CN211570217U - 一种圆筒型dbd等离子体有机废液处理装置 - Google Patents

Abstract

一种圆筒型DBD等离子体有机废液处理装置，属于污水处理技术领域。包括石英玻璃介质层，不锈钢圆柱高压内电极，外电极采用铜板或不锈钢网并接地,采用玻璃转子流量计控制放电气体流量。气体由反应器上孔进入、下孔排出。抗生素废液由蠕动泵循环传送至放电区域和储存池。在水、空气、或空气和水的交界面处,通过在电极施加高压击穿,产生电子雪崩效应产生等离子体。电子在前进的过程中会与水分子和空气分子相碰撞,发生电离，这样等离子体就会提供电子、离子，活性自由基，激发态原子、分子，以及光、热等物理化学效应，可与有机物抗生素产生多种复杂的物理化学反应，协同作用于降解废水中的有机抗生素污染物。

Description

一种圆筒型DBD等离子体有机废液处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种处理抗生素废水的净化装置及净化方法，尤其涉及一种基于高级氧化技术之一的非热等离子体技术，采用环-筒式介质阻挡放电方式处理抗生素废水的净化装置，属于污水处理技术领域。

背景技术

随着日常生活水平的变化，人类和牲畜对药品使用量不断增长，抗生素类药物已经成为世界上使用最广泛的抗菌药物之一。抗生素的普及在带来生活水平提高的同时，其对环境，特别是水，污染问题随之而来。抗生素污染的首要污染源为家庭、医院废水，动物养殖、水产养殖和制药工业废水的排放等。由于抗生素类药物在人或动物机体内大部分无法被吸收代谢，通常以初始结构或仍具有生物活性的代谢产物的形式排到体外，它们在环境中日积月累,经生态循环，对生物种和人类健康都带来极大的风险。全球范围内的地表水，饮用水甚至海水中均能检测到典型的广谱抗生素，这表明抗生素污染现状十分严重，同时也证明常规工艺的去除效果并不显著。要提高水环境的质量,必须开展高效、经济的抗生素污染水处理技术研究抗生素的普及在带来生活水平提高的同时，其对环境，特别是水，污染问题随之而来。全球范围内的地表水，饮用水甚至海水中均能检测到典型的广谱抗生素，要提高水环境的质量,必须开展高效、经济的抗生素污染水处理技术研究。

非热等离子体放电水处理技术被证明是一种有效降解水中有机物污染物方法，其分为在气体中放电处理水、在液体中放电处理水和在液体中鼓泡放电处理水。其中在气体中放电处理水是在水、空气、或空气和水的交界面处,通过在电极施加高压击穿,产生电子雪崩效应产生等离子体。电子在前进的过程中会与水分子和空气分子相碰撞,发生电离，提供电子、离子，活性自由基，激发态原子、分子，以及光、热等物理化学效应，可与有机物抗生素产生多种复杂的物理化学反应，协同作用于降解废水中的有机抗生素污染物。这种方法的特点是设备简单、放电电压低，可采用的离子种类多、放电模式多等。

介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge，DBD)是指在电极表面覆盖一层绝缘介质层，产生非平衡态气体放电。使用的绝缘介质主要为石英玻璃、陶瓷或聚合物等。介质阻挡放电按照电极结构分为平板结构和同轴结构两种形式。在目前DBD等离子体水处理中，主要采用的电极结构为：针、线、棒-板式以及环-筒式等，产生足够高的局部电场强度，激发和电离电极周围的物质分子，产生等离子体降解基团。当采用环-筒式电极形状不仅可以增加有效放电面积和气-液接触面积，同时大面积气-液接触可以提供较多的活性粒子，进而提高处理效率，有可能实现大面积、工业级的有机抗生素废水的处理。因为其可形成大面积均匀放电、设备器件简单、易于操作和控制，有利于等离子体和处理物的充分接触，介质层存在可防止局部火花或者弧光放电的形成，保证了装置的安全稳定运行，它综合几种放电模式的优点，能较容易的产生非平衡等离子体，且等离子体的温度和密度适中，而被广泛的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种环-筒结构的介质阻挡放电等离子体水处理装置,可以实现较大体积的处理容量，研究DBD等离子体对抗生素的处理效果。经过对等离子体反应器关键结构的优化改进，具有结构简单、操作方便、降解效率高、能耗低、使用寿命长、无二次污染等优点，以期上述研究结果为实现大面积、工业级的有机抗生素废水的处理，保护水生生态环境提供科学依据。

本实用新型是通过如下技术方案实现的。

一种处理难降解废水的净化装置，其特征在于，包括环-筒结构的等离子体反应器(1)、待测液储存池(2)、蠕动泵(3)、气缸(4)、控制器(5)；

环-筒结构的等离子体反应器(1)包括内筒(11)、外筒(12)，外筒(12)嵌套在内筒(11)外，两者之间具有环状空隙(13)，环状空隙(13)的上端分别设有进气口(14)和进液口(15)，等离子体反应器(1)底部与环状空隙(13)连通，并设有一个出口(16)，内筒(11)作为等离子体反应器(1)的高压电极与高压电源连接，外筒(12)采用石英材质作为介质，在外筒(12)的外侧周圈设有接地的接地电极(17)；

环-筒结构的等离子体反应器(1)的进气口(14)与气缸(4)连接，气缸(4)上设有控制阀；进液口(15)通过蠕动泵(3)与待测液储存池(2)内的液体连接，出口(16)与待测液储存池(2)连接形成一循环回路；待测液储存池(2)设有排气口和出水口；液体流经的管路为水路系统，气体流经的管路为气路系统；

同时接地电极(17)与控制器(5)的控制电流的电流探头连接，内筒(11)作为高压电极与控制器(5)的控制电压的电压探头连接，控制器(5)与电源连接。

所述等离子体反应器(1)的进气口、进液口采用聚四氟乙烯接头；进气口的气体和进液口的液体在环状空隙(13)内形成同路；所述等离子体反应器下部的出口排出气体和液体进入储水池，储水池的气体从排气口排出，液体从排水口排出或通过蠕动泵再次进入等离子体反应器(1)进行循环。

上述技术方案中，进液口的液体自上而下从高压电极表面流过。

上述技术方案中，所述电源为高压脉冲电源或/和交流电源。

上述技术方案中，所述等离子体反应器高压电极和所述接地电极分别设置在所述等离子体反应器介质石英管的内外两侧且同轴布置。

上述技术方案中，所述等离子体反应器上部采用聚四氟乙烯材质进行固定、间隔各部件，防止电弧放电的形成。

上述技术方案中，所述反应器内部为不锈钢材质高压电极管，外部接地电极为铜或不锈钢网。

上述技术方案中，选用蠕动泵供液，设置进液口(15)使液体在电极表面形成均匀水膜。

一种采用上述装置处理水中抗生素的净化方法，所述方法包括：将含有抗生素有机污染物的废水通入储水池，使其进入等离子体反应器，顺着进液口均匀流动，设置流量0-1000mL/min；将空气/氩气通入气路系统即通过气缸(4)使其进入等离子体反应器，设置流量1-5L/min；启动控制器，使等离子体反应器的高压电极与接地电极之间形成介质阻挡放电，在水、空气、或空气和水的交界面处,通过在电极施加高压击穿,产生电子雪崩效应产生等离子体，电子在前进的过程中会与水分子和空气分子相碰撞,发生电离，这样等离子体就会提供包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，激发光、热等物理化学效应，可与有机物抗生素产生多种复杂的物理化学反应，协同作用于降解废水中的有机抗生素污染物，使废水得到净化。

等离子体反应器设置水路系统为循环系统，净化后的废水从出水口经水路管道循环进入反应器，再次经过高压电极与接地电极之间形成介质阻挡放电，在水、空气、或空气和水的交界面处,通过在电极施加高压击穿,产生电子雪崩效应产生等离子体。电子在前进的过程中会与水分子和空气分子相碰撞,发生电离，这样等离子体就会提供包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，激发光、热等物理化学效应，可与有机物抗生素产生多种复杂的物理化学反应，协同作用于降解废水中的有机抗生素污染物使废水得到净化。

气路、水路系统稳定后启动高压电源，使等离子体高压电极与接地电极之间形成介质阻挡放电，在水、空气、或空气和水的交界面处,通过在电极施加高压击穿,产生电子雪崩效应产生等离子体。电子在前进的过程中会与水分子和空气分子相碰撞,发生电离，这样等离子体就会提供包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，激发光、热等物理化学效应，可与有机物抗生素产生多种复杂的物理化学反应，协同作用于降解废水中的有机抗生素污染物，使废水得到净化。

净化后的废水从出水口经水路管道循环再次进入反应器。

本实用新型具有以下突出优点及效果：装置结构采用同轴-圆筒式大气压DBD反应器，反应器有效放电面积较大，可高效地降解较大流量的四环素模拟废水，相对于从前的类似的一些等离子体降解实验研究，同时处理废水的体积增多，并且与循环下降水膜有较大接触面，更有利于氧化物种从气相到液相的良好传递；占地面积小，即停即用，具有操作方便，运行稳定，处理效率高，能耗低，无二次污染等优点。

附图说明

图1为本实用新型的一种处理难降解废水的净化装置结构示意图。

等离子体反应器1、待测液储存池2、蠕动泵3、气缸4、控制器5、内筒11、外筒12、环状空隙13、进气口14、进液口15、出口16、接地电极17。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。但本实用新型并不限于以下实施例。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

实施例1

本实用新型所提供的一种处理抗生素废水的净化装置，具体结构见图1，是基于作为高级氧化技术之一的非热等离子体技术，通过放电形成的高能电子、离子、活性自由基、激发态原子和分子等参与化学效应，同时产生光、热、电等物理效应，共同作用降解废水中的抗生素的等离子反应器。

一种处理抗生素废水的净化装置，包括等离子体反应器以及和等离子体反应器相连的水路和气路系统，供电电源以及参数测试系统。

如图1所示，等离子体反应器包括内部高压电极，石英管，外部接地电极，在等离子体反应器中呈自内而外布置。

等离子体反应器还包括装置上部的聚四氟乙烯接头。并且设置进气口和进水口，通过流量计经气管将气体通入等离子体反应器，通过蠕动泵将水溶液经水管通入等离子体反应器，本领域一般技术人员能够理解。

等离子体反应器根据抗生素溶液浓度和降解难易程度调节气流量和水流量，本领域一般技术人员能够理解。

等离子体反应器供电电源包括脉冲高压电源和交流电源，启动方式略有不同，待气路、水路系统稳定运行后，开启电源，经过高压电极与接地电极之间形成介质阻挡放电，在水、空气、或空气和水的交界面处,通过在电极施加高压击穿,产生电子雪崩效应产生等离子体。电子在前进的过程中会与水分子和空气分子相碰撞,发生电离，这样等离子体就会提供包括高能电子、羟基自由基在内的强氧化性活性粒子，激发光、热等物理化学效应，可与有机物抗生素产生多种复杂的物理化学反应，协同作用于降解废水中的有机抗生素污染物，使废水得到净化。

等离子体反应器运行过程中，通过高压探头测量电压，电流探头测量电流，使用示波器监测电压电流变化，并计算放电有效功率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种圆筒型DBD等离子体有机废液处理装置，其特征在于，包括环-筒结构的等离子体反应器(1)、待测液储存池(2)、蠕动泵(3)、气缸(4)、控制器(5)；

环-筒结构的等离子体反应器(1)包括内筒(11)、外筒(12)，外筒(12)嵌套在内筒(11)外，两者之间具有环状空隙(13)，环状空隙(13)的上端分别设有进气口(14)和进液口(15)，等离子体反应器(1)底部与环状空隙(13)连通，并设有一个出口(16)，内筒(11)作为等离子体反应器(1)的高压电极与高压电源连接，外筒(12)采用石英材质作为介质，在外筒(12)的外侧周圈设有接地的接地电极(17)；

环-筒结构的等离子体反应器(1)的进气口(14)与气缸(4)连接，气缸(4)上设有控制阀；进液口(15)通过蠕动泵(3)与待测液储存池(2)内的液体连接，出口(16)与待测液储存池(2)连接形成一循环回路；待测液储存池(2)设有排气口和出水口；液体流经的管路为水路系统，气体流经的管路为气路系统；

同时接地电极(17)与控制器(5)的控制电流的电流探头连接，内筒(11)作为高压电极与控制器(5)的控制电压的电压探头连接，控制器(5)与电源连接。

2.按照权利要求1所述的一种圆筒型DBD等离子体有机废液处理装置，其特征在于，所述等离子体反应器(1)的进气口、进液口采用聚四氟乙烯接头；进气口的气体和进液口的液体在环状空隙(13)内形成同路；所述等离子体反应器下部的出口排出气体和液体进入储水池，储水池的气体从排气口排出，液体从排水口排出或通过蠕动泵再次进入等离子体反应器(1)进行循环。

3.按照权利要求1所述的一种圆筒型DBD等离子体有机废液处理装置，其特征在于，进液口的液体自上而下从高压电极表面流过。

4.按照权利要求1所述的一种圆筒型DBD等离子体有机废液处理装置，其特征在于，所述电源为高压脉冲电源或/和交流电源。

5.按照权利要求1所述的一种圆筒型DBD等离子体有机废液处理装置，其特征在于，所述等离子体反应器高压电极和所述接地电极分别设置在所述等离子体反应器介质石英管的内外两侧且同轴布置。

6.按照权利要求1所述的一种圆筒型DBD等离子体有机废液处理装置，其特征在于，所述等离子体反应器上部采用聚四氟乙烯材质进行固定、间隔各部件，防止电弧放电的形成。

7.按照权利要求1所述的一种圆筒型DBD等离子体有机废液处理装置，其特征在于，所述反应器内部为不锈钢材质高压电极管，外部接地电极为铜或不锈钢网。

8.按照权利要求1所述的一种圆筒型DBD等离子体有机废液处理装置，其特征在于，选用蠕动泵供液，设置进液口(15)使液体在电极表面形成均匀水膜。

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