一种齿状电极结构的坝式dbd等离子体废水处理装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，包括有绝缘底座，绝缘底座上安装有有机玻璃筒，绝缘底座上还对称设置有一对内电极，两内电极外侧分别设置有介质板对，介质板对中分别夹持有高压电极，两内电极朝向各自对应介质板对的侧面分别设置为齿状的凹凸形状，有机玻璃筒顶部、两介质板对顶部盖合安装有上封盖，绝缘底座中安装有进水管道、出水管道，上封盖安装有进气管道，还包括有电源，高压电极与电源连接，内电极与电源接地端共接接地。本发明可用来处理高浓度有机废水。
【专利说明】一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及等离子体废水处理装置领域，具体是一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置。
【背景技术】
[0002]随着工业的发展，大量的工业废水产生和排放，给环境保护带来了很大压力。一些成分简单、易生物降解的工业有机废水通过物化、化学和生化等传统组合工艺可以得到有效的处理，但对于高毒性、高浓度、难进行生物降解的有机废水，则因处理效果不理想和处理费用高等问题，成为末端治理的一大难题。
[0003]高级氧化工艺，是近几十年来污水处理领域的新兴技术，通常指在一定的环境温度和压力下通过产生具有高反应活性的羟基自由基(.0H)，来氧化降解一般氧化剂难以处理有机污染物(一般是指可生化性较差、浓度较高、成分复杂、有毒有害的用一般生物化学法无法处理或是达不到处理要求的有机物)。同样的高反应活性的羟基自由基，利用低温等离子技术更容易得到。低温等离子体富含以上强氧化成分，是一种高级氧化处理手段，同时，低温等离子体中富含的成分的综合作用，可以取得更好的处理制药废水的效果。
[0004]低温等离子体DBD放电结构中的介质可以有效地阻碍电流的急剧增加，在大气压条件下(空气中)产生稳定的低温等离子体，在放电气体中存在氧气时可以产生丰富的氧原子以及臭氧等高活性粒子和紫外线，这些成分对于降解有机物均有积极的影响；同样，因为介质的存在，DBD放电可以处理导电率较高的工业废水(制药废水)而不至于形成短路；因为水溶液的存在，等离子体中会产生强氧化性的自由基“0H‘”，这些成分对于降解有机物均有积极的影响，可有效处理废水中的污染物质。
[0005]专利号:CN 101462021A公开了一种介质阻挡放电低温等离子体有害气体转化装置，验证了 DBD等离子体对污染物的作用效果，但其仅限于对废气的处理，没有体现在废水处理方面的应用。专利号:CN101215027 A公开了一种介质阻挡放电废水处理装置，废水处理结果不理想；专利号:CN1022225791 A公开了一种辐流式介质阻挡放电低温等离子体废水处理装置，该专利验证了该装置对处理烯啶虫胺废液的去除率。但是该专利以空气为放电气体，所涉及到的放电结构，很大的程度上是对水放电，会增加放电功率，产生的活性粒子的浓度较低，从而减弱了等离子体对污染物的作用效果。如果能够有效提高等离子体中强氧化成分的浓度，同时增加等离子体与废水的接触面积将可大大降低处理时间。
[0006]专利申请号为201420014501.0的发明专利，申请了 “一种新型的坝式DBD等离子体处理制药工业废水技术”，所涉及的坝式DBD等离子体是指工作气体在一维方向放电，形成均匀稳定的等离子体，通过线形排列或样品扫描等可实现大面积处理的特点，可有效提高工业废水的处理效率，可实现工业放大。本发明专利将通过改变内电极形状，即设置齿状电极结构，可以在该专利所涉及的坝式DBD等离子体废水处理装置的基础上提高等离子体的密度和强度，以产生更高浓度活性基团，进而提高坝式DBD等离子体废水处理装置处理高浓度有机废水的能力和效率。
[0007]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，以用来处理高浓度有机废水。
[0008]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，其特征在于:包括有水平设置的绝缘底座，绝缘底座上竖向安装有有机玻璃筒，有机玻璃筒内的绝缘底座上还对称设置有一对内电极，两内电极外侧分别设置有介质板对，介质板对中分别夹持有高压电极，两内电极朝向各自对应介质板对的侧面分别设置为齿状的凹凸形状，有机玻璃筒顶部、两介质板对顶部盖合安装有上封盖，所述绝缘底座中位于两内电极之间安装有进水管道，且进水管道连通至有机玻璃筒内两内电极之间，绝缘底座中位于每个内电极与各自对应的介质板对之间还分别安装有出水管道，且出水管道分别连通至有机玻璃筒内每个内电极与各自对应的介质板对之间，所述上封盖安装有进气管道，且进气管道连通至两介质板对之间顶部，通过进气管道向有机玻璃筒内充入有工作气体，还包括有设置在有机玻璃筒外的电源，所述高压电极的接线头通过高压导线与电源连接，所述内电极的接线头通过接地导线与电源接地端共接接地。
[0009]所述的一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，其特征在于:所述绝缘底座中位于每个介质板对与对应侧有机玻璃筒筒壁之间还分别设置有冷却通孔，冷却通孔一端连通至有机玻璃筒内，冷却通孔另一端连通至绝缘底座外。
[0010]所述的一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，其特征在于:所述电源采用高频高压电源，或者采用纳米快脉冲重频电源，或者采用脉冲高频高压电源。
[0011]所述的一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，其特征在于:所述内电极材质选用耐腐蚀电极或铜电极，高压电极材质选用铜电极，介质板对中每个介质板材质选用耐高温玻璃或石英玻璃。
[0012]所述的一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，其特征在于:所述工作气体选用空气，或者空气与惰性气体的混合气，或者氧气，或者氧气与惰性气体的混合气。
[0013]本发明具有以下优点:
I)本发明提供一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，该坝式DBD等离子体废水处理装置可以将高压电极与所处理废水隔离，提高放电的强度，提高等离子体强度。
[0014]2)工艺通过结合传统的废水处理技术，作为DBD等离子体废水处理的前处理和后处理工艺，提高废水处理效率；
3)本发明中所涉及到的内电极可为耐腐蚀电极(如石墨)，选择耐腐蚀电极可以适应处理多种废水水质。
[0015]4)本发明所涉及的齿状电极凸凹面的设置，可以有效提高内电极的放电面，与外电极放电时，凸凹不平的放电面与平面的高压电极放电，可产生叠加，提高放电强度和产生的等离子体密度；同时，该结构的设计可以增强齿状电极处的电场强度，进而增强该处放电强度，提高该处产生活性成分的浓度；同时齿状电极进一步增加等离子体与溶液液面接触面积，与凹处产生的等离子体作用，提高处理效率。
[0016]5)本发明技术会产生大面积的均匀稳定的坝式等离子体，又可称为线形等离子体，根据所使用电源的不同可产生脉冲式或者连续式的等离子体，所产生的等离子体长度可达3米-10米，一维方向均匀度可达到80%-95% ;通过纵向排列可实现大面积的处理能力；
6)本发明DBD等离子体废水处理装置放电产生的热量可通过废水和冷却介质进行换热冷却；
7)本发明所使用的工作气体可使用空气、惰性气体掺杂氧气或惰性气体掺杂空气，利用氧气放电产生的高能活性粒子。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]参见图1所示，一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，包括有水平设置的绝缘底座109，绝缘底座109上竖向安装有有机玻璃筒108，有机玻璃筒108内的绝缘底座109上还对称设置有一对内电极103，两内电极103外侧分别设置有介质板对107，介质板对107中分别夹持有高压电极105，两内电极103朝向各自对应介质板对107的侧面分别设置为齿状的凹凸形状，有机玻璃筒108顶部、两介质板对107顶部盖合安装有上封盖，绝缘底座109中位于两内电极103之间安装有进水管道111，且进水管道111连通至有机玻璃筒108内两内电极103之间，绝缘底座109中位于每个内电极103与各自对应的介质板对107之间还分别安装有出水管道112，且出水管道112分别连通至有机玻璃筒108内每个内电极103与各自对应的介质板对107之间，上封盖安装有进气管道110，且进气管道110连通至两介质板对107之间顶部，通过进气管道110向有机玻璃筒108内充入有工作气体202，还包括有设置在有机玻璃筒108外的电源101，高压电极105的接线头106通过高压导线102与电源101连接，内电极103的接线头104通过接地导线与电源101接地端共接接地。
[0019]绝缘底座109中位于每个介质板对与对应侧有机玻璃筒108筒壁之间还分别设置有冷却通孔204，冷却通孔204 —端连通至有机玻璃筒108内，冷却通孔204另一端连通至绝缘底座109外。
[0020]电源101采用高频高压电源，或者采用纳米快脉冲重频电源，或者采用脉冲高频高压电源。
[0021]内电极103材质选用耐腐蚀电极或铜电极，高压电极105材质选用铜电极，介质板对中每个介质板材质选用耐高温玻璃或石英玻璃。
[0022]工作气体202选用空气，或者空气与惰性气体的混合气，或者氧气，或者氧气与惰性气体的混合气。
[0023]本发明能在大气压下稳定工作，通过DBD放电中的介质有效地阻碍了电流的急剧增加，可以在大气压条件下(空气中)产生稳定的低温等离子体，在放电气体中存在氧气时可以产生丰富的氧原子以及臭氧等高活性粒子和紫外线，在通入水溶液后，等离子体中会产生羟基等成分，这些高能量粒子或射线能够和废水中的污染物质作用，特别是有机物、金属离子、细菌和微生物等，从而达到降解有机物，消除污染物的目的。
[0024]本发明中，等离子体放电腔由内电极(包括内电极103、内电极接线头104)、外电极(包括高压电极105、高压电极接线头106)、介质板对107、绝缘底座109以及由有机玻璃筒108与介质板对107构成的冷却腔113构成。为了提高处理效率，设计对称等离子体放电腔，形成2个等离子体放电区域。
[0025]本发明中，内电极不是规则的平板电极，而是将内电极103放电侧的表面设置为齿状的凸凹形状。齿状凸凹面的设置，可以有效提高内电极的放电面，与高压电极放电时配合，凸凹不平的放电面与平面的高压电极放电，可增强局部电场强度，提高放电强度和产生的等离子体密度；同时，该结构的设计可以提高等离子体与处理液体接触面积，使产生的等离子体在凹处与水溶液充分接触，。
[0026]本发明中，电源101选用ns快脉冲(2?1ns的上升沿、3(T80ns脉宽、50(Γ2000Ηζ重复频率)或高压交流电源(电压峰值8?20Kv、2(T80kHz);内电极可103选用耐腐蚀电极后铜电极，高压电极105选用铜电极，介质板对107可选用耐高温玻璃或者石英玻璃；绝缘底座109可选用聚四氟乙烯、尼龙、环氧树脂等绝缘材料。
[0027]本发明废水自进水管道111进入放电腔，在内电极103表面形成均匀连续的水膜201 ;工作气体202可使用空气、惰性气体(如Ar气)掺杂氧气或惰性气体掺杂空气等；在内外电极之间放电产生丝状等离子体，形成高密度的等离子体区域203 ;冷却可选用风冷，防止电极过热损坏部件，也可采用水冷，水冷介质应采用去离子水。
[0028]实施实例:
本发明以模拟废水(农药恶草酮的水溶液)为处理对象，恶草酮水溶液的初始浓度为40mg/L，初始 COD 值为 97280 mg/L。
[0029]该模拟废水经内电极为平面结构的坝式DBD等离子体废水处理装置处理30min，COD值降至了 33159 mg/L,降解率约为65.9%，处理300min时，COD值降至了 4500 mg/L,降解率约为95.3% ；
经本发明齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置处理30min后，COD值降至7 15910，降解率达到了 83.6%，300 min后COD值降至了 1500mg/L，降解率约为98.5%，与内电极为平面结构处理结果相比，COD降解快并且彻底，因此本发明所采用的齿状电极结构对降解废水的COD值有较明显的提升。可以说，采用齿状电极结构提高了坝式DBD等离子体废水处理装置的处理效果和处理效率。
【权利要求】
1.一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，其特征在于:包括有水平设置的绝缘底座，绝缘底座上竖向安装有有机玻璃筒，有机玻璃筒内的绝缘底座上还对称设置有一对内电极，两内电极外侧分别设置有介质板对，介质板对中分别夹持有高压电极，两内电极朝向各自对应介质板对的侧面分别设置为齿状的凹凸形状，有机玻璃筒顶部、两介质板对顶部盖合安装有上封盖，所述绝缘底座中位于两内电极之间安装有进水管道，且进水管道连通至有机玻璃筒内两内电极之间，绝缘底座中位于每个内电极与各自对应的介质板对之间还分别安装有出水管道，且出水管道分别连通至有机玻璃筒内每个内电极与各自对应的介质板对之间，所述上封盖安装有进气管道，且进气管道连通至两介质板对之间顶部，通过进气管道向有机玻璃筒内充入有工作气体，还包括有设置在有机玻璃筒外的电源，所述高压电极的接线头通过高压导线与电源连接，所述内电极的接线头通过接地导线与电源接地端共接接地。
2.根据权利要求1所述的一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，其特征在于:所述绝缘底座中位于每个介质板对与对应侧有机玻璃筒筒壁之间还分别设置有冷却通孔，冷却通孔一端连通至有机玻璃筒内，冷却通孔另一端连通至绝缘底座外。
3.根据权利要求1所述的一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，其特征在于:所述电源采用高频高压电源，或者采用纳米快脉冲重频电源，或者采用脉冲高频高压电源。
4.根据权利要求1所述的一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，其特征在于:所述内电极材质选用耐腐蚀电极或铜电极，高压电极材质选用铜电极，介质板对中每个介质板材质选用耐高温玻璃或石英玻璃。
5.根据权利要求1所述的一种齿状电极结构的坝式DBD等离子体废水处理装置，其特征在于:所述工作气体选用空气，或者空气与惰性气体的混合气，或者氧气，或者氧气与惰性气体的混合气。
【文档编号】C02F1/30GK104276621SQ201410487055
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】姚日生, 赵颖, 陈龙威, 何红波 申请人:合肥工业大学, 中国科学院等离子体物理研究所