利用气液放电产生等离子体处理水的装置及方法

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体地说是一种利用气液放电产生等离子体处理水的装置及方法。

背景技术

目前的污水处理方式主要有生物处理法、化学处理法以及物理处理法。这些方法日益成熟，但其缺点也不容忽视。

如生物处理法存在着占地面积大、处理周期长、受环境因素影响大等诸多问题；化学处理法需要使用化学药剂，成本高且会造成二次污染；而一些较为新颖的方法，如吸附法和离子交换法虽然去除氨氮效果好且成本低，但它们大多没有合适的吸附剂和高性能离子交换试剂；传统的物理处理法难以去除大分子有机物，缺少合适的交换膜。

另外，海水一直是最大的水源供给来源，海水淡化后应用于生产生活和生活，是研发人员一直研究的课题。

等离子体处理水是近几年兴起的一种新型处理方式，现有的等离子体处理法装置复杂，占用空间大且操作复杂，处理装置能耗高，且处理量小；而且液相等离子体放电处理水电解消耗掉的水多，产生热量大进而造成升温快、温度高等问题。

如中国发明专利文献“CN202110881918-一种利用水下鼓泡多模式放电合成过氧化氢的装置”，其公开的是利用高压电源在水下鼓泡放电合成过氧化氢来实现处理污水的目的，该设备单纯制过氧化氢效率低，产生的过氧化氢浓度也不高。过氧化氢并不是放电反应的最终产物，本装置将他作为中间产物，能够和其他中间产物臭氧、羟基自由基等一起起到高效的水处理作用，因此利用率比较低。

由此可见，现有技术中需要解决的问题如下：

1.传统的水处理方式需要添加剂，会造成二次污染；或处理效率底处理周期长等问题；

2.传统等离子体水处理方式装置复杂，占用空间大且操作复杂；

3.传统的等离子体水处理装置能耗高，且处理量小；

4.液相等离子体放电处理水电解消耗掉的水多，产生热量大进而造成升温快、温度高等问题。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的技术缺陷，一是提供一种等离子体发生机构，二是提供一种利用气液放电产生等离子体处理水的装置，二是提供一种利用这种装置进行水处理的方法。

本发明采用的技术方案是：一种等离子体发生机构，包括液体容器、气管、直流高压电源和空气间隙；气管一端与气泵连通；气管另一端伸进液体容器中；

所述内电极通过内电极导线悬置于气管的下部，内电极导线与空气间隙的输出端连接；所述外电极导电环缠绕在所述气管的下部外壁上，外电极导电环外围的水为外电极，外电极导电环通过外电极导线与直流高压电源的输出端连接；

所述外电极为气管外围的液体；

所述气管下部的侧壁上均布出气孔；出气孔沿气管管壁环形排列；所述外电极导电环置于所述出气孔下方的气管外壁上。

一种等离子体发生机构的应用，所述等离子体发生机构应用于污水处理；液体容器中盛放的为静置或流动性水,利用气液放电产生等离子体处理水。

一种利用气液放电产生等离子体处理水的装置，该装置基于上述等离子发生机构，还包括处理箱、示波器和调压阀；

所述液体容器为水盛放容器，所述水盛放容器设置在处理箱内部；

所述直流高压电源，其一输出端引出外电极导线，其另一输出端通过连接导线与空气间隙的输入端连接；空间间隙的输出端引出内电极导线，内电极导线上连接所述示波器；

所述气管上安装有调压阀。

所述气管的中部设置有安装孔，安装孔内壁设置绝缘密封圈，实现密封。

所述安装孔设置于气管中心轴线上，所述内电极导线通过绝缘密封圈，沿气管的中心轴线伸进气管内。

所述直流高压电源包括整流电路、滤波电路、逆变电路、高频变压器、八倍压电路、驱动电路、控制电路、反馈电路及PWM控制模块；其中市电接入后连接整流电路，整流电路依次连接滤波电路、逆变电路、高频变压器和八倍压电路；控制电路和反馈电路均与PWM控制模块的输入端连接，PWM控制模块的输出端连接驱动电路；驱动电路分别连接滤波电路和逆变电路。

液体容器中的水液面没过所述出气孔及所述内电极。

一种基于上述装置进行水处理的方法：

S1、先向水盛放容器中注入待处理的水；

S2、接通直流高压电源，外电极导线与外电极导电环连接完成导电，污水成为外电极；

S3、打开气泵，气泵吹出的氧气沿气管输送至水中；

S4、当直流高压电源输出的电流经连接导线到达空气间隙后形成高压脉冲电流，所述高压脉冲电流经内电极导线到达内电极，并击穿内电极与液体外电极之间的气体介质，在内电极与出气孔处形成一圈紫色电弧，形成等离子体；

S5、步骤S4中形成的等离子体中的活性物质和臭氧存在气泡中，随着气流的吹动从出气孔进入污水中，作用于污水，实现对污水中杂质的处理。

内电极与出气孔交界处形成放电通道，放电通道沿半径由所述内电极指向外电极。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.相较于传统等离子体放电处理污水装置，本发明利用气液放电产生了更多细小绵密的气泡，等离子体中活性物质存在气泡中，与污水反应更充分，气泡还能起到搅拌混合的作用，处理水更高效，能处理多种水污染物，处理范围更广泛；

2.相较于液相等离子体放电处理水装置，本发明解决了液相等离子体放电处理水电解消耗掉的水多，产生热量大进而造成升温快、温度高等问题，且本发明能耗低；

3.相较于传统的等离子体处理水装置，本发明制作了一套由整流电路、滤波电路、逆变电路、调频电路、倍压整流电路等组成的直流高压电源，操作更简单，组成更简单且占用空间更小；

4.相较于传统的等离子体处理水装置，本发明的所述处理箱用来固定所述内电极和所述气管，同时形成密封环境，方便用来检测产生气体成分，避免对环境造成二次污染；

5.相较于传统的水处理装置，本发明在水处理过程中不添加任何催化剂，没有二次污染。

附图说明

图1为本发明中静置水处理装置的整体结构示意图。

图2为本发明中等离子发生机构结构示意图。

图3为本发明中流动水处理装置的部分结构示意图。

图4为本发明中直流高压电源结构连接框图。

图中：直流高压电源1，空气间隙2，示波器3，调压阀4，气泵5，气管6，内电极7，出气孔8，液体容器9，外电极导电环10，处理箱11，内电极导线12，外电极导线13，连接导线14，水泵15，连通管道16。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参见附图1-3，本发明一是公开了一种等离子体发生机构，这种发生机构应用于污水处理，液体容器中盛放的为静置或流动性水，可以是工业废水，也可以是待处理的海水，利用气液放电产生等离子体处理水。

本实施例，以污水处理为例进行说明。这种等离子体发生机构，包括液体容器9、气管6、直流高压电源1和空气间隙2。气管6的一端与气泵5连通，气管6的另一端伸进液体容器9中。内电极7通过内电极导线12悬置于气管6的下部，内电极导线12与空气间隙2的输出端连接。外电极导电环10缠绕在气管6的下部外壁上，外电极导电环10外围的污水为外电极，外电极导电环10通过外电极导线13与直流高压电源1的输出端连接。液体容器中水液面没过所述出气孔及所述内电极。

作为优选，内电极采用耐腐蚀、抗氧化、导电导热性良好的材料，能用于处理酸碱性的腐蚀性液体。外电极为气管外围的液体。气管采用耐高温的石英管，能防止电火花。

作为一个优选的实施例，气管6下部的侧壁上均布出气孔8。出气孔8沿气管6的管壁环形排列。外电极导电环10置于出气孔8下方的气管外壁上，其主要作用是实现导电，使得气管6外部的液体为外电极，利用气液放电产生等离子体，作用于污水，完成污水中杂质的去除。

本发明还公开了一种包含上述等离子体发生机构的污水处理装置，利用气液放电产生等离子体处理污水。该装置除了等离子体发生机构外，还包括处理箱11、示波器3和调压阀4；

实施例一

本实施例中所处理的为静置污水。液体容器9为水盛放容器，液体容器设置在处理箱11内部，处理箱11采用密闭箱体，在处理箱箱壁上设置用于安装的通孔，最好通孔内均设置密封圈，用来固定所述内电极和所述气管，同时形成密封环境用来检测产生气体成分。

作为优选的一个实施例，本发明中所公开的直流高压电源1，其一输出端引出外电极导线13，其另一输出端通过连接导线14与空气间隙2的输入端连接；空间间隙2的输出端引出内电极导线12，内电极导线12上连接所述示波器3；气管6上安装有调压阀4。其中，示波器3起到监视脉冲频率及电压大小等电气参数的作用，调压阀4起到调节气流大小的作用，调压阀4安装在临近气泵5的气管上。

作为优选的一个实施例，气管6的中部的弯折部位设置有安装孔，安装孔内壁设置绝缘密封圈，实现密封。安装孔设置于气管6的中心轴线上，内电极导线12通过绝缘密封圈，沿气管6的中心轴线伸进气管6内，内电极通过上述内电极导线12悬置于气管6下部中心。

作为优选的一个实施例，见附图3，直流高压电源1包括整流电路、滤波电路、逆变电路、高频变压器、八倍压电路、驱动电路、控制电路、反馈电路及PWM控制模块；其中市电接入后连接整流电路，整流电路依次连接滤波电路、逆变电路、高频变压器和八倍压电路；控制电路和反馈电路均与PWM控制模块的输入端连接，PWM控制模块的输出端连接驱动电路；驱动电路分别连接滤波电路和逆变电路。

基于上述装置进行污水处理的方法，具体步骤如下：

S1、先向水盛放容器中注入待处理的污水；

S2、接通直流高压电源，外电极导线与外电极导电环连接完成导电，污水成为外电极；

S3、打开气泵，气泵出吹的气流沿气管输送至污水中；

S4、当直流高压电源输出的电流经连接导线到达空气间隙后形成高压脉冲电流，高压脉冲电流经内电极导线到达内电极，并击穿内电极与液体外电极之间的气体，在内电极与出气孔处形成一圈紫色电弧，在气流作用下形成等离子体；

S5、步骤S4中形成的等离子体中的活性物质和臭氧存在气泡中，随着气流的吹动从出气孔进入污水中，作用于污水，实现对污水中杂质的处理。

从截面中来看，内电极与出气孔交界处形成放电通道，放电通道沿半径由内电极指向外电极。

本发明所公开的这种装潢之，针对不同类型的污水，电压、频率、气体介质的种类是可以调节的，具体实施例如下：

实施例二

本实施例中所处理的为氨氮污水。其他步骤与实施例一相同，调节直流高压电源1和空气间隙2，使放电电压达到12kV，脉冲频率为160Hz，调节调压阀4使气压为0.03MPa,40分钟氨氮的去除率为97%。

实施例三

本实施例中所处理的为有机污水。其他步骤与实施例一相同，调节直流高压电源1和空气间隙2，使放电电压达到14kV，脉冲频率为190Hz，调节调压阀4使气压为0.04MPa,30分钟COD的去除率为95.4%。

实施例四

本实施例中处理的为流动污水。其他步骤与实施例一相同，区别如下：见附图3，在两个液体容器之间设置连通管道16，等离子体发生机构的下部安装在连通管道内，一个液体容器中设置水泵15，在水的流动过程中经过等离子体发生机构中的气管，实现液体与等离子体的作用，完成杂质清除。

通过上述实施例可以得出，本发明所公开的等离子发生机构、污水处理装置和方法，均是利用气液放电产生等离子体，通过存在于气

泡中的等离子体的活性物质处理污水中的杂质，针对不同类型、不同浓度的污水，可以改变电气参数和气体介质来实现污水处理的目的。

下面表格中的数据为本发明的污水处理效果与公知污水处理方式的对比表。其中序号9为采用本发明所公开的利用气液放电产生等离子体处理污水的数据，由此可看出，本发明的处理效果明显优于传统等离子产生形式的处理效果。