石英玻璃罩的內(nèi)徑為140mm，略大于螺旋外電極形成的最大螺旋的尺寸。

　　作為一種改進(jìn)，所述霧化噴嘴的直徑為0.5～2mm。

　　作為一種改進(jìn)，所述絕緣蓋是聚四氟乙烯制成的絕緣蓋。其尺寸根據(jù)兩電極的間距以及石英玻璃罩的尺寸確定。

　　作為一種改進(jìn)，所述電磁鐵是用1mm粗絕緣漆包銅絲繞成，其線圈半徑略大于石英玻璃罩的外徑。所用電源為220V交流電經(jīng)交直流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成10～20V的直流電。

　　作為一種改進(jìn)，所述中心電極和或螺旋外電極與高壓直流電源之間設(shè)置分壓電阻。

　　本發(fā)明中，所述載氣源的氣體可以選擇空氣、氧氣或氬氣，流量控制在200～1000L/h范圍內(nèi)。所述污水源可以選擇化工反應(yīng)、印染、發(fā)酵、制藥、造紙等行業(yè)產(chǎn)生的污水，流量控制在1～10L/h范圍內(nèi)。

　　本發(fā)明的有益效果在于：

　　能提高被處理的氣體與電弧等離子的接觸面積，增加氣流與等離子弧筑的擾動(dòng)，提高局部反應(yīng)速率;使氣體全部經(jīng)過反應(yīng)區(qū)，并盡量增加氣流在反應(yīng)區(qū)中的停留時(shí)間，以使被處理的氣體充分反應(yīng)降解，這樣就可以在同等條件(進(jìn)氣條件等)下減少處理次數(shù)或者增加單位時(shí)間的處理量，由此在提高降解率的同時(shí)降低能耗。

　　本發(fā)明的裝置還有如下技術(shù)特點(diǎn)：

　　小型、便攜，操作簡單，且制作成本低廉;

　　未反應(yīng)的氣體與等離子反應(yīng)區(qū)的接觸面積有足夠大的接觸面積，使氣體一次全部通過反應(yīng)區(qū)，而且電弧有足夠的發(fā)展時(shí)間可以拉長非平衡區(qū)使反應(yīng)充分。

　　在消除污染物中產(chǎn)生的過氧化氫和臭氧等一定時(shí)間后會(huì)自行分解，而降解最終產(chǎn)物是二氧化碳和水等單純的無機(jī)物不會(huì)產(chǎn)生二次污染。