CN1973991A - 一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的方法及装置。废气和废液分别从进气口、进液口进入气液等离子体发生器中，中空喷嘴电晕极、金属网接地极分别接高压直流/脉冲电源的正极、接地极，给高压电源供电，使等离子体发生器内平均电场强度为1～10kV/cm，电晕放电激活等离子体发生器中的自由基源物质分子，产生活性粒子与污染物分子发生反应，使其中的污染物得到降解并高效杀灭细菌、病毒、微藻、原生动物，净化后的气体和液体分别从出气口和出液口排出。本发明同时处理气、液两相中的有机、无机污染物并高效的杀灭细菌、微藻等微生物，可在常温常压下进行，处理效率高、工艺流程简单、能耗及运行费用低、无有毒有害中间产物，无二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其是涉及一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的方法及装置。
背景技术
低温等离子体处理法是一种新的高级氧化工艺。近年来被广泛的应用于水处理和大气处理领域。低温等离子体处理有机废气主要用于处理挥发性有机废气(VOCs)，SOx，NOx及烟尘、细菌。而尝试将该技术用于处理难降解有机废水是在80年代后期。
气态低温等离子体中的化学反应主要是通过气体放电产生的高能电子激发来完成的。低温等离子体内部富含电子、离子、自由基和激发态分子。其中高能电子与气体分子(原子)发生非弹性碰撞，将能量转化为基态分子(原子)的内能，发生激发、离解和电离等一系列过程，使气体处于活化状态，产生氧化性极强的·OH、·H、·O等自由基。而非平衡等离子体能耗并不高，这为一些需要很大活化能的反应如大气中难降解污染的去除提供了理想途径。
液态低温等离子体反应过程中最主要的作用是紫外辐射和自由基作用。这两种作用使得水分子发生解离，生成羟基自由基和其他高活性自由基，如激发态氧、O3等。具有很强氧化性的自由基与有机物结合破坏有机物的结构，最终将有机物降解为CO2，H2O或其他有机无毒物质。这类反应是一个强烈的非平衡化学传质反应，在液相和气相中都会发生。
因此，等离子体技术相比其他难降解有机废液废气处理技术的明显优点是：应用范围广，有机物去除率高，无二次污染，使用能源清洁。
但目前应用于低温等离子体降解有机物的方法基本上为单独水处理或单独气体处理，很少有应用于气液两相污染物同时降解去除的技术和装置；另外，有水相参加的等离子体放电方式多采用脉冲电源，电源成本高，能耗相对较高，等离子体发生器的设计结构与电源较难合理匹配。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一、一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的方法
废气和废液分别从进气口、进液口进入气液等离子体发生器中，中空喷嘴电晕极、金属网接地极分别接高压直流/脉冲电源的正极、接地极，给高压电源供电，使等离子体发生器内平均电场强度为1～10kV/cm，电晕放电激活等离子体发生器中的自由基源物质分子，产生活性粒子与污染物分子发生反应，使其中的污染物得到降解并高效杀灭细菌、病毒、微藻、原生动物，净化后的气体和液体分别从出气口和出液口排出。
所述的中空喷嘴电晕极中通入自由基源气体用于增加活性粒子的产率。
所述的自由基源气体为空气、氧气或水蒸气。
二、一种高压直流/脉冲气液同步放电净化水气的装置，有如下几种装置：
装置1：
包括高压直流/脉冲电源，从上至下依次开有出气口、进气口、进液口、出液口的圆柱状绝缘外壳，圆柱型金属网接地极和中空喷嘴电晕极组成的等离子体发生器。圆柱状绝缘外壳内壁装有圆柱型金属网接地极，中空喷嘴电晕极装在圆柱型金属网接地极中心，并固定在等离子体发生器上盖上，中空喷嘴电晕极底端与圆柱型金属网接地极位于同一水平面上，此水平面与气液界面平行，中空喷嘴电晕极接高压直流/脉冲电源的正极。
装置2：
包括高压直流/脉冲电源，从上至下依次开有出气口、进液口、出液口的圆柱状绝缘外壳，圆柱型金属网接地极和中空喷嘴电晕极组成的等离子体发生器。圆柱状绝缘外壳内壁装有圆柱型金属网接地极，中空喷嘴电晕极装在圆柱型金属网接地极中心，并固定在等离子体发生器上盖上，电晕极底端与网状接地极位于同一水平面上，此水平面与气液界面平行，中空喷嘴电晕极接高压直流电源的正极，其中心通孔为进气口，进气口同时接入外加自由基源气体和待处理废气。
装置1和装置2中所述中空喷嘴电晕极其轴向均布有中空金属喷嘴，中空喷嘴电晕极与中空金属喷嘴相连通，中空喷嘴电晕极径向的中空金属喷嘴呈圆周等角度均布，中空喷嘴电晕极轴向的中空金属喷嘴呈螺旋或多螺旋状排列。
装置3：
包括高压直流电源，从上至下依次开有出气口、进气口、进液口、出液口的圆柱状绝缘外壳，一组中空针状电晕极和圆形金属网接地极组成的等离子体发生器。圆形金属网接地极放置于等离子体发生器内部，金属导电棒上端从圆柱状绝缘外壳上盖中心穿出，下端与圆形金属网接地极中心焊接固定，调节金属导电棒上下高度，使圆形金属网接地极位置高于进气口，并接电源接地极，一组中空针状电晕极从等离子体发生器底部装入，一组中空针状电晕极接高压直流电源的电源正极。
装置3中所述的一组中空针状电晕极均布于等离子体发生器底部，顶端在同一平面上且平行于气液界面和圆形金属网接地极，底端互相连通于汇总管，汇总管另一端通过可调流量计接外加自由基源气体。
本发明具有的有益效果是，可以在直流/脉冲高压电源的作用下实现气液同步放电同时处理水、气两相中的有机、无机污染物并高效的杀灭细菌、微藻等微生物，可在常温常压下进行，处理效率高、工艺流程简单、能耗及运行费用低、无有毒有害中间产物，无二次污染。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图；
图2是实施例1中电晕极的结构示意图；
图3是实施例2的结构示意图；
图4是实施例3的结构图以及A-A剖视图。
图中：1.高压电源，2.进气口，3.进液口，4.等离子体发生器，5.出气口，6.出液口，7.外加自由基源气体，8.圆柱状绝缘外壳，9.圆柱型金属网接地极，10.中空喷嘴电晕极，11.电源接地极，12.可调流量计，13.中空金属喷嘴，14.待处理废气，15.中空针状电晕极，16.圆形金属网接地极，17.金属导电棒，18.汇总管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1所示，一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的装置：包括高压直流/脉冲电源1，从上至下依次开有出气口5、进气口2、进液口3、出液口6的圆柱状绝缘外壳8，圆柱型金属网接地极9和中空喷嘴电晕极10组成的等离子体发生器4；圆柱状绝缘外壳8内壁装有圆柱型金属网接地极9，中空喷嘴电晕极10装在圆柱型金属网接地极9中心，并固定在等离子体发生器4上盖上，中空喷嘴电晕极10底端与圆柱型金属网接地极9位于同一水平面上，此水平面与气液界面平行，中空喷嘴电晕极10接高压直流/脉冲电源1的正极。如图2所示，所述中空喷嘴电晕极10其轴向均布有中空金属喷嘴13，中空喷嘴电晕极10与中空金属喷嘴13相连通，中空喷嘴电晕极10径向的中空金属喷嘴13呈圆周等角度均布，中空喷嘴电晕极10轴向的中空金属喷嘴13呈螺旋或多螺旋状排列。
给高压直流恒流/脉冲电源1供电，使等离子体发生器两极间平均电场强度为1～10kV/cm，废气和废液分别从进气口2进液口3进入气液等离子体发生器4，其中的污染物在发生器中与电晕放电产生的活性粒子(自由基，O3等)发生反应，得到降解，净化后的气体和液体分别从出气口5和出液口6排出，在此过程中，通过可调流量的气体流量计12通过中空喷嘴电晕极10向等离子体发生器内通入一定量的自由基源气体7(如空气、氧气或水蒸气等)，用于增加活性粒子的产率，进而提高污染物的处理效率。
实施例2：
如图3所示，一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的装置：包括高压直流/脉冲电源1，从上至下依次开有出气口5、进液口3、出液口6的圆柱状绝缘外壳8，圆柱型金属网接地极9和中空喷嘴电晕极10组成的等离子体发生器4。圆柱状绝缘外壳8内壁装有圆柱型金属网接地极9，中空喷嘴电晕极10装在圆柱型金属网接地极9中心，并固定在等离子体发生器4上盖上，电晕极10底端与网状接地极9位于同一水平面上，此水平面与气液界面平行，中空喷嘴电晕极10接高压直流电源1的正极，其中心通孔为进气口，进气口同时接入外加自由基源气体7和待处理废气14。如图2所示，所述中空喷嘴电晕极10其轴向均布有中空的中空金属喷嘴13，中空喷嘴电晕极10与中空的中空金属喷嘴13相连通，中空喷嘴电晕极10径向的中空金属喷嘴13呈圆周等角度均布，中空喷嘴电晕极10轴向的中空金属喷嘴13呈螺旋或多螺旋状排列。
给高压直流恒流/脉冲电源1供电，使等离子体发生器两极间平均电场强度为1～10kV/cm，待处理废气14和外加自由基源气体7各自通过可调气体流量计控制气量，从中空喷嘴电晕极10顶端进入气液等离子体发生器4，废液从进液口3进入气液等离子体发生器4，其中的污染物在发生器中与电晕放电产生的活性粒子(自由基，O3等)发生反应，得到降解，净化后的气体和液体分别从出气口5和出液口6排出。
实施例3：
如图4所示，一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的装置：包括高压直流电源1，从上至下依次开有出气口5、进气口2、进液口3、出液口6的圆柱状绝缘外壳8，一组中空针状电晕极15和圆形金属网接地极16组成的等离子体发生器4。圆形金属网接地极16放置于等离子体发生器4内部，金属导电棒17上端从圆柱状绝缘外壳8上盖中心穿出，下端与圆形金属网接地极16中心焊接固定，调节金属导电棒17上下高度，使圆形金属网接地极16位置高于进气口2，并接电源接地极11，一组中空针状电晕极15从等离子体发生器4底部装入，一组中空针状电晕极15接高压直流电源1的电源正极。所述的一组中空针状电晕极15均布于等离子体发生器4底部，顶端在同一平面上且平行于气液界面和圆形金属网接地极16，底端互相连通于汇总管18，汇总管(18)另一端通过可调流量计12接外加自由基源气体7。
给高压直流恒流/脉冲电源1供电，使等离子体发生器两极间平均电场强度为1～10kV/cm，废气和废液分别从进气口2进液口3进入气液等离子体发生器4，其中的污染物在发生器中与电晕放电产生的活性粒子(自由基，O3等)发生反应，得到降解，净化后的气体和液体分别从出气口5和出液口6排出，在此过程中，通过可调流量的气体流量计12通过汇总管18向一组中空针状电晕极15通入自由基源气体7(如空气、氧气或水蒸气等)，一方面为电晕气液两相协同放电反应提供足够的自由基源，另一方面气泡从液相进入气相排出，对发生器内的液体和气体分别起到搅拌作用，使其中污染物浓度均匀，提高降解效率。
以上实施例以苯、甲苯、乙苯、二甲苯、硫化氢为气态污染物，对氯苯酚、苯酚为液相污染物进行实验，并对气、液两相中的微生物存活量进行检测，实验条件和实验结果如下：
在平均电场强度为5kV/cm下，气相中苯、甲苯、乙苯、二甲苯、硫化氢的初始浓度均为100ppm，初始总菌落数为106CFU/m3，处理时间60s，以上五种污染物的去除率分别为：84％，90％，93％，99％，99％，总细菌去除率为99.8％。相同处理条件下，液相中对氯苯酚、苯酚初始浓度均为200mg/L，初始总菌落数为103CFU/ml，处理时间60s，以上污染物的去除率分别为：75％和80％总细菌去除率为99％，处理时间120s，以上污染物的去除率分别为：85％和90％总细菌去除率为99.9％。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的方法，其特征在于：废气和废液分别从进气口、进液口进入气液等离子体发生器中，中空喷嘴电晕极、金属网接地极分别接高压直流/脉冲电源的正极、接地极，给高压电源供电，使等离子体发生器内平均电场强度为1～10kV/cm，电晕放电激活等离子体发生器中的自由基源物质分子，产生活性粒子与污染物分子发生反应，使其中的污染物得到降解并高效杀灭细菌、病毒、微藻、原生动物，净化后的气体和液体分别从出气口和出液口排出。
2.根据权利要求1所述的一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的方法，其特征在于：所述的中空喷嘴电晕极中通入自由基源气体用于增加活性粒子的产率。
3.根据权利要求2所述的一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的方法，其特征在于：所述的自由基源气体为空气、氧气或水蒸气。
4.一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的装置，其特征在于：包括高压直流/脉冲电源(1)，从上至下依次开有出气口(5)、进气口(2)、进液口(3)、出液口(6)的圆柱状绝缘外壳(8)，圆柱型金属网接地极(9)和中空喷嘴电晕极(10)组成的等离子体发生器(4)；圆柱状绝缘外壳(8)内壁装有圆柱型金属网接地极(9)，中空喷嘴电晕极(10)装在圆柱型金属网接地极(9)中心，并固定在等离子体发生器(4)上盖上，中空喷嘴电晕极(10)底端与圆柱型金属网接地极(9)位于同一水平面上，此水平面与气液界面平行，中空喷嘴电晕极(10)接高压直流/脉冲电源(1)的正极。
5.根据权利要求4所述的一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的装置，其特征在于：所述中空喷嘴电晕极(10)其轴向均布有中空金属喷嘴(13)，中空喷嘴电晕极(10)与中空金属喷嘴(13)相连通，中空喷嘴电晕极(10)径向的中空金属喷嘴(13)呈圆周等角度均布，中空喷嘴电晕极(10)轴向的中空金属喷嘴(13)呈螺旋或多螺旋状排列。
6.一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的装置，其特征在于：包括高压直流/脉冲电源(1)，从上至下依次开有出气口(5)、进液口(3)、出液口(6)的圆柱状绝缘外壳(8)，圆柱型金属网接地极(9)和中空喷嘴电晕极(10)组成的等离子体发生器(4)；圆柱状绝缘外壳(8)内壁装有圆柱型金属网接地极(9)，中空喷嘴电晕极(10)装在圆柱型金属网接地极(9)中心，并固定在等离子体发生器(4)上盖上，电晕极(10)底端与网状接地极(9)位于同一水平面上，此水平面与气液界面平行，中空喷嘴电晕极(10)接高压直流电源(1)的正极，其中心通孔为进气口，进气口同时接入外加自由基源气体(7)和待处理废气(14)。
7.根据权利要求6所述的一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的装置，其特征在于：所述中空喷嘴电晕极(10)其轴向均布有中空金属喷嘴(13)，中空喷嘴电晕极(10)与中空金属喷嘴(13)相连通，中空喷嘴电晕极(10)径向的中空金属喷嘴(13)呈圆周等角度均布，中空喷嘴电晕极(10)轴向的中空金属喷嘴(13)呈螺旋或多螺旋状排列。
8.一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的装置，其特征在于：包括高压直流电源(1)，从上至下依次开有出气口(5)、进气口(2)、进液口(3)、出液口(6)的圆柱状绝缘外壳(8)，一组中空针状电晕极(15)和圆形金属网接地极(16)组成的等离子体发生器(4)；圆形金属网接地极(16)放置于等离子体发生器(4)内部，金属导电棒(17)上端从圆柱状绝缘外壳(8)上盖中心穿出，下端与圆形金属网接地极(16)中心焊接固定，调节金属导电棒(17)上下高度，使圆形金属网接地极(16)位置高于进气口(2)，并接电源接地极(11)，一组中空针状电晕极(15)从等离子体发生器(4)底部装入，一组中空针状电晕极(15)接高压直流电源(1)的电源正极。
9.根据权利要求8所述的一种高压直流/脉冲放电同步净化气液的装置，其特征在于：所述的一组中空针状电晕极(15)均布于等离子体发生器(4)底部，顶端在同一平面上且平行于气液界面和圆形金属网接地极(16)，底端互相连通于汇总管(18)，汇总管(18)另一端通过可调流量计(12)接外加自由基源气体(7)。
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