一种自由基分离式水处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及领域，具体是一种自由基分离式水处理方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展和城市化进程的加快，水资源匮乏和污染是全球关注的热点。同时人们的环保意识逐渐增强，国家的相关法律法规及行业标准都对水资源的利用和排放标准有严格的限定，对水资源进行治理是改善环境质量的关键。
[0003]目前传统的水处理工艺包括卤素(如氯气、二氧化氯)、紫外线等，卤素消毒过程中或产生致癌的有机副产物，影响水质。紫外线技术则存在石英套管的污垢膜及紫外光透射率问题、石英管的寿命及高昂维护费等问题。
[0004]液相(气液相)等离子体放电过程中产生高能粒子、活性自由基、并伴有紫外光辐射、冲击波等，使得水中污染物更容易高效去除。目前液相(气液相)等离子体放电水处理装置通常等离子体和水溶液直接接触，等离子体中的电子、离子和水分子及自由基直接作用，造成水体的PH值下降，引发自由基发生系列化学反应，造成水中一些不利的副产物生成。
[0005]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种自由基分离式水处理方法，以解决现有技术存在的冋题。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种自由基分离式水处理方法，其特征在于:采用第一绝缘管、第二绝缘管，第一绝缘管部分插入水中，第二绝缘管完全插入水中并同轴设置在第一绝缘管下方，在第二绝缘管上端管口中紧配安装屏蔽金属网，屏蔽金属网不直接与地电极连接从而处于虚电位，且令屏蔽金属网包敷第一绝缘管下端管口，采用中空的高压电极，高压电极下端插接在第一绝缘管上端管口中，且高压电极连通外部气源并由外部高压电源激发，由高压电极、第一绝缘管与屏蔽金属网之间区域形成等离子体产生区，由第二绝缘管与屏蔽金属网之间区域形成自由基反应区；具体过程如下:
(1)、首先令外部气源通过高压电极向等离子体产生区中通入工作气体，并保持一定时间以排出等离子体产生区内的杂质气体；
(2)、令高压电源激发高压电极，在高压电极以及虚电位的屏蔽金属网之间的等离子体产生区中产生等离子体，等离子体由于屏蔽金属网的屏蔽不与水体直接接触，工作气体在等离子体作用下形成自由基及活性成分；
(3)自由基及活性成分透过屏蔽金属网进入自由基反应区，在自由基反应区内自由基及活性成分与水体中的污染物作用，从而去除水体中的污染物。
[0007]所述的一种自由基分离式水处理方法，其特征在于:通过调节第二绝缘管的长度，可分离出不同寿命的自由基及活性成分用于去除水体中污染物:
当绝缘管的长度较短时，短寿命的自由基及活性成分可以协同与水发生作用，去除水中的污染物；当绝缘管的长度较长时短寿命的自由基及活性成分在其中淬灭，只有较长寿命的自由基及活性成分与水发生作用去除水中的污染物。
[0008]所述的一种自由基分离式水处理方法，其特征在于:外部气源通过流量控制器或缓冲罐向高压电极通入气体。
[0009]本发明原理为:在等离子体产生区放电产生等离子体，该等离子体子与水体并不直接接触，减少了电子、离子、自由基、活性成分与水分子直接接触发生系列反应生成不利的副产物。在自由基反应区只存在由等离子体产生区内形成的自由基及活性成分，自由基及活性成分和水中的污染物快速作用，达到去除水中污染物的目的，由于电子、离子被屏蔽，减少了水中副产物的生成。
[0010]本发明中，屏蔽金属网包覆在第一绝缘管的下端管口处，起到隔离等离子体和水溶液的作用，电子、离子被屏蔽在等离子体产生区内。屏蔽金属网浸没于水溶液中，没有直接和地电位相连，处于虚电位，该屏蔽金属网具有增强电场的作用，使得等离子体更易于在高压电极和屏蔽金属网间产生。因为如果没有屏蔽金属网，气体通道在气流的作用下会继续在第一绝缘管内传播，这样相当于增加了放电间距，故电场减弱。
[0011]本发明提出了一种自由基分离式水处理方法，该方法能够将放电等离子体区和水处理区分离，在水处理区域利用放电区产生的自由基及活性成分和水中的污染物快速作用，达到去除水中污染物的目的。由于放电区和水处理区隔离，本发明在高效处理水中污染物的同时可以减少水中不利副产物的生成。
【附图说明】
[0012]图1为本发明原理示意图。
【具体实施方式】
[0013]参见图1所示，一种自由基分离式水处理方法，采用第一绝缘管3、第二绝缘管6，第一绝缘管3部分插入水中，第二绝缘管6完全插入水中并同轴设置在第一绝缘管3下方，在第二绝缘管6上端管口中紧配安装屏蔽金属网4，屏蔽金属网4不直接与地电极7连接从而处于虚电位，且令屏蔽金属网4包敷第一绝缘管3下端管口，采用中空的高压电极1，高压电极1下端插接在第一绝缘管3上端管口中，且高压电极1连通外部气源并由外部高压电源激发，由高压电极1、第一绝缘管3与屏蔽金属网4之间区域形成等离子体产生区2，由第二绝缘管6与屏蔽金属网4之间区域形成自由基反应区5 ;具体过程如下:
(1)、首先令外部气源通过高压电极1向等离子体产生区2中通入工作气体，并保持一定时间以排出等离子体产生区2内的杂质气体；
(2)、令高压电源激发高压电极1，在高压电极1以及虚电位的屏蔽金属网4之间的等离子体产生区2中产生等离子体，等离子体由于屏蔽金属网4的屏蔽不与水体直接接触，工作气体在等离子体作用下形成自由基及活性成分；
(3)自由基及活性成分透过屏蔽金属网4进入自由基反应区5，在自由基反应区5内自由基及活性成分与水体中的污染物作用，从而去除水体中的污染物。
[0014]通过调节第二绝缘管6的长度，可分离出不同寿命的自由基及活性成分用于去除水体中污染物:
当绝缘管的长度较短时，短寿命的自由基及活性成分如羟基自由基、超氧阴离子、活性氧原子等，可以协同与水发生作用，去除水中的污染物；当绝缘管的长度较长时短寿命的自由基及活性成分在其中淬灭，只有较长寿命的自由基及活性成分如臭氧可与水发生作用去除水中的污染物。
[0015]外部气源通过流量控制器或缓冲罐向高压电极通入气体。
[0016]为了增强水处理效果，高压电极可以并行排列，形成阵列式的处理单元。
[0017]本发明以氧气作为载气放电为例，在自由基反应区5内含有多种自由基及活性成分，如单线态氧、超氧阴离子、活性氧原子、以及臭氧等。这些活性物质与含有金黄色葡萄球菌的液体样本发生作用，5分钟可以使得细菌存活数下降3个量级。继续提高输入功率可以使细菌全部失活。
【主权项】
1.一种自由基分离式水处理方法，其特征在于:采用第一绝缘管、第二绝缘管，第一绝缘管部分插入水中，第二绝缘管完全插入水中并同轴设置在第一绝缘管下方，在第二绝缘管上端管口中紧配安装屏蔽金属网，屏蔽金属网不直接与地电极连接从而处于虚电位，且令屏蔽金属网包敷第一绝缘管下端管口，采用中空的高压电极，高压电极下端插接在第一绝缘管上端管口中，且高压电极连通外部气源并由外部高压电源激发，由高压电极、第一绝缘管与屏蔽金属网之间区域形成等离子体产生区，由第二绝缘管与屏蔽金属网之间区域形成自由基反应区；具体过程如下: (1)、首先令外部气源通过高压电极向等离子体产生区中通入工作气体，并保持一定时间以排出等离子体产生区内的杂质气体； (2)、令高压电源激发高压电极，在高压电极以及虚电位的屏蔽金属网之间的等离子体产生区中产生等离子体，等离子体由于屏蔽金属网的屏蔽不与水体直接接触，工作气体在等离子体作用下形成自由基及活性成分； (3)自由基及活性成分透过屏蔽金属网进入自由基反应区，在自由基反应区内自由基及活性成分与水体中的污染物作用，从而去除水体中的污染物。2.根据权利要求1所述的一种自由基分离式水处理方法，其特征在于:通过调节第二绝缘管的长度，可分离出不同寿命的自由基及活性成分用于去除水体中污染物: 当绝缘管的长度较短时，短寿命的自由基及活性成分可以协同与水发生作用，去除水中的污染物；当绝缘管的长度较长时短寿命的自由基及活性成分在其中淬灭，只有较长寿命的自由基及活性成分与水发生作用去除水中的污染物。3.根据权利要求1所述的一种自由基分离式水处理方法，其特征在于:外部气源通过流量控制器或缓冲罐向高压电极通入气体。
【专利摘要】本发明公开了一种自由基分离式水处理方法，采用第一绝缘管、第二绝缘管，第一绝缘管部分插入水中，第二绝缘管完全插入水中，在第二绝缘管上端管口中紧配安装屏蔽金属网，且令屏蔽金属网包敷第一绝缘管下端管口，高压电极下端插接在第一绝缘管上端管口中，且高压电极连通外部气源并由外部高压电源激发，由高压电极、第一绝缘管与屏蔽金属网之间区域形成等离子体产生区，由第二绝缘管与屏蔽金属网之间区域形成自由基反应区。本发明方法能够将放电等离子体区和水处理区分离，在水处理区域利用放电区产生的自由基及活性成分和水中的污染物快速作用，达到去除水中污染物的目的。
【IPC分类】C02F1/30
【公开号】CN105253948
【申请号】CN201510474310
【发明人】沈洁, 程诚, 赵鹏, 方世东, 谢洪兵, 程军莉
【申请人】中国科学院等离子体物理研究所
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年8月5日