CN101857283B - 微波无极准分子灯处理废水的装置与灯的配气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微波无极准分子灯处理废水的装置及装置中的无极准分子灯的配气系统，装置的废水处理池置于微波发生器的外壳下方，无极准分子灯的1/5～1/3部分固定在谐振腔内，无极准分子灯未置于谐振腔内的部分还套有一下端封闭的石英套管；微波发生器还包括对谐振腔降温的风扇和冷却铜管，风扇固定在外壳的内侧壁上，冷却铜管焊接缠绕在外壳的外表面；无极准分子灯的配气系统在真空泵前还设置一冷井，与第二三通阀的第三端口相连的管道上并联连接有洗气瓶，储气瓶，压力指示计，缓冲瓶和充气管道，真空配气系统真空度高，能根据处理废水具体所需的紫外波长填充不同的气体使之激发出强度高、光效高的紫外光。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理的装置，特别是一种利用微波产生紫外光的无极准分子灯深度处理废水的装置、该装置的无电极灯的真空配气系统。
背景技术
近年来，关于废水深度治理方面的新技术已越来越多，如超声波、超临界流体、膜分离、等离子体和紫外光解等。紫外光解法反应条件温和、应用范围广、实用性强，被认为是一项很有发展前景的水处理技术，已受到越来越广泛地关注。目前光化学研究中一般用汞灯作为紫外辐射光源，辐射波长单一。且传统汞灯都是有电极的，导致了灯管寿命短、耗电量大、电极材料和发光物质选择范围小等一系列问题。普通光源存在的上述局限性极大地阻碍了光化学法在废水处理中的应用。
无极准分子紫外灯作为一种新型紫外光源，同普通紫外灯相比，无极紫外光源由于没有电极，不会产生由于电极氧化、损耗和封接密封问题引起的发黑现象，而且具有制造容易、价格低廉、能耗小、光强大和反应器简单等优点；可以克服传统紫外光源的局限性，发光物质选择范围广、寿命长。
根据放电模式的不同，无极灯主要有两种：一种是电激发无极灯，包括电容放电、感应放电和表面波放电三种放电形式；另一种是微波放电无极灯(Microwave DischargeElectrodeless Lamps，MDELs)，又称微波无极紫外灯。由于微波技术已经很成熟，产生紫外光相对比较容易，可以避免电激发产生紫外光时需高压脉冲电源和介质击穿问题。因此，MDELs占有更大优势，具有实现大功率和大规模工业化应用的可能，且在光催化氧化中微波可提高光催化效果。
微波无极灯工作原理是在石英、玻璃或其他材料形成的密闭壳体内填充可蒸发金属和稀有气体的混合物。稀有气体的作用是激发等离子体放电，当无极灯放置于微波场中，稀有气体被激发产生低压等离子体，通过等离子体放电产生热使可蒸发的金属变为蒸汽态，产生更多的等离子体，增大等离子压力，释放更多的能量，形成更高的发光效率。
准分子是对具有束缚的高能态(寿命为10-6s～10-7s)和排斥(弱束缚)的基态分子(寿命10-13s)的统称，也被称为三体碰撞无辐射复合或原子碰撞态。准分子只能在某些特殊的气体放电条件下才能产生，如介质阻挡放电、高能电子束、α粒子、同步辐射、高频放电、微波放电、脉冲放电灯条件。放电时，原子被激发到高的电子能级，这些激发态原子与基态原子或分子碰撞产生一个分子并借助第三者转移部分能量使之从高的振动激发态驰豫到低的振动激发态，成为相对稳定的分子，同时发出相应波长的紫外辐射。
稀有气体双原子准分子是最简单的准分子，如He2 *、Ne2 *、Ar2 *、Kr2 *和Xe2 *是通过激发态稀有气体的原子R*与基态的原子R通过三体碰撞反应形成的；另一类比较重要的准分子是稀有气体-卤素准分子，如ArCl*、KrCl*、XeCl*、ArF*、XeF*，主要是通过正电性的稀有气体离子、激发态与负电性的卤素离子通过三体碰撞复合反应生成的；卤素分子也能形成准分子，如F2 *，Cl2 *，Br2 *，I2 *；另外还有汞-卤素准分子，如HgCl*、HgBr*、HgI*，以及稀有气体汞化合物准分子，如HgXe*。准分子以激发态存在，并在几个纳秒时间内返回基态，并将激发态能量以UV光或VUV光的形式辐射出来。准分子返回基态时，发出相应波长的辐射，光谱范围可从50至600nm，对应光子能量25至2eV，基本满足了光化学反应所需的能量范围。
目前，关于准分子光源的发光机理、准分子形成的反应动力学、光谱特性等的研究已比较多，而将无极准分子灯用于污染物降解的研究在90年代后期才得以开展。中国专利文献CN1303000C(专利申请号200410065979.7)公开了一种微波光催化处理废水的方法和装置，所述的微波光催化处理废水的装置，包括微波反应炉、废水反应室和无电极灯，微波反应炉腔中安放废水反应室，废水反应室内壁的凸柱上架设环形固定器，无电极灯插入环形固定器的小孔中，石英搅拌器置于废水反应室中，搅拌器中轴经废水反应室上部和微波炉上部的开口与外部旋转电机相连；其中所用的无电极灯是抽空气至2.5～5.0kPa后，充入0.5～2.0kPa氩气或氦气，并滴加金属汞1～5滴，最后密封而成。另外，中国专利文献CN101239299A(专利申请号200810064139.7)公开了一种微波无极紫外光催化一体反应装置，循环冷却套管和反应腔烧制为一体，循环冷却套管与反应腔之间形成循环冷却水腔，反应腔的底板上固装有灯座，无极紫外灯安装在灯座上，双层反应器放置在微波化学试验仪的底板上。
上述废水反应室置于微波反应炉中形式的废水处理装置，能够实现光和微波的协同作用，具有较高的光催化活性；但是这种结构由于将废水反应室与微波发生器集中在一个外壳内，导致整套装置的结构较为复杂，且限制了废水反应室的大小，实际应用时，当废水反应室设计得较大时，微波反应炉必需相应地增大容积，造成成本的提高；另外，装置所用的紫外光源单一，对于第一份公开文件，所用无极灯的真空度不够高，显著影响光强、光效和使用寿命，没有体现出准分子光源紫外辐射波长范围广、使用寿命长等优势，其直接原因是没有配套的真空设备来实现灯管内气体的填充，因而不能根据具体所需的紫外波长填充不同的气体从而在微波激发下产生紫外光直接光解不同废水，亦不能在灯管高真空的状态下填充高纯度的气体得到高光强、高光效的灯管。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种结构简单、废水处理室易于扩展的微波无极准分子灯深度处理废水的装置，目的之二是提供一种上述废水处理装置所用的无极准分子灯的真空配气系统，从而获得紫外光强度高、任意波长的紫外光源。
实现本发明目的的技术方案是一种微波无极准分子灯处理废水的装置，包括微波电源、微波发生器、无极准分子灯及废水处理池，微波发生器包括外壳、磁控管、谐振腔壳体，废水处理池置于微波发生器的外壳下方，无极准分子灯的1/5～1/3部分固定在谐振腔壳体内；无极准分子灯未置于谐振腔壳体内的部分还套有一下端封闭上端敞口的石英套管，并置于废水处理池；微波发生器还包括对谐振腔壳体降温的风扇和冷却铜管，风扇固定在外壳的内侧壁上，且其叶片正对谐振腔壳体，冷却铜管焊接缠绕在外壳的外表面。
外壳由支架支撑在地面上，所述支架包括立柱和高度可调式支脚。
外壳的底部中央设有螺纹安装孔，谐振腔壳体的底部开有一安装孔，两个孔同轴；无极准分子灯由固定件固定在谐振腔壳体中，所述固定件是一带外螺纹的空心管件，管件的内径与无极准分子灯插入谐振腔壳体的部分的外径大小相等，管件的外侧面设置的外螺纹与外壳底部的螺纹安装孔相配合从而固定件固定在外壳的底部；无极准分子灯的上端从下往上通过固定件中间的通孔和谐振腔壳体底部的安装孔进入并固定在谐振腔中。
石英套管通过1～3个位于石英套管中的固定架而固定在无极准分子灯上，所述固定架的主体是一具有弹性的空心圈，空心圈的内径大小与无极准分子灯的灯管的外径大小相同；在空心圈的外周壁上还包括3～6个使用时与石英套管的内壁紧配合而相互固定的凸起。
所述无极准分子灯包括灯管、内管、金属线圈和填充气体，灯管由石英玻璃制成且两端封闭，内管可以全部或部分设置在灯管内。
一种无极准分子灯的配气系统，包括真空泵、三通阀、扩散泵、洗气瓶、储气瓶、压力指示计、充气管、排气口、缓冲瓶和各部分进行连接的相应的管道、阀门或活塞；还包括一设置在真空泵和三通阀之间的冷井，也即真空泵前还设置一冷井；三通阀包括第一三通阀和第二三通阀，按照气体的运动顺序，真空泵的抽气口经液氮冷井与第一三通阀的第一端口相连；第一三通阀的第三端口经管道与第二三通阀的第一端口相连；第二三通阀的第二端口经管道与扩散泵的第一抽气口相连；扩散泵的第二抽气口经管道与第一三通阀的第二端口相连；第二三通阀的第三端口通过第六管道分别与洗气瓶，储气瓶，压力指示计，缓冲瓶以及充气管道相连；第六管道远离第二三通阀的端口未被封闭，该端口设置一个排气阀门作为排气口。
压力指示计包括指示大于10torr压力值的耐腐蚀压力表和指示0.1torr至10torr压力值的U型压力计，U型压力计中的指示液是浓硫酸、浓磷酸或真空油脂。
储气瓶包括卤素储气瓶，惰性气体储气瓶，汞储气瓶；其中卤素储气瓶包括氟气瓶、氯气瓶、溴水瓶、碘瓶；惰性气体储气瓶包括He、Ne、Ar、Kr、Xe各自的气瓶；汞储气瓶中装有液态汞。
储气瓶通过各自的支路管道和无油活塞连接到第六管道上，其中各无油活塞通过玻璃管烧结在第六管道上，第六管道上烧结2～6个无油活塞；储气瓶的出气口烧结连通到相应一个支路管道的进气口处从而连接到第六管道上。
配气系统还包括对储气瓶降温的液氮槽和对储气瓶加热的加热器。
本发明具有积极的效果：(1)本发明的废水处理装置中准分子灯辐射的紫外光强度高、波长可调，可直接光解多种低浓度难降解废水(包括焦化废水、制药废水和染料废水等)，使之达标排放；装置的操作简单、去除率高、并可实现产业化应用。(2)本发明的废水处理装置能同时调节微波的功率、频率，并可改变无极灯的形状、尺寸和插入谐振腔的深度，使无极灯能持续有效地发光。(3)本发明的废水处理装置结构简单，配合真空配气系统，能广泛应用于废水的光解或光催化降解。(4)本发明的真空配气系统真空度高，能根据处理废水具体所需的紫外波长填充不同的气体使之激发出强度高、光效高的紫外光。
附图说明
图1为微波无极准分子灯深度处理废水装置；图2为无极准分子灯的真空配气系统；图3为无极准分子灯的结构示意图；图4为无极准分子灯的另一种结构示意图；图5为图1中的固定架的前视图；图6为图1中的固定架的俯视图。
上述附图中的标记如下：微波电源1，电缆1-1，外壳2，立柱2-1，可调式支脚2-2，磁控管3，谐振腔壳体4，无极准分子灯5，灯管5-1，内管5-2，金属线圈5-3，填充气体5-4，风扇6，冷却铜管7，石英套管8，废水处理池9，进水口9-1，出水口9-2，气体分散器9-3，固定件10-1，固定架10-2；真空泵21，冷井22，三通阀23，第一三通阀23-1，第二三通阀23-2，扩散泵24，洗气瓶25，出气口26，储气瓶27，卤素储气瓶27-1，惰性气体储气瓶27-2，汞储气瓶27-3，压力指示计28，耐腐蚀压力表28-1，U型压力计28-2，充气管29，排气阀门30，缓冲瓶31，液氮槽32，加热器33；第一管道41、第二管道42、第三管道43、第四管道44、第五管道45、第六管道46，充气管道47，支路管道48，第一支路管道48-1，第二支路管道48-2，第三支路管道48-3，第四支路管道48-4，第五支路管道48-5；无油活塞51，无油活塞52，第一无油活塞52-1，第二无油活塞52-2，第三无油活塞52-3，第四无油活塞52-4，充气阀53。
具体实施方式
(实施例1、无极准分子灯的配气系统)见图2，本实施例的无极准分子灯的配气系统包括真空泵21、冷井22、三通阀23、扩散泵24、洗气瓶25、储气瓶27、压力指示计28、充气管29、排气阀门30、缓冲瓶31和将上述各部分进行连接的相应的管道、阀门和活塞；其中冷井22为放置在液氮槽中的专用管道；用于连接的管道均为玻璃管件，活塞均为无油活塞，阀门所用活塞也均为无油活塞；配气系统还包括对储气瓶27降温的液氮槽32和对储气瓶27加热的加热器33。
仍见图2，三通阀23包括第一三通阀23-1和第二三通阀23-2，按照气体的运动顺序，真空泵21的抽气口、第一管道41、无油活塞51、液氮冷井22、第二管道42、第一三通阀23-1的第一端口依次相连；第一三通阀23-1的第三端口、第三管道43、第二三通阀23-2的第一端口依次相连；第二三通阀23-2的第二端口、第四管道44、扩散泵24的第一抽气口依次相连；第一三通阀23-1的第二端口、第五管道45、扩散泵24的第二抽气口依次相连；第二三通阀23-2的第三端口通过第六管道46分别与洗气瓶25、储气瓶27(本实施例为3个)、压力指示计28、缓冲瓶31以及充气管道47相连；上述三通阀23的第一端口为左端端口，第二端口为右端端口，第三端口为顶端端口(图2)；第六管道46的远离第二三通阀23-2的第三端口的一端的端口为排气口，且该端口设置一个排气阀门30。充气管道47靠近排气阀门30。
本实施例所用洗气瓶25为氩气钢瓶，氩气钢瓶经串联有压力表的第五支路管道48-5连接到第六管道46上。
上述储气瓶27和缓冲瓶31通过各自的支路管道48和无油活塞52连接到第六管道46上，其中的各无油活塞52通过玻璃管烧结连通在第六管道46上，第六管道46上可烧结2～6个无油活塞52，本实施例为4个，分别为第一无油活塞52-1、第二无油活塞52-2、第三无油活塞52-3和第四无油活塞52-4。第一无油活塞52-1的进气口与第一支路管道48-1的出气口相连，第一支路管道48-1的进气口处于封闭状态。第二无油活塞52-2的进气口与第二支路管道48-2的出气口相连，第二支路管道48-2的进气口处于封闭状态。第三无油活塞52-3的进气口与第三支路管道48-3的出气口相连，第三支路管道48-3的进气口处于封闭状态。第四无油活塞52-4的下端口与第四支路管道48-4的上端口相连，第四支路管道48-4的下端口与缓冲瓶31的进出气口相连。
在操作时根据具体所需的气体选择对应的储气瓶27，将储气瓶27的出气口26烧结连通到相应一个支路管道48的进气口处，从而可与第六管道46相连。加热器33位于第一无油活塞52-1的下方，液氮槽32位于第三无油活塞52-3的下方。
本配气系统的3个储气瓶27分别为卤素储气瓶27-1，惰性气体储气瓶27-2和汞储气瓶27-3；其中卤素储气瓶27-1可以在氟气瓶、氯气瓶、溴水瓶、碘瓶中选择1种，本实施例选择碘瓶；惰性气体储气瓶27-2则可以在He、Ne、Ar、Kr、Xe各自的气瓶中选择1种，本实施例选择氪气瓶；汞储气瓶27-3中装有液态汞，本实施例不采用。
上述压力指示计28包括耐腐蚀压力表28-1和U型压力计28-2，其中U型压力计28-2中的指示液可选浓硫酸、浓磷酸或真空油脂(本实施例选择真空油脂)，当气体填充的压力在10torr至760torr(1个torr相当于1毫米水银柱的压强)的范围时，由耐腐蚀压力表28-1指示系统填充的压力，当系统填充的压力较小，即在0.1torr至10torr的范围时，由U型压力计28-2指示系统填充的压力。
缓冲瓶31是一空瓶，与其相连通的第四无油活塞52-4设置在充气管道47和排气阀门30之间。
充气管29有若干个，本实施例设置4个，各充气管29经相应的充气阀53和充气管道47连接到第六管道46上；所述充气管道47设置在距离真空泵21最远的储气瓶27与缓冲瓶30之间；所述充气管29的出气口就是无极准分子灯内气体的填充口。
使用时，无极准分子灯的配气方法包括以下步骤：①关闭所有阀门和活塞，将无极准分子灯5的灯管5-1烧结在真空配气系统的其中一个充气管29的出气口上，该充气管29所对应的充气阀53打开；连接储气瓶27：使第一支路管道48-1的进气口在受热软化的情况下由封闭状态变为与碘瓶27-1的出气口26烧结连通的状态，再使第二支路管道48-2的进气口在受热软化的情况下由封闭状态变为与氪气瓶27-2的出气口烧结连通的状态，保持第三支路管道48-3的进气口的封闭状态不变。
②打开无油活塞51以及2个三通阀23，再开启真空泵21抽真空，待系统内的压力降到1×10-3torr以下时，开启扩散泵24，继续抽真空，直至系统内的压力低于1×10-5torr，以保证系统的真空度满足填充要求。
③开启洗气瓶25即氩气钢瓶，由氩气对整个系统进行清洗，然后抽真空直至系统内的压力低于1×10-5torr，反复3次，最终系统内的压力＜10-5torr，关闭无油活塞51和2个三通阀23。
④向灯管内充气，先充入碘蒸气：打开设置在碘瓶27-1下的加热器33，再打开与碘瓶27-1所对应的第一无油活塞52-1，观察U型压力计28-2，向无极准分子灯5的灯管内充入0.5torr的I2蒸气，充完后关闭该第一无油活塞52-1；接着向灯管5-1中充入氪气：打开氪气瓶27-2所对应的第二无油活塞52-2，观察U型压力计28-2，向无极准分子灯5的灯管5-1内充入1torr的氪气，充完后关闭该第二无油活塞52-2。
⑤用火焰枪封离灯管5-1，得到填充了0.5torr的I2蒸气和1torr的氪气的无极准分子灯5；关闭该充气口29所对应的充气阀53。
⑥打开无油活塞51以及2个三通阀23，开启真空泵21抽真空直至系统内的压力降到1×10-3torr以下，使得整个系统基本处于真空状态，管道中多余的碘蒸气则基本被回收到真空泵21前端的液氮冷井22中而处于冷冻状态，以免腐蚀机械泵和危害周围环境和人体健康。
由于本发明的真空配气系统在充气前真空度高，所填充的气体纯度又非常高，因此所得到的无极准分子灯的发光强度高、光效高，且灯的寿命长，使用寿命可达1万小时以上。
(实施例2、无极准分子灯的配气系统)见图3并参见图2，本实施例的目标是要制得充入2torr的氪气和0.5torr的溴蒸气的无极准分子灯5的灯管5-1。
本实施例的无极准分子灯的配气系统的其余部分与实施例1基本相同，不同之处在于：所用的储气瓶27中，卤素储气瓶27-1为溴水瓶。
配气方法的其余部分与实施例1的配气方法的步骤基本相同，不同之处在于：步骤①中，在连接储气瓶27时，保持第一支路管道48-1的进气口的封闭状态不变，仍使第二支路管道48-2的进气口在受热软化的情况下由封闭状态变为与氪气瓶27-2的出气口烧结连通的状态，使第三支路管道48-3的进气口在受热软化的情况下由封闭状态变为与溴水瓶27-1的出气口烧结连通的状态。
步骤④中，向灯管5-1内充气时，先充入溴蒸气：将溴水瓶27-1浸入液氮槽32中冷冻，打开第三无油活塞52-3、无油活塞51和2个三通阀23抽真空，将储气瓶27上端的空气抽走，待系统内的压力＜10-5torr，关闭第三无油活塞52-3、无油活塞51和2个三通阀23。移开液氮槽32，待溴水瓶27-1出现深棕色，打开溴水瓶27-1所对应的第三无油活塞52-3，观察U型压力计28-2，向无极准分子灯5的灯管5-1内充入0.5torr的溴蒸气，充完后关闭该第三无油活塞52-3；接着向灯管5-1中充入氪气：打开氪气瓶27-2所对应的第二无油活塞52-2，观察U型压力计28-2，向无极准分子灯5的灯管5-1内充入2torr的氪气，充完后关闭第二无油活塞52-2。
(实施例3、无极准分子灯的配气系统)本实施例的目标是要制得充入的填充气体5-4为0.2torr的氩气和0.5torr的汞蒸气的无极准分子灯5的灯管5-1。
本实施例的无极准分子灯的配气系统的其余部分与实施例1基本相同，不同之处在于：在选择储气瓶27时，不用卤素储气瓶27-1，采用惰性气体储气瓶27-2和汞储气瓶27-3。所用的惰性气体储气瓶27-2为氩气钢瓶；汞储气瓶27-3也称汞瓶。
配气方法的其余部分与实施例1的配气方法的步骤基本相同，不同之处在于：步骤①中，在连接储气瓶27时，保持第一支路管道48-1的进气口的封闭状态不变，使第二支路管道48-2的进气口在受热软化的情况下由封闭状态变为与氩气钢瓶27-2的出气口烧结连通的状态，使第三支路管道48-3的进气口在受热软化的情况下由封闭状态变为与汞瓶27-3的出气口烧结连通的状态。
步骤④中，向灯管5-1内充气时，先充入氩气：打开氩气钢瓶所对应的第二无油活塞52-2，观察U型压力计28-2，向无极准分子灯5的灯管5-1内充入0.2torr的氩气，充完后关闭该第二无油活塞52-2；接着充入汞蒸气：先将汞瓶27-3浸入液氮槽32中冷冻，打开第三无油活塞52-3、无油活塞51和2个三通阀23，再依次启动真空泵21和扩散泵24抽真空，将储气瓶上端的空气抽走，直至系统内的压力＜10-5torr时，关闭第三无油活塞52-3、无油活塞51和2个三通阀23；移开液氮槽27-1，将加热器33移至汞瓶27-3下，打开加热器33使汞蒸发；移走加热器33，再打开汞瓶27-3所对应的第三无油活塞52-3，观察U型压力计28-2，向无极准分子灯5的灯管5-1内充入0.5torr的汞蒸气，充完后关闭该无油活塞52。
(实施例4、微波无极准分子灯处理废水的装置)见图1，本实施例的微波无极准分子灯处理废水的装置包括微波电源1、微波发生器、无极准分子灯5及废水处理池9，微波电源1的功率可在0至800W范围内调节。
上述微波发生器包括外壳2、磁控管3、谐振腔壳体4、对谐振腔壳体4进行降温的风扇6和冷却铜管7。
外壳2由不锈钢板制成，其侧部开有电缆孔，底部中央设有螺纹安装孔，冷却铜管7焊接缠绕在不锈钢外壳的外表面上，铜管中水流方向下进上出；并且外壳2由4根支架支撑在地面上，所述支架包括立柱2-1和可调式支脚2-2，通过调节与地面接触的可调式支脚2-2而可以使得支架的高度增加或降低，从而控制外壳2距离地面的高度，进而控制无极准分子灯5在废水处理池9中的上下方向的深度。
磁控管3、谐振腔壳体4和风扇6设置在外壳内，风扇6固定在外壳2的内侧壁上，且其叶片正对谐振腔壳体4。
磁控管3通过电缆1-1与高压电源1连接，所述电缆1-1的一端与高压电源1相连，另一端通过外壳2侧部的电缆孔进入外壳2内与其内的磁控管3相连。
谐振腔壳体4的底部开有一安装孔，该安装孔正对外壳2底部的螺纹安装孔，即两个孔的轴线相同，谐振腔壳体4的安装孔的直径与无极准分子灯5插入谐振腔壳体4的部分的外径大小相同。
见图3及图4，上述无极准分子灯5由实施例1制备，包括灯管5-1、内管5-2、金属线圈5-3和填充气体5-4等。灯管5-1由石英玻璃制成，灯管5-1两端封闭，内管5-2可以全部设置在灯管5-1内(图3)或上端露出而部分设置在灯管5-1内(图4)，内管5-2内包裹金属线圈5-3，该金属线圈5-3也可以由金属片代替；所述填充气体5-4可以根据废水降解所需的波长，用实施例1所述的配气系统进行气体填充。
无极准分子灯5固定了金属线圈5-3的一端通过一固定件10-1设置在谐振腔壳体4中，所述固定件10-1是一呈阶梯型带外螺纹的空心金属管，该空心金属管的内径与无极准分子灯5插入谐振腔壳体4的部分的外径大小相等，空心金属管上部的外径大于下部的外径，且空心金属管上部的外侧面设有外螺纹，且与外壳2底部的螺纹安装孔相配合，从而固定件10-1固定在外壳2的底部，无极准分子灯5的上端从下往上通过固定件10-1中间的通孔和谐振腔壳体4底部的安装孔伸入谐振腔壳体4中。
无极准分子灯5的下部套有石英套管8，石英套管8下端封闭上端敞口，石英套管8的长度(图1中的高度)大于废水处理池9的深度(图1中的高度)。石英套管8通过1～3个(本实施例为2个)位于石英套管8中的固定架10-2固定在无极准分子灯5上。
见图5和图6，所述固定架10-2主体是一由具有弹性的材料制成的空心圈，材料为聚四氟乙烯。空心圈的内径大小与无极准分子灯5的灯管5-1的外径大小相同；在空心圈的外周壁上还包括3～6个凸起(本实施例为4个)，固定架10-2通过凸起与石英套管8的内壁紧配合而相互固定，灯管5-1的下端伸入固定架10-2的空心圈而两者紧配合，从而将石英套管8固定在灯管5-1上。
仍见图1，上述废水处理池9放置在外壳2的下部，废水处理池9一边侧壁上设有位于同一侧的进水口9-1和出水口9-2，进水口9-1位于废水处理池9的上部，出水口9-2位于废水处理池9的下部；废水处理池9的下部还设置有气体分散器9-3，气体分散器9-3通过输气管道与鼓风机或氧气罐相连，所述的气体分散器9-3为各侧壁均开有若干小孔的盒体。
工作时，先将固定件10-1的上部旋入外壳2底部的螺纹安装孔中而固定在外壳2的底部，将无极准分子灯5的上端从下往上通过固定件10-1中间的通孔和谐振腔壳体4底部的安装孔进入谐振腔壳体4中，其中无极准分子灯5的灯管5-1上套有上下间隔的2个橡胶圈，从而使得灯管5-1与固定件10-1通过橡胶圈弹性卡紧固定，灯管的1/5～1/3部分位于谐振腔壳体4内；再将灯管5-1的下端插入已设置在石英套管8中的固定架10-2的通孔中，使得石英套管8固定在无极准分子灯5的灯管5-1下端，从而灯管5-1的下端有包括灯管5-1自身在内的两层石英玻璃；调节连接在外壳2下部的可调式支脚2-2，使得无极准分子灯5处在废水处理池9的适当位置(本实施例灯的底端在废水处理池9距离池底的1/4高度处)。
将浓度为100mg/L的喹啉水溶液，调节pH为6.0左右，以0.5～3L/h的流速从废水处理池9的进水口9-1通入池内，废水在处理池内停留10至60min；打开与气体分散器9-3相连通的鼓风机，接通微波电源1，微波电源1所输出的高压电流经电缆1-1传输，再经磁控管3转换为微波，微波功率控制在300W，微波在谐振腔壳体4中汇集到一定强度时使插入到谐振腔壳体4中的无极准分子灯5受激发出紫外幅射，透过石英玻璃套管，直接光解废水中的污染物。停留时间为60min时，检测从出水口9-2流出液中喹啉的浓度，喹啉的浓度为初始浓度的50％，即污染物去除率达到50％。
若在处理时往废水处理池9中加入0.3％的H2O2，1小时后检测流出液的喹啉浓度为初始浓度的10％，大幅提高其去除率。
工作时将无极准分子灯5换成低压汞灯，在相同的输出功率下，低压汞灯降解喹啉，其去除率低于10％。
本实施例为了保证微波谐振腔壳体4内散热，通过风扇6和循环水冷却两级冷却方式，使灯管表面温度适中，维持温度在40℃～60℃，在该温度范围内KrI*准分子易于形成，保证了高光效，并使得灯管能持续发光；防止出现由于温度超过最佳温度而导致的光效下降甚至引起无极灯的淬灭停止发光等情况。
本实施例中，灯管5-1的下端有两层石英玻璃，将灯管5-1与废水溶液隔开，维持灯管5-1下端的温度在40℃～60℃范围内，使灯管内气体能持续被激发，且进一步保证无极准分子灯5启动快、灯寿命长；本实施例所采用的石英玻璃对短紫外区(＜200nm)的紫外光透过率大于40％，对＞200nm的紫外光透过率大于60％。
本实施例降解废水时，向溶液不断充入氧气或空气，一来起到搅拌作用，使溶液混合均匀；二来在微波激发的紫外光的照射下，O2被光解为O·自由基，进一步与污染物作用提高降解效果。
虽然本实施例的无极准分子灯可以直接光解废水，但还可以通过外加一些氧化剂如H2O2、O3等形成高级氧化技术降解废水，使之快速达标排放，尤其是对于一些分子量大、难降解的污染物。
(实施例5、微波无极准分子灯处理废水的装置)本实施例的微波无极准分子灯处理废水的装置其余部分与实施例4相同，不同之处在于：本实施例所用的无极准分子灯5由实施例2制备。
工作时，将浓度为100mg/L的邻苯二甲酸二甲酯(DMP)水溶液，调节pH为7后以1.5L/h的流速从废水处理池9的进水口9-1通入池内，废水在处理池内停留30min；打开与气体分散器9-3相连通的鼓风机，接通微波电源1，微波电源1所输出的高压电流经电缆1-1传输，再经磁控管3转换为微波，微波功率控制在500W，微波在谐振腔壳体4中汇集到一定强度时使插入到谐振腔壳体4中的无极准分子灯5受激发出紫外幅射，透过石英玻璃套管，直接光解废水中的污染物，检测从出水口9-2流出液中DMP的浓度，DMP的去除率达到82.5％。
(实施例6、微波无极准分子灯处理废水的装置)本实施例的微波无极准分子灯处理废水的装置其余部分与实施例4相同，不同之处在于：本实施例所用的无极准分子灯5由实施例3制备。
将浓度为120mg/L的吡啶水溶液，调节pH为5，以1.5L/h的流速从废水处理池9的进水口9-1通入池内，废水在处理池内停留30min；打开与气体分散器9-3相连通的鼓风机，接通微波电源1，微波电源1所输出的高压电流经电缆1-1传输，再经磁控管3转换为微波，微波功率控制在200W，微波在谐振腔壳体4中汇集到一定强度时使插入到谐振腔壳体4中的无极准分子灯5受激发出紫外幅射，透过石英玻璃套管，直接光解废水中的污染物，检测从出水口9-2流出液中吡啶的浓度，污染物已完全去除。
Claims (4)
1.一种微波无极准分子灯处理废水的装置，包括微波电源（1）、微波发生器、无极准分子灯（5）及废水处理池（9），微波发生器包括外壳（2）、磁控管（3）、谐振腔壳体（4），磁控管（3）和谐振腔壳体（4）设置在外壳（2）内，磁控管（3）通过电缆（1-1）与微波电源（1）连接，其特征在于：
所述无极准分子灯（5）包括灯管（5-1）、内管（5-2）、金属线圈（5-3）和填充气体（5-4），灯管（5-1）由石英玻璃制成且两端封闭，内管（5-2）内包裹金属线圈（5-3），内管（5-2）可以全部或部分设置在灯管（5-1）内；
废水处理池（9）置于微波发生器的外壳（2）下方，无极准分子灯（5）的1/5～1/3部分固定在谐振腔壳体（4）内；无极准分子灯（5）的该固定在谐振腔壳体（4）内的一端固定了金属线圈（5-3）；
无极准分子灯（5）未置于谐振腔壳体（4）内的部分还套有一下端封闭上端敞口的石英套管（8），并置于废水处理池（9）；
微波发生器还包括对谐振腔壳体（4）降温的风扇（6）和冷却铜管（7），风扇（6）固定在外壳（2）的内侧壁上，且其叶片正对谐振腔壳体（4），冷却铜管（7）焊接缠绕在外壳（2）的外表面。
2.根据权利要求1所述的微波无极准分子灯处理废水的装置，其特征在于：外壳（2）由支架支撑在地面上，所述支架包括立柱（2-1）和高度可调式支脚（2-2）。
3.根据权利要求1所述的微波无极准分子灯处理废水的装置，其特征在于：外壳（2）的底部中央设有螺纹安装孔，谐振腔壳体（4）的底部开有一安装孔，两个孔同轴；
无极准分子灯（5）由固定件（10-1）固定在谐振腔壳体（4）中，所述固定件（10-1）是一带外螺纹的空心管件，管件的内径与无极准分子灯（5）插入谐振腔壳体（4）的部分的外径大小相等，管件的外侧面设置的外螺纹与外壳（2）底部的螺纹安装孔相配合从而固定件（10-1）固定在外壳（2）的底部；
无极准分子灯（5）的上端从下往上通过固定件（10-1）中间的通孔和谐振腔壳体（4）底部的安装孔进入并固定在谐振腔中。
4.根据权利要求1所述的微波无极准分子灯处理废水的装置，其特征在于：石英套管（8）通过1～3个位于石英套管（8）中的固定架（10-2）而固定在无极准分子灯（5）上，所述固定架（10-2）的主体是一具有弹性的空心圈，空心圈的内径大小与无极准分子灯（5）的灯管（5-1）的外径大小相同；在空心圈的外周壁上还包括3～6个使用时与石英套管（8）的内壁紧配合而相互固定的凸起。
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