变频功率超声调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种反应器，具体设及一种变频功率超声调控水下密集气泡介质阻挡 放电反应器，属于反应器技术领域。
【背景技术】
[0002] 超声辅助水下密集气泡DBD(介质阻挡放电），有效降低了放电难度，可W循环利 用放电产生的臭氧，充分利用放电紫外线与二氧化铁协同催化反应增强处理效果，有较好 的应用前景。
[0003] 水下介质阻挡放电，产生均匀而密集气泡的必要性：（1)水下放电（特别是介质阻 挡放电）非常困难；（2)提高放电活性物质与水中有毒害物质作用的效率。
[0004] 水下均匀而密集气泡群的产生方法：
[0005] (1)降低放电难度的物理控制方法：降低系统介电常数；曝气+人工殖核网；变频 功率调制超声筛选气泡尺寸；
[0006] (2)反应速率（化学反应动力学）的物理应参数控制方法：系统粘滞系数；多相 催化；超声波处理器是超声波应用于清洗、脱气、混匀、消泡、乳化、置换、粉碎、加速反应等 目的的辅助处理设备。在电化学、催化化学、水处理、纳米材料制备等领域已得到了广泛应 用。在含气液体内施加超声波，使气泡在超声的作用下产生稀疏和压缩震动，在特定的超声 频率下，特定的气泡产生快速生长、收缩、再生成、再收缩，从而产生快速的爆裂生产密集气 泡；同时，气泡的周期性的振荡或崩裂瞬间，产生短暂的局部高溫和高压，从而引发力学、热 学、化学等效应。设备特点：适用环境广泛，耐溫耐压范围宽；结构型式多样，可根据需要采 用中置式、底附式、侧附式等超声福射方式；结构紧凑，超声密度大、无死角，处理速度快，处 理量大，操作方便等特点。
[0007] 现有水下放电反应器大多采用针-针、针-板、多针-板或多针-多针结构，通常 直接在水使用高压脉冲激励，产生电晕或电弧放电，主要应用于研究水下放电特性。运些水 下放电反应器存在放电困难、放电区域小、处理效率低和成本高等缺点，不适合应用于处理 大流量的废水。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种能够处理大流量废水的变频功 率超声调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，放电简单，放电区域大，处理效率高，成本 低。
[0009] 为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
[0010] 本发明的一种变频功率超声调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，包括底座、 安装在底座上的壳体、储水箱、累组件、阀口组件、高压脉冲电源、可与PC机进行数据通信 的数据采集及控制单元、用于产生水下密集气泡流体的超声空化装置、安装在壳体上用于 检测放电区域放电光谱的光谱检测器和用于检测液面高度的液位传感器；超声空化装置包 括双频超声电源和安装在壳体底部的双频超声换能器，所述双频超声换能器与双频超声电 源相连接；壳体的下方设有反应器进气口及反应器进水口，壳体的上方设有反应器出水口 及反应器出气口；壳体内设有正负极成对排列并W阵列式分层放置的介质阻挡放电电极阵 列、设置在介质阻挡放电电极上下层负载催化剂的冲孔网板和位于介质阻挡放电电极阵列 下方的曝气装置，所述介质阻挡放电电极阵列与高压脉冲电源相连接；液位传感器、光谱检 测器与数据采集及控制单元的输入端相连接，所述数据采集及控制单元的输出端连接累组 件、阀口组件、高压脉冲电源和双频超声电源，所述累组件及阀口组件在数据采集及控制单 元的控制下，实现水处理通道的选择和气体的循环。
[0011] 上述双频超声换能器可W替换为棒状压电超声换能器，所述棒状压电超声换能器 安装在曝气装置与介质阻挡放电电极阵列之间；所述双频超声换能器也可W替换为轴向福 射能量的片状压电超声换能器，所述片状压电超声换能器的福射面粘贴在介质阻挡放电电 极阵列上方的冲孔网板上；或者同时安装所述棒状压电超声换能器和片状压电超声换能 器。
[0012] 上述反应器出水口安装有气液分离器；所述阀口组件包括设置在干净水源出水管 上的第一阀n、设置在储水箱出水管上的第二阀口、设置在进气管道上的第=阀口、设置在 储水箱进水管上的第四阀口和设置在单次处理水出水管上的第五阀口；所述累组件包括气 累和液压累；所述干净水源出水管的另一端、储水箱出水管的另一端均与反应器进水口相 连接，所述液压累安装在反应器进水口处；所述储水箱进水管的另一端和单次处理水出水 管的另一端均与气液分离器出水口相连接；所述进体管道一端与反应器进气口相连接，另 一端与反应器出气口及气液分离器出气口相连接，所述气累安装在反应器进气口处。
[0013]上述反应器进水口处还设有液体流量计，所述反应器进气口处还设有气体流量 计。
[0014]上述光谱检测器具体采用的是石英玻璃管或者发光光谱仪，所述石英玻璃管的底 部紧贴放电区域，所述发光光谱仪的光纤探头伸入壳体内部。
[0015]上述介质阻挡放电电极阵列每层由10~30对介质阻挡放电电极构成，层数为 1~10层。
[0016]上述介质阻挡放电电极包括作为绝缘介质的石英玻璃管和插在石英玻璃管内作 为导电电极的不诱钢棒，在所述不诱钢棒与石英玻璃管之间的间隙中填充有金属粉或者高 真至娃脂。
[0017]上述石英玻璃管的外径为4. 0-6. 0mm、内径为2. 0-4. 0mm，所述不诱钢棒的直径为 2. 0-4. 0mm。
[0018]上述冲孔网板具体采用的是涂敷Ti02薄膜的冲孔铁板，所述冲孔铁板上均匀分 布多个孔桐；所述冲孔铁板的厚度为1. 5-3. 0mm，所述Ti02薄膜的厚度为50-200nm;每个 孔桐的孔径为0. 5-3. 0mm，相邻两个孔桐中屯、间距为1. 0-6. 0mm。
[0019]上述壳体的两侧设有绝缘支架，所述底座和绝缘支架采用的是聚四氣乙締板材制 作。
[0020] 本发明采用变频功率超声波，在水中建立密集气泡群，降低放电难度，并使用高压 脉冲或交流电源激励介质阻挡放电电极阵列，在密集气泡群中产生放电；同时，通过超声波 等物理扰动，提升气液两相流间的扩散和传质，有效提高扩散反应速率；综合利用放电产生 的紫外线和臭氧，与超声共同构建水下多相催化反应系统，有效降低反应活化能，协同提高 废水降解的活化反应速率。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明的反应器结构示意图（图中A表示的是放电区，B表示的是空化泡 群）；
[0022] 图2为本发明的超声换能器其他安装实施例；
[0023] 图3为双介质DBD电极结构；
[0024] 图4为单介质DBD电极结构；
[00巧]图5为本发明的冲孔网板结构示意图；
[0026] 图6为本发明的反应器原理框图；
[0027] 图7为n个变频功率超声调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器级联处理水的示 意图（并联驱结构）；
[0028] 图8为又一n个变频功率超声调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器级联处理水 的示意图（独立驱动结构）；
[0029] 图9为变频功率调制信号频率变化、波形及其输出功率密度图；
[0030] 图10为中高频同步工作模式；
[0031] 图11为中高频间歇工作模式；
[0032]图12为中高频互补工作模式；
[0033] 图13为电气控制系统的功能框图；
[0034] 图14为双路超声功率信号发生电路图；
[0035] 图15为压电换能器的实际等效电路结构图；
[0036] 图16为压电换能器的谐振时的等效电路；
[0037] 图17为串联电感与并联电容匹配结构图；
[0038] 图18为串联电感T型匹配网结构图；
[0039] 图19为介质阻挡放电结构示意图；
[0040] 图中各标号：底座1、壳体2、储水箱3、气累4-1、液压累4-2、第一阀口 5-1、第二 阀口 5-2、第=阀口 5-3、第四阀口 5-4、第五阀口 5-5、高压脉冲电源6、数据采集及控制单 元7、双频超声电源8-1、双频超声换能器8-2、光谱检测器9、液位传感器10、反应器进气口 11-1、反应器进水口 11-2、反应器出气口 11-3、反应器出水口 11-4、介质阻挡放电电极阵列 12、石英玻璃管12-1、不诱钢棒12-2、冲孔网板13、孔桐13-1、曝气装置14、气液分离器15、 液体流量计16-1、气体流量计16-2、绝缘支架17。
【具体实施方式】
[0041]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合
【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0042] 在本发明中，曝气装置（Aerator)位于介质阻挡放电值抓）电极阵列的下方，气体 (空气、氧气、臭氧）等气体或混合气体）使用气累注入曝气装置，待处理的水也从反应器 的下方注入，从曝气装置溢出的小气泡与待处理水一起自下而上流动。在超声波空化作用 下，小气泡不断生长和崩溃，在水中形成密集的向上运动的小气泡群，铁网进一步为上升的 气泡创造了暂时滞留和均匀分布的条件