一种泡-膜式介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置的制作方法

本发明属于污染物处理技术领域，具体一种泡-膜式介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置。

背景技术：

随着石油化工、有机合成、印染等行业的发展，各种高浓度难降解有机废水、废气相应增多，给环境保护提出更多的问题。难降解有机污染物的处理一直是环境保护中的难点和重点。难降解有机物指生物不能降解，或在任何环境不能以足够快的速度降解而使它在环境中长期积累的化合物，这类有机物具有易生物富集，环境污染严重，对人体伤害大等特点。常见的难降解有机污染有杂环类化合物、多环芳烃、卤代烃、含氰化合物等有毒有害物质。

近年来，美国、法国、俄罗斯以及国内一些研究单位围绕等离子体流动控制开展了大量工作，对包括电晕放电、介质阻挡放电、等离子体合成射流等多种激励形式的放电特性、实验、仿真及其在等离子体流动控制中的应用进展情况进行了综述。上世纪90年代，美国roth小组研究并完善了一种大气压介质阻挡放电：沿面型介质阻挡放电。他们于1994年申请了专利，称之为“大气压辉光放电等离子体”(oneatmosphereuniformglowdischargeplasma，oaugdptm)。沿面介质阻挡放电是介质阻挡放电的一种形式，电极分布在介质板上下两侧，气体放电在电极的上方沿着介质表面产生，因此通常称之为沿面放电，它能够在介质表面较容易产生均匀的较大面积等离子体层。具有对称结构和非对称结构两种基本形式，其中，非对称结构是流动控制领域常见的激励形式，使用中对低电极进行封装。sdbd激励器的电极宽度通常为几个mm，电极间隙为0到几个cm，常用的介质材料为聚四氟乙烯、聚酰亚胺、有机玻璃、陶瓷和环氧树脂等，厚度通常在0.1到几个mm。国际上研究最为广泛的是正弦波高压作用下产生的sdbd等离子体气动激励，近年来受到提高等离子体流动控制能力的驱动，国际上对纳秒脉冲高压作用下产生的dbd等离子体气动激励研究越来越多。

sdbd近年来受到了研究者的普遍关注，这是因为一方面有关它的机理研究目前还没有一个较完整的结论，另外从现有的研究结果来看它具有广泛的应用前景，这也极大地推动了沿面介质阻挡放电本身研究的发展。

另一方面，膜式反应器有效地加速了传质速率，许多反应器的配置，包括气体和液体接触等离子体已经开发和研究了。这里描述的反应器系统的一个关键方面是流动的气体区域与流动的液体薄膜的结合利用。等离子体放电沿这两个区域的交界面传播，在等离子体通道附近产生的产物迅速溶解到液膜中。对于传质反应器的研究和污染物的处理具有重大意义。

目前设计和改造液相大气压等离子体介质阻挡放电装置是等离子体科学研究的重要方向，如何设计出气液接触面积更大、气液相之间传质速率更快、活性物质产生更多以及寿命更长具有重要的工程实际意义。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在上述的一个或多个缺陷，本发明提供了一种泡-膜式介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置。

为实现上述目的，本发明提供一种泡-膜式介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其特征在于：包括沿面介质阻挡放电和流注放电两种放电形式；所述装置进水管与出水管设置在内管1下方；所述放电组件包括高压电极、绝缘介质、曝气盘(微孔道元件)；所述装置接地电极(1-6)设置在外管2壁面，呈螺旋状分布，使电极紧贴管壁面；所述绝缘介质设置在高压极，绝缘介质作为高压极外层，采用石英玻璃材质；曝气盘位于内管1的下方，通过(1-4)和(1-5)两个小圆环固定上下位置，气体在一定压力下，经过孔道部件(2-3)将气体均匀由曝气盘进入内管，在通水的情况下，形成水膜，进而开始放电。所述微孔道件(1-3)上设有若干微孔，分布均匀；所述微孔道件(1-3)采用绝缘材质；装置由法兰(2-4)分为上下两部分。

采用上述方案，在工作时，该高压电极(1-1)通过导线外接高压电源连接，该高压电极(1-1)为离子溶液电极，由绝缘介质(石英玻璃管)装入离子溶液，位于内管中心；该装置地极(1-6)设置在内管外表面，呈螺旋状分布，紧贴在外壁表面；装置主要发生位于内管内部的流注放电和内管外壁的沿面介质阻挡放电，其工作特点分析如下：

第一，由于在内管1内部进行废水处理时，经高压电极(1-1)放电形成等离子体会在大量气泡的快速推动下进入液相中，同时，气体经过内管外壁的沿面介质阻挡放电，携带大量的活性物质进入内管，进一步提高了处理效果，解决了等离子体传质慢的问题，大大提高了分解效率、进而实现低成本、高效率放电等离子体处理难降解有机污染物；

第二，由于在放电时，由于绝缘介质的绝缘阻挡，可避免火花放电，得到了均匀稳定的等离子体，且经绝缘介质在介质阻挡后使放电过程具有脉冲延时短、适用电压频率范围宽，适应性强等优点。

第三，由于曝气盘(2-3)中的微孔道元件位于内管下方，当通入废水和气体后，微孔道元件在气液混流中可能实现自冷却，由内管外壁发生的沿面介质阻挡放电所产生的活性物质也通过微孔道，与废水在曝气盘表面反应，可提高活性物质存活时间，提升效率。

第四，由于微孔元件是绝缘的，电场只能从孔道中穿过，达到聚集电场的作用，降低放电的起始电压，提高能量的利用率，实现低运行成本。

优选地，所述微孔(2-3)的直径为小于100um。

优选地，该微孔道件(2-3)可采用陶瓷过滤板、过滤片、石英曝气盘、陶瓷曝气盘、聚四氟乙烯曝气盘中的任一种。

进一步地，所述绝缘介质为石英玻璃，内管和外管为有机玻璃材质。

进一步地，所述高压电极(1-1)为离子溶液，如硫酸钠溶液，硫酸镁溶液等；接地电极(1-6)采用丝状导电材料。

进一步地，所述放电组件具有多个。这样可成倍提高污染物处理的效率。

本发明的有益效果：

第一，本发明由于在内管内废水处理时，经高压电极放电形成等离子体会在大量气泡的快速推动下进入所述内管内不同区域，可实现快速扩散，解决了等离子体传质慢的问题，大大提高了分解效率、进而实现低成本、高效率放电等离子体处理难降解有机污染物。

第二，本发明由于在放电时，由于绝缘介质绝缘阻挡，可避免火花放电，得到了均匀稳定的等离子体，且经绝缘介质介质阻挡后使放电过程具有脉冲延时短、适用电压频率范围宽，适应性强等优点。

第三，本发明由于曝气盘内的微孔道元件在水箱内，当通入废水和气体后，因此微孔道元件在水中可能实现自冷却，由内管外壁发生的沿面介质阻挡放电所产生的活性物质也通过微孔道，与废水在曝气盘表面反应，可提高活性物质存活时间，提升效率。

第四，本发明由于微孔元件是绝缘的，电场只能从微孔中穿过，达到聚集电场的作用，降低放电的起始电压，提高能量的利用率，实现低运行成本。

第五，本发明可用于废气的处理，也可以用于废水的处理，还可以用于废气和废水的同步处理，满足对单一或/和复合污染物处理，具有多功能性，能达到一机多用的目的；

第六，本发明由于将放电区域设置在了气液界面，并实现水气混合相放电、可提高活性物质的产率，利于有机污染物的去除。

第七，本发明可用法兰(2-4)将装置分为上下两个部分，便于实验操作中为了提升放电效果，对高压电极端进行改造。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是法兰的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例：参见图1，一种泡-膜式介质阻挡放电等离子体的污染物处理装置，其包括高压电极、绝缘介质、曝气盘。

所述内管1下方与进水管(2-6)、出水管(2-7)连接；

所述放电组件包括高压电极、绝缘介质、曝气盘；该装置的高压电极整体位于内管内部；所述绝缘介质位于内管中心位置，其内部装有离子溶液；

所述曝气部件位于内管下部，其包括曝气盘(1-3)、固定部件1(1-4)、固定部件2(1-5)；并且所述微孔道件(1-3)上设有若干微孔，分布均匀；

所述微孔道件(2-1)采用绝缘材质；所述装置接地电极位于内管外表面，螺旋式分布在内管外部；

所述装置进气由高压气体经流量计(2-1)调节流量后进入装置，通过1mm左右的孔道部件(2-3)将气体均匀进入放电区域；

所述装置由法兰(2-4)分为上下两部分，便于实验操作中为了提升放电效果，对高压电极端进行改造。

优选地，所述微孔(2-1)的直径为小于100um。

另外，该微孔(2-1)孔型可为圆孔、三角形孔、多边形孔等，可不受外形限制。

优选地，该微孔道件(2-1)可采用陶瓷过滤板、过滤片、石英曝气盘、陶瓷曝气盘、聚四氟乙烯曝气盘中的任一种。

进一步地，所述绝缘介质为石英玻璃，内管和外管为有机玻璃材质。

进一步地，所述高压电极(1-1)为离子溶液，如硫酸钠溶液，硫酸镁溶液等；接地电极(1-6)采用丝状导电材料。

进一步地，所述放电组件具有多个。这样可成倍提高污染物处理的效率。

进一步地，所述装置通过孔道部件(2-3)将气体均匀通入放电区域，在内管外壁的沿面介质阻挡作用下，携带活性物质进入内管，经过内管的流注放电后排出装置，即可实现对废气的处理。

在本实施例中，所述接地电极(1-6)可安装在内管外壁，其安装位置取决于由于气体的压力而通过曝气盘所产生的水膜位置。

发明在工作时，该高压电极(1-1)通过导线外接高压电源连接，该高压电极(1-1)被绝缘介质管固定在内管中心，在气液混合相中放电，产生活性物质，其工作特点分析如下：

第一，由于在内管1内部进行废水处理时，经高压电极(1-1)放电形成等离子体会在大量气泡的快速推动下进入液相中，同时，气体经过内管外壁的沿面介质阻挡放电，携带大量的活性物质进入内管，进一步提高了处理效果，解决了等离子体传质慢的问题，大大提高了分解效率、进而实现低成本、高效率放电等离子体处理难降解有机污染物；

第二，由于在放电时，由于绝缘介质的绝缘阻挡，可避免火花放电，得到了均匀稳定的等离子体，且经绝缘介质在介质阻挡后使放电过程具有脉冲延时短、适用电压频率范围宽，适应性强等优点。

第三，由于曝气盘(2-3)中的微孔道元件位于内管下方，当通入废水和气体后，微孔道元件在气液混流中可能实现自冷却，由内管外壁发生的沿面介质阻挡放电所产生的活性物质也通过微孔道，与废水在曝气盘表面反应，可提高活性物质存活时间，提升效率。

第四，由于微孔元件是绝缘的，电场只能从孔道中穿过，达到聚集电场的作用，降低放电的起始电压，提高能量的利用率，实现低运行成本。

本发明具有三种工作状态：

第一种，只处理难降解有机废水也就是本装置主要的工作状态。首先从供气管道(2-1)通入气体，然后从进水管(2-6)通入废水，当废水接触到接地电极(1-6)后，打开高压电源开始放电处理，然后可长期运行。

第二种，只处理难降解挥发性有机废气。首先从供气管道(2-1)通入废气，然后从进水管(2-6)通入水，当废水接触到接地电极(1-6)后，打开电源开始放电，最后降低从进水管(2-6)通入水的速度。

第三种，既处理废水也处理废气。分别从供气管道(2-1)通入废气和进水管(2-6)通入废水，当内管内液相的液面接触到接地电极(1-6)后，打开电源开始放电，然后可长期运行。

因此，本发明可以用于废气的处理，也可以用于废水的处理，另外还可以用于废气、废水或的同步处理。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。