化学液体的等离子体处理方法及装置与流程

本发明涉及化学液体处理
技术领域：
，尤其是涉及一种化学液体的等离子体处理方法及装置。
背景技术：
：等离子体是物质的第四态，是由大量的自由电子和离子组成、且在整体上表现为电中性的电离气体。等离子体在放电时能产生大量的oh·自由基，oh·自由基可以诱发一系列的自由基链式反应，进而可以应用于污水处理中。oh·自由基具备大规模链式反应能力，反应迅速而无选择性，可以攻击水中的各种污染物，使之降解为二氧化碳、水或其他矿物盐，能有效去除污水中的有机物，并且不会产生二次污染。一些在“三态”条件下不能进行的化学反应可在等离子状态下进行。等离子体处理污染物兼具物理、化学和生物反应。以污水处理为例，目前，用等离子体技术处理污水是在污水中直接产生等离子体并与污水中的有害物质进行反应。由于水的介电常数比较大，等离子体发生器的正负极要克服水的介电常数将气体电离才能产生等离子体，这一过程要损耗大量的电能，造成电能不必要的损耗。另外，由于等离子体发生器的正负极直接与污水接触，对正负极通电后将有一部分的电能用于对污水液体的加热，因此在液相中直接电离产生等离子体，焦耳热高和热转化高，电耗高，从而造成了电能的浪费。同时，由于需要的电能大，对等离子体设备的电源及设备的安装保护要求较高，投资巨大，企业往往难以承担。此外，在液相中，气体电离后产生的等离子体在电极附近与待处理反应，由于直接作用与液体内部，因此反应面积小，不利于反应的进行，从而降低了反应效率。技术实现要素：本发明的第一目的在于提供一种化学液体的等离子体处理方法，以缓解现有技术的用等离子体处理液体时电耗高、热转化高、投资成本高及反应效率低的技术问题。本发明的第二目的在于提供一种处理装置，利用该处理装置液体进行等离子处理可以缓解目前的处理设备中对设备安装保护要求高、设备成本高以及反应速度慢、难以降解化学污染物质的技术问题。为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：一种化学液体的等离子体处理方法，包括以下步骤：向待处理液体中通入气泡，然后将得到的气液混合液体通入等离子体发生器中，等离子体发生器激发气泡内的气体产生等离子体，等离子体与待处理液体发生反应，以实现对液体的处理。进一步的，所述气泡包括化学液体蒸气气泡、空气气泡、水蒸气气泡、二氧化碳气体气泡或惰性气体气泡中的任意一种。进一步的，所述气泡为微纳米气泡。进一步的，所述微纳米气泡的尺寸为10nm-1000μm。进一步的，气体透过气泡发生装置产生气泡，气泡通过扩散进入到待处理液体中。一种处理装置，包括用于盛放待处理液体的容器，所述容器的内部或容器壁上设有用于产生气泡的气泡发生装置，所述容器与等离子体发生器通过管路连接。进一步的，所述气泡发生装置中的气体的压强大于所述容器中待处理液体的压强。进一步的，所述气泡发生装置包括进气口和出气口；所述出气口设置于所述容器内部，且所述出气口处设置有出泡组件；所述进气口设置于所述容器内部或外部或与所述容器的容器壁平行。进一步的，所述气泡发生装置包括进气口和出气口，且所述进气口和所述出气口均设置于所述容器的内部；所述进气口通过进气管连接外部高压气源，所述出气口处设置有出泡组件。进一步的，所述出泡组件包括微孔膜组件或微孔过滤组件。进一步的，所述微孔过滤组件包括金属烧结滤芯、泡沫陶瓷滤材或烧结玻璃滤芯。进一步的，所述等离子体发生器中的高压电极为管式结构、平行平板式结构或螺旋平板式结构。与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：(1)液体处理方法的有益效果：通过在待处理液体中通入气泡，气泡可以稳定地分散于待处理液体中，可以在待处理液体中形成结构稳定的气液界面。将溶有气泡的液体通入等离子体发生器，当溶有气泡的待处理液体流经等离子体发生器的两个电极间时，等离子体发生器在气泡中产生等离子体，因此等离子体在气液界面与待处理液体进行反应，从而使原本在液相中进行的反应迁移到气液界面上进行，发生界面反应。与传统液相中的电离激发反应相比，由于气液界面增加了反应界面的比表面积，因此在液相中通入气泡后反应效率更高。另外，由于待处理液体中存在气泡，因此能够降低液体的介电常数，此时，只需要较少的电能即可产生出等离子体，从而降低了电能的损耗。此外，由于气泡的存在，降低了待处理液体与等离子体电极间的直接接触，降低热传导系数，从而降低了焦耳热的转化率，避免不必要的电能损耗，降低了生产成本。(2)处理装置的有益效果：在容器中设置气泡发生装置，通过气泡发生装置向待处理液体中通入气泡，气泡可以稳定地分散于液相中，使得原本在液相中的反应，迁移到气液表面，发生界面反应，由于反应比表面积的增加，提高了反应效率。容器与等离子体发生器通过管路连接，可以将容器中的待处理液体通入等离子体发生器中，实现在等离子体发生器内部进行反应，进而去除待处理液体中的污染物或有机物等杂质。综上，本发明提供的液体处理方法及装置通过在待处理液体中通入气泡，将稳定的气液混合液体通入等离子体发生器中的电极之间，在等离子体的激发下，在气液界面发生反应。由于等离子体作用于气液界面，因此电能耗及对等离子体发生器的要求大幅降低。附图说明为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例4提供的处理装置的结构示意图；图2为本发明实施例5提供的处理装置的结构示意图。图标：10-容器；20-气泡发生装置；21-进气口；22-出气口；23-出泡组件；24-进气管；25-高压气源；30-管路；40-等离子体发生器。具体实施方式下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语上”或“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本发明的一个方面提供了一种化学液体的等离子体处理方法，包括以下步骤：向待处理液体中通入气泡，然后将得到的气液混合液体通入等离子体发生器中，等离子体发生器激发气泡内的气体产生等离子体，等离子体与待处理液体发生反应，以实现对液体的处理。通过在待处理液体中通入气泡，气泡可以稳定地分散于待处理液体中，可以在待处理液体中形成结构稳定的气液界面。将溶有气泡的液体通入等离子体发生器，当溶有气泡的待处理液体流经等离子体发生器的两个电极间时，等离子体发生器在气泡中产生等离子体，因此等离子体在气液界面面与待处理液体进行反应，从而使原本在液相中进行的反应迁移到气液界面上进行，发生界面反应。与传统液相中的电离激发反应相比，由于气液界面增加了反应界面的比表面积，因此在液相中通入气泡后反应效率更高。另外，由于待处理液体中存在气泡，因此能够降低液体的介电常数，此时，只需要较少的电能即可产生出等离子体，从而降低了电能的损耗。此外，由于气泡的存在，降低了待处理液体与等离子体电极间的直接接触，降低热传导系数，从而降低了焦耳热的转化率，避免不必要的电能损耗，降低了生产成本。当待处理液体中的污染物或杂质浓度较高时，可以将经过等离子体发生器处理的液体再次进行通气泡和与等离子体反应的过程，以使反应反复循环进行，从而达到有效处理顽固化学污染物及彻底去除待处理液体中的污染物的目的。本发明中的化学液体非限制性的例如为：造纸污水、印染污水、皮革污水、医疗污水或石油化工污水。作为本发明的优选实施方式，所述气泡包括化学液体蒸气气泡、空气气泡、水蒸气气泡、二氧化碳气体气泡或惰性气体气泡中的任意一种。作为本发明的优选实施方式，化学液体蒸汽气泡为待处理液体蒸汽气泡。化学液体蒸汽气泡除了可以为待处理液体蒸汽气泡外，还可以根据待处理液体的化学性质选用其他化学液体的蒸汽气泡，只要不影响等离子体与待处理液体反应的顺利进行即可。作为本发明的优选实施方式，惰性气体气泡为氮气气泡。作为本发明优选的实施方式，所述气泡为微纳米气泡。微纳米气泡可以是微米气泡，也可以是纳米气泡，微米气泡和纳米气泡可以稳定的分散于待处理液体中，从而保证等离子体与待处理液体在气液界面的反应能够稳定顺利地进行。作为本发明优选的实施方式，所述微纳米气泡的尺寸为10nm-1000μm。作为本发明进一步优选的实施方式，所述微纳米气泡的尺寸为100nm-500μm。作为本发明进一步优选的实施方式，所述微纳米气泡的尺寸为300nm-100μm。气泡尺寸过小，气液界面的比表面积较大，反应效率增加效果明显，但气液分离困难。气泡尺寸过大，气泡的稳定性较差，不利于反应的进行。因此，本发明的优选实施方式中通过通入特定尺寸的气泡，使反应效率的提高值达到最大化。作为本发明的优选实施方式，向待处理液体中通入气泡的方法包括：气体透过气泡发生装置形成气泡，产生的气泡通过扩散进入到待处理液体中。本发明的另一个方面提供了一种处理装置，如图1和图2所示，本发明一种实施方式的处理装置，包括用于盛放待处理液体的容器10，容器10的内部或容器壁上设有用于产生气泡的气泡发生装置20，容器10与等离子体发生器40通过管路30连接。在容器10中设置气泡发生装置20，通过气泡发生装置20向待处理液体中通入气泡，气泡可以稳定地分散于液相中，使得原本在液相中的反应，迁移到气液表面，发生界面反应，由于反应比表面积的增加，提高了反应效率。容器10与等离子体发生器40通过管路30连接，可以将容器10中的待处理液体通入等离子体发生器40中，实现在等离子体发生器40内部进行激发反应，进而去除待处理液体中的污染物或有机物等杂质。容器10与等离子体发生器40通过管路30连接。管路30上还包括有用于控制待处理液体流通的控制开关和/或加压泵以使容器10中的待处理液体进入到等离子体发生器40中。当容器10的位置处于高位时，可以只设置控制开关控制待处理液体流动的启停。当容器10的位置处于低位或与等离子体发生器40的位置处于同一水平位时，可以在管路30上设置加压泵，用于将待处理液体泵入等离子体发生器40中。本发明优选的实施方式中，为了将气泡快速通入到待处理液体中，同时防止待处理液体通过气泡发生装置20发生反流渗漏现象，气泡发生装置20中的气体的压强大于容器10中待处理液体的压强。作为本发明优选的实施方式，当气泡发生装置20设置在容器10的容器壁上时，气泡发生装置20包括进气口21和出气口22；出气口22设置于容器10内部，且出气口22处设置有出泡组件23；进气口21设置于容器10内部或外部或与容器10的容器壁平行。在本发明进一步优选的实施方式中，参照图1，气泡发生装置20设置在容器10的底部，其中气泡发生装置20可以全部或部分置于容器10内，通过上述气泡发生装置20向待处理液体中通入气泡。在上述优选的实施方式中，气泡发生装置20设置在容器10的底部，这样，气体通过出气口22处设置的出泡组件23产生气泡，进入待处理液体后可以通过浮力在待处理液体中运动，从而更均匀地分散于待处理液体中。除了设置在容器10的底部外，还可以将气泡发生装置20设置在容器10的四周侧壁上。出气口22优选设置于容器10的内部，这样可以增大出泡的面积，提高气泡的出泡效率。出气口22也可以与容器10的侧壁在同一平面，此时，出气口22用于产生气泡的面积比较小，出泡效率较低。而进气口21可以选择性的置于容器10的内部或外部。当气泡为待处理液体气泡或其他化学试剂气泡时，气泡发生装置20还包括用于产生蒸汽的加热装置，该加热装置连接于进气口21处。液体受热蒸发后通过进气口21进入，再通过出气口22通入到待处理液体中。作为本发明优选的实施方式，参照图2，当气泡发生装置20设置在容器10的内部时，气泡发生装置20包括进气口21和出气口22，且进气口21和出气口22均设置于容器10的内部；进气口21通过进气管24连接外部高压气源25，出气口22处设置有出泡组件23。将气泡发生装置20设置在容器10的内部，可以将气泡直接通入容器10的中心位置，缩短了气泡的扩散时间，进一步提高了反应效率。作为本发明优选的实施方式，所述出泡组件23包括微孔膜组件或微孔过滤组件。微孔膜组件包括微孔滤膜和固定部件，微孔滤膜是利用高分子化学材料和致孔添加剂经特殊处理后涂抹在支撑层上制作而成。微孔滤膜孔径比较均、孔隙率高、无介质脱落、质地薄、阻力小、滤速快、吸附极小，是一种多孔性的薄膜过滤材料，微孔膜组件在本发明中用于产生微纳米气泡，产生的气泡均匀，且可将气泡的尺寸有效控制在10nm-50μm范围内。作为本发明优选的实施方式，微孔滤膜包括高分子分离膜或高分子微滤膜。作为本发明优选的实施方式，所述微孔过滤组件包括金属烧结滤芯、泡沫陶瓷滤材或烧结玻璃滤芯。金属烧结滤芯是一种多层金属烧结网，采用多层不锈钢网经过特殊叠层压制，经真空烧结而成的具有较高强度及整体钢性的过滤材料。泡沫陶瓷滤材是一种具有高温特性的多孔材料，孔径从纳米级到微米级不等，气孔率在20％～95％之间，孔隙的直径小于2nm的为微孔材料，孔隙在2～50nm之间的为介孔材料，孔隙在50nm以上的为宏孔材料。烧结玻璃滤芯是一种深层过滤用滤芯，它是由玻璃纤维按特定缠绕工艺，用不同的缠绕方式缠绕在不同材质的骨架上。玻璃纤维滤芯采用内紧外松的结构，有良好的深层过滤效果。根据气泡的气源气体的的化学类型可以选择不同的微孔过滤组件，这样更有针对性，避免引入杂质及延长微孔过滤组件的使用寿命。作为本发明优选的实施方式，所述等离子体发生器40中的高压电极为管式结构或平行平板式结构或螺旋平板式结构。在电极附近的区域内，会有大量的微纳米气泡存在，因此，在电极附近激发产生的等离子体可以在微纳米气泡表面与待处理液体进行反应。电极为管式结构或平板式结构可以增加接触面积，提高反应效率。例如：高压正极为平板结构，负极为一条线或一个平面，气液混合物穿过正负极之间，进行等离子体激发反应。实施例1一种化学液体的等离子体处理方法，包括以下步骤：步骤a)：将空气通入气泡发生装置中，在外界压力的作用下，空气通过微孔膜组件形成微纳米气泡后进入容器的待处理液体内部，得到气液混合液体；其中，微纳米气泡的尺寸为10nm-300nm；步骤b)：将所述气液混合液体通过管路通入等离子体发生器中，所述等离子体发生器中产生的等离子体与所述待处理液体发生反应，以实现对液体的处理。本实施例中，待处理液体为印染污水。上述等离子体发生器中产生的等离子体与印染污水中的有机物反应生成水或二氧化碳等无害物质，从而达到去除有机物的目的。实施例2一种化学液体的等离子体处理方法，包括以下步骤：步骤a)：将空气通入气泡发生装置中，在外界压力的作用下，空气通过微孔膜组件形成微纳米气泡后进入容器的待处理液体内部，得到气液混合液体；其中，微纳米气泡的尺寸为300nm-100μm；步骤b)：将所述气液混合液体通过管路通入等离子体发生器中，所述等离子体发生器中产生的等离子体与所述待处理液体发生反应，以实现对液体的处理。本实施例中，待处理液体为印染污水。上述等离子体发生器中产生的等离子体与印染污水中的有机物反应生成水或二氧化碳等无害物质，从而达到去除有机物的目的。实施例3一种化学液体的等离子体处理方法，包括以下步骤：步骤a)：将空气通入气泡发生装置中，在外界压力的作用下，空气通过微孔膜组件形成微纳米气泡后进入容器的待处理液体内部，得到气液混合液体；其中，微纳米气泡的尺寸为100μm-1000μm；步骤b)：将所述气液混合液体通过管路通入等离子体发生器中，所述等离子体发生器中产生的等离子体与所述待处理液体发生反应，以实现对液体的处理。本实施例中，待处理液体为印染污水。上述等离子体发生器中产生的等离子体与印染污水中的有机物反应生成水或二氧化碳等无害物质，从而达到去除有机物的目的。对比例1使用传统的污水处理工艺电芬顿法进行污水处理。在污水处理池中直接用等离子体发生器产生等离子体，产生的等离子体与印染污水中的有机物反应，以达到去除有机物的目的。试验数据对比：用实施例1-3和对比例1提供的方法各处理1吨的印染污水，各实施例和对比例中耗电量及处理时间列于表1。表1耗电量及处理时间对比处理指标实施例1实施例2实施例3对比例1耗电量/kw·h1208492157处理时间/min205143160270由表1可知，实施例1-3中的耗电量比对比例1中的耗电量降低了47％以上，处理时间由对比例1中的270min缩短到实施例2中的143min。由此可知，本发明提供的处理方法可以显著提高处理效率，降低能耗。另外，实施例1-3中处理方法均相同，不同的是通入的气泡的尺寸不同，从实验数据可以看出，气泡的尺寸不同，会对待处理液体的处理时间及处理过程中的耗电量产生影响。由表1可知，实施例2中当气泡的尺寸为300nm-100μm时，处理效果最好，耗电量及处理时间均较低。实施例4如图1所示，本实施例是一种处理装置，包括用于盛放待处理液体的容器10，所述容器10的内部或容器壁上设有用于产生气泡的气泡发生装置20，所述容器10与等离子体发生器40通过管路30连接。继续参照图1，气泡发生装置20包括进气口21和出气口22；出气口22设置于容器10内部，且出气口22处设置有出泡组件23；进气口21设置于容器10内部或外部或与容器10的容器壁平行。其中，气泡发生装置20设置在容器10的底部，其中气泡发生装置20可以全部或部分置于容器10内，通过上述气泡发生装置20向待处理液体中通入气泡。其中，出泡组件23包括高分子微滤膜。实施例5如图2所示，本实施例是一种处理装置，与实施例1的不同之处在于气泡发生装置20的设置位置不同。继续参照图2，本实施例中，气泡发生装置20包括进气口21和出气口22，且进气口21和出气口22均设置于容器10的内部；进气口21通过进气管24连接外部高压气源25，出气口22处设置有出泡组件23。其中，气泡组件为不锈钢烧结滤芯。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页12