等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，其特征在于：包括：水處理單元（1），所述水處理單元（1）包括超聲臭氧聯合反應器（2）和等離子體發生器（3），所述超聲臭氧聯合反應器（2）的出水口通過液泵（4）和液體流量計（5）與Y型反應器（6）的進水口相連；所述超聲臭氧聯合反應器（2）的頂端通過第二氣體循環管道（42）與所述等離子體發生器（3）相連通。本發明專利技術提供的一種等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，綜合利用超聲、臭氧、等離子體、TiO2催化等方法來進行污水處理；另外，還克服現有技術中廢水處理裝置占地面積大、耗能高、單次處理時間長和等離子體中活性物質利用率低等問題。

【技術實現步驟摘要】
等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置
本專利技術涉及一種等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，尤其涉及一種等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置及其單級循環裝置和多級串聯裝置，屬于水處理

技術介紹
高壓放電產生的等離子體射流，富含高能電子、紫外線（UV）、沖擊波、臭氧和活性粒子(·OH、·O、·H、O3、H2O2等)，這一特性可以用來去除水中難降解的有機物、細菌、重金屬等有毒害物種。超聲波在廢水降解中具有特殊的物理化學效應，特別是超聲空化所產生的局部高溫（大于5000K）和高壓（大于100MPa），為有機物的化學反應提供了極端的物理化學環境。這將引發液體中的一系列復雜的物理、化學反應，如熱分解和自由基的氧化等。超聲空化效應產生的這些強氧化性的自由基能加速廢水中有機物的氧化分解，產物H2O2具有更持久、穩定的氧化分解作用。此外，超聲空化的超臨界水效應能大大增加O3的溶解速度和溶解度，而超聲波作用下形成的沖擊波和射流能使產生的自由基擴散到氣液界面和溶液的每個部分，使之與有機物更好地接觸并將其氧化分解。因而超聲、O3的協同作用能大大提高對有機物的去除率。等離子體發生裝置放電過程中會產生紫外光，TiO2受到紫外光照射后產生電子-空穴對，其中，電子易被水中溶解氧等氧化性物質捕獲，而空穴則可氧化吸附在TiO2表面的有機物或先將吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成羥基自由基，而羥基自由基的氧化能力在水體氧化劑中是最強的。為了利用等離子體產生過程中產生的O3，并且提高降解率，提出一種等離子體-超聲聯合處理廢水的方法。現有的等離子體水處理裝置存在諸多缺點，如等離子體利用率低、水處理效率低、反應裝置不能自動控制，裝置占地面積大、耗能高，等離子體中的活性物質在短暫生命周期內沒有得到充分利用等。因此，開發一種快速、高效、便捷、成本低、能耗小、使用壽命長、不產生二次污染的水處理裝置確有必要。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種綜合利用超聲、臭氧、等離子體、TiO2催化等方法來進行污水處理的等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，該法成本低、能耗小、故障率低且不產生二次污染；進一步地，本專利技術提供一種氣體可循環利用，超聲臭氧聯合反應器和等離子體發生器在水處理過程相互獨立，既可協同工作，又可相互獨立工作，運行靈活，降低能耗，提高整體系統的能效比，聯合互補的等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置；更進一步地，本專利技術提供一種智能化，可自動控制的等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置；更進一步地，本專利技術提供一種通過氣液分離裝置的設置，可避免液體形成液體栓塞進入氣體循環管道，以保護氣泵和空氣壓縮泵的等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置；更進一步地，本專利技術提供一種單個水處理單元即可實現污水的循環處理的等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置的單級循環裝置；更進一步地，本專利技術提供一種等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置的多級串聯裝置，迅速有效地降解廢水中的有機物；更進一步地，本專利技術提供一種克服現有技術中廢水處理裝置占地面積大、耗能高、單次處理時間長和等離子體中活性物質利用率低等問題的等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為：等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，其特征在于：包括：水處理單元，所述水處理單元包括超聲臭氧聯合反應器和等離子體發生器，所述超聲臭氧聯合反應器的出水口通過液泵和液體流量計與Y型反應器的進水口相連，所述等離子體發生器的出氣口伸入所述Y形反應器的進氣口內部，所述Y形反應器的出水口設置于所述Y型反應器的進水口和進氣口的下方，所述Y形反應器的出水口內設置有負載催化劑的孔網，所述Y形反應器的出水口與水平向的出水管相連，所述出水管的側壁通過氣液分離裝置及氣泵與第一氣體循環管道的進氣口相連接，所述第一氣體循環管道的出氣口穿過所述超聲臭氧聯合反應器的頂端后與曝氣裝置的進氣口相連接，所述超聲臭氧聯合反應器的內部頂端設置有臭氧傳感器、液位檢測裝置和負壓單向閥，所述超聲臭氧聯合反應器的內部底端設置有所述曝氣裝置和壓電超聲換能器；所述超聲臭氧聯合反應器的頂端通過第二氣體循環管道與所述等離子體發生器相連通。超聲臭氧聯合反應器為圓柱形，材料為鈦合金。所述Y型反應器即為三通，所述Y型反應器的進氣口為垂直設置。Y形反應器由帶有入水口、出水口和氣體收集口的Y形反應器和一些固定裝置組成，Y形反應器由石英或不銹鋼材料制成，Y形反應器B管內置起密封作用的硅橡膠O形墊圈，用于放置介質阻擋放電射流噴嘴；液體入口與前級的超聲臭氧聯合反應器的液體出口相連；液體出口連接出水管，出水管的出水口與凈水箱或與下一級的超聲臭氧聯合反應器液體入口相連；氣體收集口與前級的超聲臭氧聯合反應器的曝氣裝置相連；Y形反應器的材質應采用物理和化學性質穩定，不易損壞的石英或不銹鋼材料。所述等離子體發生器包括介質阻擋放電射流噴嘴，空氣壓縮泵的出氣口通過第三氣體循環管道與高壓電源的進氣口相連，所述高壓電源的出氣口通過第四氣體循環管道與所述介質阻擋放電射流噴嘴的進氣口相連，所述第四氣體循環管道上設置有氣體流量計，所述空氣壓縮泵的進氣口與所述超聲臭氧聯合反應器的頂端相連通；所述高壓電源和介質阻擋放電射流噴嘴的外殼均通過高壓電纜接地。在第一氣體循環管道、第二氣體循環管道、第三氣體循環管道和第四氣體循環管道內均安裝有水汽過濾裝置。所述介質阻擋放電射流噴嘴包括絕緣介質管、所述絕緣介質管為兩端均開口的倒置的瓶狀，所述瓶狀的瓶口上外套環狀的外電極，所述外電極外部灌封有傳感器膠層，所述瓶狀內設置有內電極，所述內電極主體為棒狀，底部呈球形，所述球形位于所述瓶口處，所述棒狀的頂端和外電極分別與所述高壓電源電相連。所述內電極的材質為鎢，所述外電極的材質為銅。放電過程中，內外電極之間的空氣被擊穿形成等離子體炬。氣體由進氣口進入介質阻擋放電射流噴嘴，在腔體內迅速垂直流動，避免電極間產生的等離子體發生局部堆積，且內電極底部球形設計有利于放電產生的等離子體炬均勻噴出。由于外電極外部由傳感器膠灌封，因此反應過程中可將介質阻擋放電射流噴嘴直接插入溶液，使得等離子體炬淹沒于溶液中，增加等離子體中活性物質與水中有機物的接觸面積，提高化學反應效率。同時，通過控制高壓電源的放電參數和空氣壓縮泵的氣體流量，可以控制等離子體產生的密度和產率，也可改變等離子體炬的發光強度，最終影響廢水中有機物的降解效率。所述壓電超聲換能器通過電纜與超聲激勵電源相連；所述超聲激勵電源包括前級振蕩器、后級放大器、控制單元和反饋取樣電路，所述前級振蕩器包括依次相連的壓控振蕩電路、整形電路和驅動信號產生電路，所述后級放大器包括功率放大電路和與所述功率放大電路的輸出端相連接的諧振匹配網絡，所述控制單元的輸出端與所述壓控振蕩電路的輸入端相連接，所述驅動信號產生電路的輸出端與所述功率放大電路的輸入端相連接，所述諧振匹配網絡的輸出端分別與所述反饋取樣電路的輸入端和所述壓電超聲換能器相連接，所述反饋取樣電路與所述控制單元通訊連接，所述控制單元還與所述驅動信號產生電路通訊連接。本專利技術中超聲激勵電源采用他激式工作電路，他激式電源結構上主要包括：前級振蕩本文檔來自技高網...

【技術保護點】
等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，其特征在于：包括：水處理單元（1），所述水處理單元（1）包括超聲臭氧聯合反應器（2）和等離子體發生器（3），所述超聲臭氧聯合反應器（2）的出水口通過液泵（4）和液體流量計（5）與Y型反應器（6）的進水口相連，所述等離子體發生器（3）的出氣口伸入所述Y形反應器（6）的進氣口內部，所述Y形反應器（6）的出水口設置于所述Y型反應器（6）的進水口和進氣口的下方，所述Y形反應器（6）的出水口內設置有負載催化劑的孔網（7），所述Y形反應器（6）的出水口與水平向的出水管（8）相連，所述出水管（8）的側壁通過氣液分離裝置（9）及氣泵（20）與第一氣體循環管道（10）的進氣口相連接，所述第一氣體循環管道（10）的出氣口穿過所述超聲臭氧聯合反應器（2）的頂端后與曝氣裝置（15）的進氣口相連接，所述超聲臭氧聯合反應器（2）的內部頂端設置有臭氧傳感器（12）、液位檢測裝置（13）和負壓單向閥（14），所述超聲臭氧聯合反應器（2）的內部底端設置有所述曝氣裝置（15）和壓電超聲換能器（16）；所述超聲臭氧聯合反應器（2）的頂端通過第二氣體循環管道（42）與所述等離子體發生器（3）相連通。...

【技術特征摘要】
1.等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，其特征在于：包括：水處理單元（1），所述水處理單元（1）包括超聲臭氧聯合反應器（2）和等離子體發生器（3），所述超聲臭氧聯合反應器（2）的出水口通過液泵（4）和液體流量計（5）與Y型反應器（6）的進水口相連，所述等離子體發生器（3）的出氣口伸入所述Y形反應器（6）的進氣口內部，所述Y形反應器（6）的出水口設置于所述Y型反應器（6）的進水口和進氣口的下方，所述Y形反應器（6）的出水口內設置有負載催化劑的孔網（7），所述Y形反應器（6）的出水口與水平向的出水管（8）相連，所述出水管（8）的側壁通過氣液分離裝置（9）及氣泵（20）與第一氣體循環管道（10）的進氣口相連接，所述第一氣體循環管道（10）的出氣口穿過所述超聲臭氧聯合反應器（2）的頂端后與曝氣裝置（15）的進氣口相連接，所述超聲臭氧聯合反應器（2）的內部頂端設置有臭氧傳感器（12）、液位檢測裝置（13）和負壓單向閥（14），所述超聲臭氧聯合反應器（2）的內部底端設置有所述曝氣裝置（15）和壓電超聲換能器（16）；所述超聲臭氧聯合反應器（2）的頂端通過第二氣體循環管道（42）與所述等離子體發生器（3）相連通；所述等離子體發生器（3）包括介質阻擋放電射流噴嘴（23），空氣壓縮泵（17）的出氣口通過第三氣體循環管道（43）與高壓電源（18）的進氣口相連，所述高壓電源（18）的出氣口通過第四氣體循環管道（44）與所述介質阻擋放電射流噴嘴（23）的進氣口相連，所述第四氣體循環管道（44）上設置有氣體流量計（19），所述空氣壓縮泵（17）的進氣口與所述超聲臭氧聯合反應器（2）的頂端相連通；所述高壓電源（18）和介質阻擋放電射流噴嘴（23）的外殼均通過高壓電纜（24）接地。2.根據權利要求1所述的等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，其特征在于：所述介質阻擋放電射流噴嘴（23）包括絕緣介質管（231）、所述絕緣介質管（231）為兩端均開口的倒置的瓶狀，所述瓶狀的瓶口上外套環狀的外電極（233），所述外電極（233）外部灌封有傳感器膠層（232），所述瓶狀內設置有內電極（234），所述內電極（234）主體為棒狀，底部呈球形，所述球形位于所述瓶口處，所述棒狀的頂端和外電極（233）分別與所述高壓電源（18）電相連。3.根據權利要求1所述的等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，其特征在于：所述壓電超聲換能器（16）通過電纜（21）與超聲激勵電源（22）相連；所述超聲激勵電源（22）包括前級振蕩器、后級放大器、控制單元和反饋取樣電路，所述前級振蕩器包括依次相連的壓控振蕩電路、整形電路和驅動信號產生電路，所述后級放大器包括功率放大電路和與所述功率放大電路的輸出端相連接的諧振匹配網絡，所述控制單元的輸出端與所述壓控振蕩電路的輸入端相連接，所述驅動信號產生電路的輸出端與所述功率放大電路的輸入端相連接，所述諧振匹配網絡的輸出端分別與所述反饋取樣電路的輸入端和所述壓電超聲換能器（16）相連接，所述反饋取樣電路與所述控制單元通訊連接，所述控制單元還與所述驅動信號產生電路通訊連接。4.根據權利要求1所述的等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，其特征在于：所述負載催化劑的孔網（7）包括外圓環（71）和利用條形帶（73）固定于所述外圓環（71）中心的圓形內孔網（72），所述條形帶（73）的個數為至少4個且均勻分布，所述外圓環（71）依靠固定塊（74）固定于所述Y形反應器（6）的出水口內，所述外圓環（71）的直徑與所述Y形反應器（6）的出水口的直徑相匹配，所述圓形內孔網（72）的直徑較所述外圓環（71）的直徑小10~20mm，所述條形帶（73）的帶寬為2.5~4mm，所述圓形內孔網（72）上若干均勻分布的圓孔直徑為1~1.5mm；所述負載催化劑的孔網（7）與水平面呈α角度設置，所述α為30~35°。5.根據權利要求2所述的等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，其特征在于：所述負載催化劑的孔網（7）位于所述介質阻擋放電射流噴嘴（23）的下方，所述介質阻擋放電射流噴嘴（23）的出氣口與所述負載催化劑的孔網（7）之間的垂直距離為d，所述介質阻擋放電射流噴嘴（23）的出氣口與所述負載催化劑的孔網（7）之間豎直距離為D，D為0.3~18mm，所述介質阻擋放電射流噴嘴（23）的出氣口垂直插入Y形反應器的進氣口并淹沒于待處理的污水溶液中。6.根據權利要求4所述的等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，其特征在于：所述負載催化劑的孔網（7）上的催化劑為TiO2銳鈦礦薄膜；所述負載催化劑的孔網（7）的材質為鈦金屬。7.根據權利要求6所述的等離子體與超聲和催化聯合的級聯式水處理裝置，其特征在于：所述TiO2銳鈦礦薄膜的制備方法如下：通過溶膠-凝膠法制備TiO2漿料，然后將其涂在所述圓形內孔網（72）上，最后在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳秉巖，王磊，徐國海，周娟，高遠，蔣永鋒，何湘，王慶燕，朱昌平，單鳴雷，姚澄，
申請(專利權)人：南通河海大學海洋與近海工程研究院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32