水下密集气泡微波放电水处理反应器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种反应器，具体涉及水下密集气泡微波放电水处理反应器。
【背景技术】
[0002] 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。这些水 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。另外，使用微波源经过波导管引入谐振腔，由于待处理的水通常具有导电特 性，直接使用微波在谐振腔内的水中产生放电非常困难，且现有的水下微波放电反应器主 要用于科学研究，不能处理流动状态的水，也不具备反应物系统的扩散调控功能。
【发明内容】
[0003] 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水下密 集气泡微波放电水处理反应器，放电简单，成本低，能够有效降低反应活化能，协同提高废 水降解的活化反应速率。
[0004] 为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
[0005] 本发明的水下密集气泡微波放电水处理反应器，包括底座、安装在底座上的壳体、 储水箱、栗组件、阀门组件、微波源、用于实现微波源与谐振腔之间功率及负载匹配的功率 调配器、可与PC机进行数据通信的数据采集及控制单元、水下密集气泡流体产生装置、安 装在壳体上用于检测放电区域放电光谱的光谱检测器；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；壳体内设有上下两层绝缘网、 位于绝缘网两侧的放电管和位于底层绝缘网下方的曝气装置，所述绝缘网与放电管围成的 区域内设有多个负载催化剂的石英小球，所述放电管外环绕有谐振腔，所述谐振腔通过功 率调配器连接有波导管，所述波导管的另一端与微波源相连接；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栗组件、阀门组件、微波 源、水下密集气泡流体产生装置的驱动器，所述栗组件及阀门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。
[0006] 上述反应器出水口安装有气液分离器；所述阀门组件包括设置在干净水源出水管 上的第一阀门、设置在储水箱出水管上的第二阀门、设置在进气管道上的第三阀门、设置在 储水箱进水管上的第四阀门和设置在单次处理水出水管上的第五阀门；所述栗组件包括气 栗和液压栗；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，所述液压栗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；所述进气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，所述气栗安装在反应器进气口处。
[0007] 上述绝缘网的板厚为I. 5-3. 0mm，绝缘网上均匀分布有多个孔洞，每个孔洞的孔径 为0. 5_2. 5mm，相邻两个孔洞中心间距为1. 0-6. 0mm，板厚I. 5_3. 0mm。
[0008] 上述放电管采用的是聚四氟乙烯、高密度聚丙烯、陶瓷或者石英。
[0009] 上述水下密集气泡流体产生装置采用的是用于产生水下密集气泡流体的超声空 化装置。
[0010] 上述超声空化装置包括超声电源和安装在壳体底部的超声换能器，所述超声换能 器与超声电源相连接，所述超声电源与数据采集及控制单元相连接。
[0011] 上述水下密集气泡流体产生装置采用的是用于产生水下密集气泡流体的机械搅 拌装置。
[0012] 上述机械搅拌装置包括设置在壳体底部的调速电机、设置在壳体内的搅拌器和与 调速电机输入端相连接用于控制调速电机的调速驱动器，所述调速电机的转轴穿过壳体与 搅拌器相连接，所述调速驱动器与数据采集及控制单元相连接。
[0013] 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。
[0014] 上述壳体的两侧设有绝缘筒，所述底座和绝缘筒采用的是聚四氟乙烯板材制作。
[0015] 本发明的有益效果如下：本发明采用超声空化和机械扰动两种手段，首先在微波 谐振腔的水中建立密集气泡群，降低放电难度，并将微波源通过波导管传输并匹配到微波 谐振腔中，在带有密集气泡群的气液两相流中产生放电。同时，通过超声波和机械搅拌等物 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；并综合利用放电产生的 紫外线和臭氧，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】
[0016] 图1为微波源及传输波导装置图；
[0017] 图2为变频超声功率密度调控原理示意图（变频调制信号波形）；
[0018] 图3为变频超声功率密度调控原理示意图（高-中频超声功率密度调制波）；
[0019] 图4为实施例一的水下密集气泡微波放电水处理反应器结构示意图；
[0020] 图5为绝缘网结构示意图；
[0021] 图6为双路超声功率信号发生电路；
[0022] 图7为压电换能器匹配电路（串联电感与并联电容匹配结构）；
[0023] 图8为压电换能器匹配电路（串联电感T型匹配网结构）；
[0024] 图9为实施例一的超声空化水下密集气泡微波放电处理单元连接图；
[0025] 图10为实施例二的水下密集气泡微波放电水处理反应器结构示意图；
[0026] 图11为实施例二的超声空化水下密集气泡微波放电处理单元连接图；
[0027] 图中各标号：底座1、壳体2、储水箱3、液压栗4-1、气栗4-2、第一阀门5-1、第二 阀门5-2、第三阀门5-3、第四阀门5-4、第五阀门5-5、微波源6-1、波导管6-2、功率调配器 6-3、谐振腔6-4、数据采集及控制单元7、超声电源8-la、双频超声换能器8-2a、调速驱动器 8-lb、调速电机8-2b、搅拌器8-3b、光谱检测器9、反应器进气口10-1、反应器进水口10-2、 反应器出气口10-3、反应器出水口10-4、绝缘网11、孔洞11-1、放电管12、曝气装置13、石 英小球14、气液分离器15、绝缘筒16。
【具体实施方式】
[0028] 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。
[0029] 本发明在气液固三相混合系统中产生微波放电等离子体，并使用放电产生的活性 物质处理水。固相采用负载二氧化钛Ti02薄膜的石英小球14或石英砂，液相为被处理的 水，气相为通入水中的气流。在外加超声或机械搅拌力的作用下，流动的水中动态形成密集 气泡群，气液两相流在固相的空隙中流动，水中气泡在微波激励下产生击穿放电，放电产生 的活性物质在气液两相之间发生快速扩散和传质，促进水中有毒害物质与放电活性物质的 反应扩散速率，达到提升扩散反应速率的目的。另一方面，放电产生的紫外线（UV)与石英 小球14外表面的TiO 2薄膜、水和气体之间形成多项催化反应系统，固态催化剂有效降低了 反应活化能，从而提升水处理的活化反应速率。
[0030] 图1所示的是微波源以及传输波导的装置图，微波源使用的是 型号为HMG-2010/20/30/50功率为l/2/3/5kW的程控微波源，或者使用 2M210-M1/2M244-M1/2M167B-M11等型号的微波磁控管，微波频率为2. 45GHz，该微波源提 供的最大功率为1000W。微波源6-1连接波导管6-2、匹配调节器、监视耦合窗、谐振腔6-4 相连接，当微波源6-1工作时，微波由波导管6-2进入反应器，通过匹配调节器对波型以及 反射进行微调，而耦合窗使大气压下的波导与真空系统隔离。微波源6-1可以控制输入功 率的大小，也可以测量反射功率的大小。
[0031] 微波源6-1频率为2. 45GHz的工业微波，其自由空间波长是12. 24cm，谐振腔6-4 的半径设置为微波波长的整数倍，腔中电磁场分布出现多模结构。波导管6-2选用圆形或 矩形波导管6-2,为使微波能顺利在波导管6-2中传播，波导管6-2的弯曲程度不超过1/4 波长（3. 06cm)。在谐振腔6-4内边缘开有散热翅片，在谐振腔6-4中心放置管状的石英或 陶瓷材料气液两相反应器，利用微波放电等离子体处理水。
[0032] 反应器设计的优点：（1)使用石英或陶瓷反应器，使微波穿过而不被吸收；（2)含 有密集气泡的气液两相流，可以有效降低微波放电的难度；(3)超声或机械搅拌，增强了气 液两相之间的扩散与传质，催化剂减小了反应活化能，从而可以有效提升水处理的反应速 率。
[0033]固相催化材料的制作
[0034] 负载1102薄膜的石英小球14或石英砂的制作工艺，石英小球14的直径为 1.0-4. 0mm，将多粒石英小球使用钛酸丁酯（Ti (0C4H9) 4)酒精溶液反复浸泡并晾干，在石 英小球表面水解生成厚度为50-200nm的钛酸薄膜，然后再将石英小球放在350~400