一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器及集成裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器，陰極呈棒狀，安裝于密封的陰極管中；陽極為環(huán)形，安裝于密封的陽極管中，陽極管安裝于通風(fēng)支架上，通風(fēng)支架固定于陰極管中部，通風(fēng)支架上設(shè)有貫通的進風(fēng)道；陰極管上端突出于陽極，下端通過導(dǎo)線與高壓脈沖電源連接；陽極內(nèi)外兩側(cè)為陽級內(nèi)管和陽級外管；陰極管、陽極內(nèi)管和陽極外管的材質(zhì)均為石英。所述陰極和陽極之間的放電區(qū)域通入的氣體為加入霧化液體的氣體。本發(fā)明的氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器集成裝置可以對油氣田產(chǎn)出水及作業(yè)廢水中難以降解的有機物進行快速有效降解，并可實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，且具有體積小、重量輕、操作簡單、免維護、運行成本低等特點。
【專利說明】
一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器及集成裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種低溫等離子體發(fā)生器，特別是用于處理油氣田產(chǎn)出水及作業(yè)廢水中難以生物降解有機物的氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器集成裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著水資源的枯竭及生態(tài)環(huán)境的惡化、對油氣田開采業(yè)及石油化工行業(yè)的發(fā)展形成了嚴重制約，因此油氣田產(chǎn)出水及作業(yè)廢水的深度處理顯得尤為迫切。
[0003]目前對于廢水中難生物降解有機物的處理方法主要有:
[0004]芬頓氧化技術(shù):是將Fe2+和H2O2結(jié)合會產(chǎn)生羥基自由基H0.，它與污染物的反應(yīng)會使有機物降解最終生成co#ph2o。其技術(shù)優(yōu)點是可氧化破壞多種有毒有害的有機物、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡單、適用范圍較廣。技術(shù)缺點是藥劑使用量大、反應(yīng)時間長、有些有機物還不能被降解。
[0005]臭氧氧化技術(shù):臭氧在水溶液中可與羥基HO-反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基H0.，通過H0.與有機物進行氧化反應(yīng)，臭氧的氧化能力雖然很強，但對設(shè)備的耐腐性要求較高。目前在污染廢水脫色、消毒、除臭等方面有較廣泛的應(yīng)用。
[0006]光催化氧化技術(shù):包括光激發(fā)氧化技術(shù)(o3/uv)和催化氧化技術(shù)(Ti02/UV)。氧化技術(shù);主要以03、H202、02和空氣作為氧化劑，在光輻射的作用下產(chǎn)生羥基自由基H0.，兩者都是通過H0.，的強氧化性對有機物進行分解，氧化效果較好的是紫外光催化氧化技術(shù)。其優(yōu)點是反應(yīng)溫和、氧化能力強，特別是在染料廢水、表面活性劑、有機磷化物、多環(huán)芳烴等廢水處理中能有效地進行光催化反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為無機小分子，達到無害化處理的目的。缺點是紫外光的吸收范圍窄，光能利用較效率低，其效率會受到催化劑性質(zhì)、紫外線波長和反應(yīng)器的限制，短波紫外線比長波紫外線效果好，但短波紫外線較難獲得。光催化還要解決透光度的問題，有些污水的濁度較高色度較深都不利于光線的透過而影響催化效果。
[0007]電催化氧化技術(shù):電化學(xué)氧化是通過陽極表面上放電產(chǎn)生的羥基自由基H0.的氧化作用，與吸附在陽極上的有機物發(fā)生氧化反應(yīng)，從而去除污染物的一項技術(shù)。其優(yōu)點是裝置設(shè)備簡單、操作簡單、價格便宜、陽極可以氧化污染物，改變陽極的材料就可以去除不同的有機物，陰級可以回收重金屬。其缺點是可溶性電極消耗過大、設(shè)備效率偏低、運行成本過尚。
[0008]濕式空氣氧化和濕式催化氧化技術(shù)；是在高溫(120 °C?320 °C)、高壓(0.5?1MPa)、和催化劑(氧化物、貴金屬)存在的條件下，以空氣中的O2為氧化劑在液相中將有機污染物氧化為COdPH2O等無機小分子或有機小分子的化學(xué)過程。
[0009]超臨界水氧化技術(shù):與濕式氧化技術(shù)一樣也是以水為液相主體，以空氣中的氧為氧化劑在高溫高壓下的反應(yīng)。該技術(shù)利用水在超臨界狀態(tài)(Tc>374°C，Pc>22.05MPa)下的特殊性質(zhì)，從而使氣體、有機物完全溶于水中，此時氣液相界面消失，形成了均相氧化體系。由于消除了濕式氧化體系中存在的相間阻力，提高了反應(yīng)速度，且在均相體系中氧化，自由基的活性更高，氧化程度也隨之提高。其優(yōu)點是均相反應(yīng)速度快、分解有機物效率高、無二次污染。缺點是設(shè)備需要高溫高壓、一次性投資大、運行成本高、需專業(yè)人員管理和維護、推廣應(yīng)用困難，從而制約了該技術(shù)的工程應(yīng)用。
[0010]超聲氧化技術(shù):主要是指頻率在15KHz?IMHz的聲波，在微小的區(qū)域內(nèi)瞬間高溫高壓下產(chǎn)生羥基自由基的一項技術(shù)。另一種是超聲波吹脫，主要用于廢水中高濃度難降解的有機物的處理。以一定頻率和壓強的超聲波瞬間加壓與容液時，在聲波負壓的作用下溶液中產(chǎn)生了空化泡，在隨后聲波正壓下空化泡迅速崩解，整個過程在納秒至微秒的時間內(nèi)，氣泡快速崩潰隨著氣泡內(nèi)蒸汽相的絕熱壓縮，產(chǎn)生瞬間的高溫高壓，同時產(chǎn)生有強烈沖擊力的高速微射流。進入空化泡的水蒸氣在高溫高壓下發(fā)生分裂及鏈式反應(yīng)，產(chǎn)生H0.,HO0.、H.、等自由基以及Η202、Η2等物質(zhì)。聲化學(xué)反應(yīng)的途徑主要包括高溫高壓熱解反應(yīng)和自由基氧化反應(yīng)兩種。其優(yōu)點是設(shè)備配套容易、操作簡單、使用方便，可把有毒有機物降解為毒性較小甚至無毒小分子、降解速度快、不會造成二次污染。缺點是耗能大。
[0011]綜上所述的氧化技術(shù)、是目前國內(nèi)外認同的廢水處理中較為先進的高級氧化技術(shù)，有的已經(jīng)推廣應(yīng)用，有的僅限于實驗室或中試階段。
[0012]但上述方法對油氣田產(chǎn)出水及作業(yè)廢水的有機物的降解大都不理想，主要原因是油氣田產(chǎn)出水及作業(yè)廢水多為高鹽水，常見的處理方法不適合高含鹽的環(huán)境。存在降解效率低、達標難度大、不能進行工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種活性離子濃度高、氣液相混式的高效低溫等離子體污水處理裝置。
[0014]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括:
[0015]—種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器，包括:陰極和陽極，高壓脈沖電源，陽極和陰極分別與高壓脈沖電源的正極和負極連接；
[0016]陰極呈棒狀，安裝于密封的陰極管中；
[0017]陽極為環(huán)形，安裝于密封的陽極管中，陽極管安裝于通風(fēng)支架上，通風(fēng)支架固定于陰極管中部，通風(fēng)支架上設(shè)有貫通的進風(fēng)道；
[0018]陰極管上端突出于陽極，下端通過導(dǎo)線與高壓脈沖電源連接；
[0019]陽極內(nèi)外兩側(cè)為陽級內(nèi)管和陽級外管；
[0020]陰極管、陽極內(nèi)管和陽極外管的材質(zhì)均為石英。
[0021]所述陰極和陽極之間的放電區(qū)域通入的氣體為加入霧化液體的氣體。
[0022]所述陰極管上端突出于陽極的外表面鍍有納米T12銳鈦礦。
[0023]所述陰極管的納米T12銳鈦礦鍍層厚為0.2?0.3mm。
[0024]所述陽極和陰極的材質(zhì)為60?80目紫銅顆粒。
[0025]—種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器集成裝置，包括殼體，所述的氣液相混式低溫等離子體發(fā)生器;其中殼體內(nèi)設(shè)置有內(nèi)筒，內(nèi)筒連接有進氣管，進氣管上連接有液體霧化裝置;殼體上連接有進水管、出水管和排氣管;低溫等離子體發(fā)生器的電極安裝于內(nèi)筒上，內(nèi)筒通過低溫等離子體發(fā)生器的支架的進風(fēng)道與殼體連通;鑲嵌內(nèi)筒上的水平方向和豎直均設(shè)置有至少兩個低溫等離子體發(fā)生器的電極;低溫等離子體發(fā)生器的陽極和陰極分別與高壓脈沖電源的正極和負極相連。
[0026]所述殼體內(nèi)設(shè)置有至少兩個內(nèi)筒。
[0027]所述集成裝置為嵌套結(jié)構(gòu)，即內(nèi)筒中還設(shè)置有內(nèi)筒;從外到內(nèi)依次構(gòu)成外層水道、氣道和內(nèi)層水道;氣道與進氣口連通;外層水道和內(nèi)層水道與進水口連通;在氣道的內(nèi)外兩層筒體上，低溫等離子體發(fā)生器的雙介質(zhì)阻擋式電極為兩兩對接，即陰極連接為一體，且兩端陰極突出于兩個環(huán)形的陽極。
[0028]所述集成裝置的嵌套結(jié)構(gòu)為殼體內(nèi)設(shè)置有四層內(nèi)筒，從外到內(nèi)依次構(gòu)成外層水道、外層氣道、中層水道、內(nèi)層氣道、內(nèi)層水道;氣道與進氣口連通;水道與進水口連通。
[0029]本發(fā)明充分利用霧化氣體，形成氣液兩相流，在氣水組合狀態(tài)下進行氣中的脈沖電暈或流光放電，產(chǎn)生的等離子體直接與水接觸，從而提供了較好的放電區(qū)和傳質(zhì)區(qū)。進一步地，充分利用高壓脈沖放電時產(chǎn)生紫外光，引入負載催化劑T12的石英管作為介質(zhì)，在高壓脈沖放電產(chǎn)生的紫外光引發(fā)T12的催化效應(yīng)，促進更多的羥基自由基形成，增強對廢水中有機物氧化分解;更進一步地，本發(fā)明對高壓脈沖放電采用雙介質(zhì)阻擋放電形式，即陰極和陽極均采用石英管作為阻擋放電介質(zhì)，高壓放電時由于脈沖電流的作用，電極的放電端會產(chǎn)生高溫電蝕現(xiàn)象，采用石英管作為阻擋放電介質(zhì)，可有效地阻止電極的電蝕現(xiàn)象，可大幅提尚電極的使用壽命。
[0030]本發(fā)明中電極的導(dǎo)電體材質(zhì)為60?80目紫銅顆粒，裝入管內(nèi)插入高壓導(dǎo)線后密封，高壓導(dǎo)線由高壓引線密封裝置引至高壓脈沖電源。
[0031]安裝于陽級內(nèi)管及陽級外管之間的密封材料材質(zhì)為硅膠。
[0032]通風(fēng)支架的材質(zhì)為硅膠，安裝于陽級內(nèi)管及陽級外管間的另一端，并將陰極管插入通風(fēng)支架中間。
[0033]陰極管對接在同一軸線上。
[0034]高壓脈沖放電過程可產(chǎn)生低溫等離子體，它除了在其電場內(nèi)產(chǎn)生高能電子外，還產(chǎn)生紫外光、臭氧和活性離子(-oh、-o、-h、o3、h2o2)等。這一特性可用來降解水中難以生物降解的有機物、并去除細菌等有害物質(zhì)。
[0035]T12受到高壓脈沖放電時產(chǎn)生紫外光照射后，產(chǎn)生電子-空穴對，其中電子極易被水中溶解氧等氧化物質(zhì)捕獲，而空穴則可氧化吸附在T12表面的有機物或先將吸附在T12表面的-OH和H2O氧化成羥基自由基，而羥基自由基則是在水中的氧化能力是最強的。
[0036]本發(fā)明氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器集成裝置是將多個低溫等離子體發(fā)生器靈活方便的進行組合，可集成的形式為環(huán)形η層X 2 X 8或;環(huán)形η層X 2 X 16或；環(huán)形η層X 2Χ32等不同形式。并通過安裝固定，將環(huán)形η層Χ2Χ32套裝在環(huán)形η層Χ2Χ16外，將環(huán)形η層X 2 X 8套裝在環(huán)形η層X 2 X 16內(nèi)。形成一個等離子體發(fā)生器較為密集的集成裝置。并且通過這種套裝環(huán)形可將水分層，加大了等離子體與水的充分融合。因此氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器集成裝置具有降解效率高、重量輕、操作簡單、免維護、運行成本低、可用于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)等特點。
[0037]本發(fā)明解決了現(xiàn)有油氣田產(chǎn)出水及作業(yè)廢水中的有機物降解技術(shù)的不足，提供一種可以對油氣田產(chǎn)出水及作業(yè)廢水中難以降解的有機物進行快速有效降解的方法及裝置。
[0038]本發(fā)明所具有的有益效果是:提供一種可以對油氣田產(chǎn)出水及作業(yè)廢水中難以生物降解的有機物進行快速有效的降解，并可實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，且具有體積小、重量輕、操作簡單、免維護、運行成本低等特點。
【附圖說明】
[0039]圖1是本發(fā)明陰極對接時的主視圖；
[0040]圖2是圖1的左視圖；
[0041]圖3是圖2的B-B剖視圖；
[0042]圖4是本發(fā)明氣液相混式低溫等離子體發(fā)生器集成裝置的主視圖；
[0043]圖5是圖4的剖面圖；
[0044]圖6是圖5的I1-1I剖視圖；
[0045]圖7是本發(fā)明的氣水分層不意圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施作進一步描述。
[0047]見圖1至圖7:
[0048]本發(fā)明一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器，包括:陰極和陽極，高壓脈沖電源，陽極和陰極分別通過高壓導(dǎo)線7與高壓脈沖電源的正極和負極連接；
[0049]陰極安裝于密封的陰極管33中；
[0050]環(huán)形陽極安裝于密封的陽極管中，陽極管安裝于通風(fēng)支架36上，通風(fēng)支架固定于陰極管33中部，通風(fēng)支架36上設(shè)有貫通的進風(fēng)道；
[0051]陰極管33上端突出于陽極，下端通過導(dǎo)線與高壓脈沖電源連接；
[0052]陽極內(nèi)外兩側(cè)為陽級內(nèi)管31和陽級外管32;陽極管上側(cè)為密封環(huán)37，陽極管下側(cè)與通風(fēng)支架36為一體；
[0053]陰極管33、陽極內(nèi)管31和陽極外32的材質(zhì)均為石英。
[0054]通風(fēng)支架36的材質(zhì)為硅膠，固定陽極內(nèi)管和陽極外管并使之同心。
[0055]見圖4至圖7:
[0056]本發(fā)明的一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器集成裝置，包括殼體20，四層內(nèi)筒，從外到內(nèi)依次構(gòu)成外層水道41、外環(huán)氣道42、中層水道43、內(nèi)環(huán)氣道44、內(nèi)層水道45;氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器的陽極固定于內(nèi)筒的筒璧上;外環(huán)氣道42和內(nèi)環(huán)氣道44的陰極管在氣體通道內(nèi)兩兩通過陰極對接管34對接在同一軸線上。陰極對接管34材質(zhì)為硅膠。
[0057]殼體20上設(shè)置有進水口I，進水口 5 ；進水口 I與分氣缸8連接;進水口 5與外層水道41、中層水道43、內(nèi)層水道45連通。
[0058]內(nèi)環(huán)氣道44及外環(huán)氣道42的筒壁材質(zhì)為高密度工程塑料通過絲接氣嘴、柔性氣管與分氣缸8連接，分氣缸8與進氣口連接，將壓縮霧化氣體經(jīng)氣道送入等離子體發(fā)生器的通風(fēng)支架36端，霧化氣體再經(jīng)等離子體發(fā)生器15的脈沖放電區(qū)域進入液體中，當霧化氣體的壓力大于容器出水壓力時，則液體不能通過等離子體發(fā)生器15的脈沖放電區(qū)域進入氣道內(nèi)。
[0059]在環(huán)形方向上，外環(huán)氣道42平均分布16對電極，內(nèi)環(huán)氣道44平均分布8對電極。在豎直方向上，外環(huán)氣道42電極安裝的層數(shù)為10層，內(nèi)環(huán)氣道44電極安裝的層數(shù)為9層。具體的安裝數(shù)量可根據(jù)污水處理量、污水中COD的濃度及有機物的種類進行調(diào)整。
[0060]內(nèi)筒通過固定板固定于殼體內(nèi)。固定板分別通過螺栓與殼體和內(nèi)筒連接。[0061 ] 進氣管通過分氣缸8與外環(huán)氣道42、內(nèi)環(huán)氣道44連接。
[0062]外環(huán)氣道42有外環(huán)氣槽27圍成、內(nèi)環(huán)氣道44有類環(huán)氣槽13圍成。
[0063]殼體20設(shè)有排氣裝置6，排氣裝置6與外層水道、中層水道43、內(nèi)層水道45連通，排氣裝置6上設(shè)有手動閥及自動排氣閥。
[0064]殼體下端設(shè)置有直通快插25。外環(huán)氣道、內(nèi)環(huán)氣道分別通過排放管26與直通快插25連接，通過直通快插25的手動閥來檢驗集成裝置內(nèi)氣壓與載體容器內(nèi)的水壓是否平衡:當水壓大于氣壓時打開手動閥有液體流出，當氣壓大于水壓時打開手動閥則無液體流出。
[0065]殼體20上設(shè)置有進水口，用于連接供水網(wǎng)。
[0066]出水口22將載體容器內(nèi)的水通過出水口連接回水網(wǎng)進行回收。
[0067]在污水處理時:
[0068]由載體容器進水口接入供水管網(wǎng)，載體容器出水口接入回水網(wǎng)，載體容器進氣口接入供氣管網(wǎng)。
[0069]先將設(shè)備供氣閥打開，氣壓調(diào)整為0.1?0.1 IMPa左右，并打開排氣裝置上的閥門。
[0070]將供水管網(wǎng)閥門打開后，流量調(diào)整為0.8?I米/秒(進水壓力0.09?0.1Mpa)。
[0071]打開直通快插25的手動閥少許，看是否有水流出，若有水流出逐漸加大供氣壓力直到直通快插25的手動閥沒有水流出為止，在將直通快插25的手動閥關(guān)閉即可。
[0072]打開高壓脈沖電源，將高壓脈沖電源輸出電壓調(diào)至OV后，再打開脈沖輸出開關(guān)，逐步將輸出脈沖電壓調(diào)整至21.5?22KV，脈寬輸出調(diào)整為10?15ys，觀察在線儀表的⑶D指標，當C0D>150mg/L時減小流量直到C0D<150mg/L為止。
[0073]綜上所述，設(shè)備處理污水的能力與污水的COD濃度、有機物的種類及等離子體發(fā)生器的數(shù)量有關(guān)，因此在污水處理前要確認有機物的種類、COD的濃度、污水處理量等參數(shù)來確定等離子體發(fā)生器的數(shù)量及脈沖電源的功率。
【主權(quán)項】
1.一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器，其特征在于，包括:陰極和陽極，高壓脈沖電源，陽極和陰極分別與高壓脈沖電源的正極和負極連接； 陰極呈棒狀，安裝于密封的陰極管中； 陽極為環(huán)形，安裝于密封的陽極管中，陽極管安裝于通風(fēng)支架上，通風(fēng)支架固定于陰極管中部，通風(fēng)支架上設(shè)有貫通的進風(fēng)道； 陰極管上端突出于陽極，下端通過導(dǎo)線與高壓脈沖電源連接； 陽極內(nèi)外兩側(cè)為陽級內(nèi)管和陽級外管； 陰極管、陽極內(nèi)管和陽極外管的材質(zhì)均為石英。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器，其特征在于，所述陰極和陽極之間的放電區(qū)域通入的氣體為加入霧化液體的氣體。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器，所述陰極管上端突出于陽極的外表面鍍有納米T12銳鈦礦。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器，所述陰極管的納米T12銳鈦礦鍍層厚為0.2?0.3mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器，所述陽極和陰極的材質(zhì)為60?80目紫銅顆粒。6.一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器集成裝置，其特征在于，包括殼體，權(quán)利要求1至6之一所述的氣液相混式低溫等離子體發(fā)生器； 其中殼體內(nèi)設(shè)置有內(nèi)筒，內(nèi)筒連接有進氣管，進氣管上連接有液體霧化裝置； 殼體上連接有進水管、出水管和排氣管； 低溫等離子體發(fā)生器的電極安裝于內(nèi)筒上，內(nèi)筒通過低溫等離子體發(fā)生器的支架的進風(fēng)道與殼體連通； 鑲嵌內(nèi)筒上的水平方向和豎直均設(shè)置有至少兩個低溫等離子體發(fā)生器的電極； 低溫等離子體發(fā)生器的陽極和陰極分別與高壓脈沖電源的正極和負極相連。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器集成裝置，其特征在于，所述殼體內(nèi)設(shè)置有至少兩個內(nèi)筒。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器集成裝置，其特征在于，所述集成裝置為嵌套結(jié)構(gòu)，即內(nèi)筒中還設(shè)置有內(nèi)筒;從外到內(nèi)依次構(gòu)成外層水道、氣道和內(nèi)層水道;氣道與進氣口連通;外層水道和內(nèi)層水道與進水口連通； 在氣道的內(nèi)外兩層筒體上，低溫等離子體發(fā)生器的雙介質(zhì)阻擋式電極為兩兩對接，即陰極連接為一體，且兩端陰極突出于兩個環(huán)形的陽極。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種氣液混合式低溫等離子體發(fā)生器集成裝置，其特征在于，所述集成裝置的嵌套結(jié)構(gòu)為殼體內(nèi)設(shè)置有四層內(nèi)筒，從外到內(nèi)依次構(gòu)成外層水道、外層氣道、中層水道、內(nèi)層氣道、內(nèi)層水道;氣道與進氣口連通;水道與進水口連通。
【文檔編號】C02F1/32GK105883979SQ201610394317
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】張克江, 吳文, 吳樹林, 彭曉東
【申請人】成都科衡環(huán)保技術(shù)有限公司