本發(fā)明涉及液相等離子體放電技術(shù)和水力空化技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種液相低溫等離子體放電發(fā)生器。

背景技術(shù)：

1985年，克萊門茨博士和佐藤博士首創(chuàng)將高壓脈沖應(yīng)用于水下電極放電，以產(chǎn)生·oh自由基用來(lái)降解水中的有機(jī)污染物并殺滅微生物。研究發(fā)現(xiàn)放電電流通道的長(zhǎng)度取決于所輸入電壓的大小、脈沖寬度、電極極化及水的電導(dǎo)率。證實(shí)了在脈沖高壓作用下，有氣泡鼓入時(shí)，大氣泡被分離為很多微氣泡，當(dāng)通過(guò)中空部分向反應(yīng)器內(nèi)的去離子水中曝氧氣時(shí)氣體放電解離，在液相檢測(cè)到臭氧，其濃度取決于電壓、處理時(shí)間和供氧量，曝氮?dú)鈺r(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)臭氧的存在。以原日本群馬大學(xué)教授sato為代表的科研小組，對(duì)放電過(guò)程中的物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的研究。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率對(duì)自由基的密度有一定的影響，在電導(dǎo)率為10～80μs/cm時(shí)，主要的自由基如·oh、·h等的密度達(dá)到最大值，當(dāng)電導(dǎo)率超過(guò)80μs/cm時(shí)，隨著電導(dǎo)率的增加，自由基的密度又有所下降。他們認(rèn)為較低的電導(dǎo)率(<10μs/cm)限制了液下無(wú)曝氣放電反應(yīng)器內(nèi)電暈的進(jìn)一步發(fā)展，因而影響了放電區(qū)域自由基的產(chǎn)量。willberg和lang等分析了高壓脈沖液相放電的特點(diǎn)，認(rèn)為有機(jī)物在液體體系的降解可歸結(jié)于兩種因素：基于零級(jí)反應(yīng)的物理作用和基于一級(jí)反應(yīng)的等離子體作用。他們認(rèn)為放電形成等離子體通道，一部分有機(jī)物在等離子體通道內(nèi)被降解，一部分則在等離子體通道外被降解。本發(fā)生器同時(shí)采用了空化技術(shù)，水力空化是指當(dāng)液體內(nèi)部局部壓力降低時(shí)(主要是由高流速引起壓力降低)液體內(nèi)部或液固交界面上形成的大量的微小氣泡(空化氣泡)的形成、發(fā)展和潰滅過(guò)程?？栈瘹馀蓦S流體流出這個(gè)區(qū)域時(shí)，由于壓力突然增大，氣泡潰滅，從而產(chǎn)生空化效應(yīng)?？张轁缒墚a(chǎn)生局部的高溫高壓、強(qiáng)烈的沖擊波和高速微射流，這為在常溫常壓條件下難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)提供了一種非常特殊的物理化學(xué)環(huán)境。

水力空化降解有機(jī)物的主要途徑有直接熱分解、自由基反應(yīng)、超臨界水氧化作用等。水力空化發(fā)生裝置有兩種：一是文丘里管，二是孔板?？装迮c文丘里管相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，并且在孔板流動(dòng)中產(chǎn)生的空化強(qiáng)度要比文丘里管的高許多。通過(guò)采用多洞孔板進(jìn)行節(jié)流，改變管路流量，使流體在通過(guò)孔板后的流速迅速增加，形成高流速，從而使孔板后的壓力降低，當(dāng)降低到一定程度時(shí)就會(huì)發(fā)生空化。

高壓脈沖液相放電技術(shù)是一種新型的水處理高級(jí)氧化技術(shù)，是自由基氧化、高溫?zé)峤到狻⒏吣茈娮愚Z擊、臭氧氧化、紫外光降解、光化學(xué)氧化、超臨界水氧化、空化降解等多種作用的綜合體現(xiàn)。近年來(lái)，眾多學(xué)者結(jié)合高壓脈沖放電自身所具有的這些作用將該技術(shù)與其它高級(jí)氧化技術(shù)聯(lián)合起來(lái)，從而進(jìn)一步促進(jìn)有機(jī)物的降解。

20世紀(jì)80年代以后，液相高壓脈沖放電等離子體廣泛應(yīng)用在水污染控制方面的研究。針對(duì)廢水中有毒有機(jī)污染物，國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)展。1996年以后，我國(guó)開(kāi)始利用脈沖電暈來(lái)降解有機(jī)廢水，李勝利等采用高壓脈沖放電等離子體的方法處理研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在初始溶液ph小于9.04，處理30s時(shí)，水樣的上清液cod降低了42.6％。浙江大學(xué)利用四針-板電極形式的氣液混相脈沖放電等離子體系統(tǒng)，由于增加了放電電極的個(gè)數(shù)，由此提供了反應(yīng)體系的作用范圍，達(dá)到了提高有機(jī)物降解效果的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在脈沖電壓峰值為20kv、脈沖頻率為150hz、電極間距為18mm的操作條件下，放電30min時(shí)甲基紅的降解效率達(dá)到99％。哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用氣液混相放電形式，并在放電電極之間添加活性氧化鋁填料，由于填料的催化作用，亞甲基藍(lán)、苯酚等有機(jī)物的脫除率得到很大的提高，對(duì)放電過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)氧化氫和臭氧的量進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)而探討苯酚的降解機(jī)理。向反應(yīng)器中投加二價(jià)鐵離子、三價(jià)鐵離子、過(guò)氧化氫及粉末活性炭等催化劑能夠提高苯酚的降解率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種液相低溫等離子體放電發(fā)生器，解決水中有機(jī)物污染的降解問(wèn)題。

本發(fā)明的發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種液相低溫等離子體發(fā)生器，其特征在于，該發(fā)生器包括絕緣殼體、陰極棒、陽(yáng)極環(huán)和隔板，所述絕緣殼體的一端設(shè)有介質(zhì)出口、另一端設(shè)有介質(zhì)入口，所述陰極棒、陽(yáng)極環(huán)和隔板設(shè)在絕緣殼體內(nèi)，所述陰極棒的一端固定在絕緣殼體設(shè)置介質(zhì)入口的一端，所述隔板上設(shè)有多個(gè)過(guò)水孔，所述隔板套在陰極棒上，所述陽(yáng)極環(huán)設(shè)在絕緣殼體設(shè)置介質(zhì)出口的一端，所述陰極棒和陽(yáng)極環(huán)同軸。

進(jìn)一步的，所述隔板設(shè)有三個(gè)，三個(gè)隔板間隔套在陰極棒上。

進(jìn)一步的，所述陰極棒由金屬鎢材料制成，所述陽(yáng)極環(huán)由黃銅制成，所述絕緣殼體由有機(jī)玻璃制成。

進(jìn)一步的，所述隔板的外周緊貼絕緣殼體的內(nèi)壁。

進(jìn)一步的，所述陰極棒固定在絕緣殼體的一端穿出絕緣殼體，該端與絕緣殼體之間設(shè)有密封墊片。

進(jìn)一步的，所述陽(yáng)極環(huán)與絕緣殼體之間設(shè)有絕緣支撐，該陽(yáng)極環(huán)通絕緣支撐固定在絕緣殼體上，所述絕緣支撐內(nèi)設(shè)有將陽(yáng)極環(huán)的接線點(diǎn)引至絕緣殼體外的銅導(dǎo)體。

進(jìn)一步的，所述介質(zhì)入口設(shè)有兩個(gè)。

進(jìn)一步的，所述絕緣殼體呈圓筒狀，兩個(gè)介質(zhì)入口共徑設(shè)置在絕緣殼體的側(cè)壁，所述介質(zhì)出口設(shè)置絕緣殼體的端部中心處。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在使用時(shí)，介質(zhì)由兩個(gè)介質(zhì)入口進(jìn)入發(fā)生器，高速經(jīng)過(guò)三級(jí)帶孔隔板發(fā)生空化效應(yīng)而產(chǎn)生大量微氣泡，然后流向放電區(qū)，兩電極在脈沖高電壓的作用下，發(fā)生高壓放電產(chǎn)生等離子體，用來(lái)降解有機(jī)污染物并殺滅微生物，效果非常好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示發(fā)生器的b-b剖面圖；

圖3為圖1所示發(fā)生器的c-c剖面圖；

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1為陰極棒，2為一級(jí)隔板，3為二級(jí)隔板，4為三級(jí)隔板，5為絕緣支撐，6為陽(yáng)極環(huán)，7為銅導(dǎo)體，8為絕緣接線盒，9為密封墊片，10為放電區(qū)域，11為絕緣殼體，12為介質(zhì)入口，13為介質(zhì)出口，14為過(guò)水孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例

本發(fā)明提供一種液相低溫等離子體發(fā)生器，如圖1～圖3所示，該發(fā)生器包括絕緣殼體11、陰極棒1、陽(yáng)極環(huán)6和隔板。絕緣殼體11的一端設(shè)有介質(zhì)出口13、另一端設(shè)有介質(zhì)入口12。陰極棒1、陽(yáng)極環(huán)6和隔板設(shè)在絕緣殼體11內(nèi)，陰極棒1的一端固定在絕緣殼體11設(shè)置介質(zhì)入口12的一端。隔板上設(shè)有多個(gè)過(guò)水孔14，隔板套在陰極棒1上。陽(yáng)極環(huán)6設(shè)在絕緣殼體11設(shè)置介質(zhì)出口13的一端。陰極棒1沒(méi)有固定在絕緣殼體11的一端端部處與陽(yáng)極環(huán)6之間形成放電區(qū)域10。其中陰極棒1的外徑為12mm，考慮到放電產(chǎn)生溫度高，陰極容易腐蝕，陰極選用熔點(diǎn)高的金屬鎢材料；陽(yáng)極環(huán)6為保證放電面大，陽(yáng)極環(huán)寬度為5mm，內(nèi)徑16mm，與陰極相距6mm，材質(zhì)選用導(dǎo)電性能好的黃銅，與陰極同軸放置。

隔板設(shè)有三個(gè)：一級(jí)隔板2、二級(jí)隔板3、三級(jí)隔板4，三個(gè)隔板間隔套在陰極棒1上，形成三級(jí)隔板。三級(jí)隔板為絕緣擋板，在高流速作用下產(chǎn)生空化效應(yīng)于介質(zhì)中，使放電區(qū)放電效果更好及增加水中有機(jī)污染物的降解效率。

隔板的外周緊貼絕緣殼體11的內(nèi)壁。在此發(fā)生器易泄露連接處，需采取密封措施，在連接處增加密封墊片進(jìn)行密封，密封墊片選用非導(dǎo)電的石墨材料，如：陰極棒1固定在絕緣殼體的一端穿出絕緣殼體，該端與絕緣殼體之間設(shè)有密封墊片9。

陽(yáng)極環(huán)6與絕緣殼體之間設(shè)有絕緣支撐5，該陽(yáng)極環(huán)通絕緣支撐固定在絕緣殼體上，絕緣支撐內(nèi)設(shè)有將陽(yáng)極環(huán)的接線點(diǎn)引至絕緣殼體外的銅導(dǎo)體7。

介質(zhì)入口設(shè)有兩個(gè)。絕緣殼體呈圓筒狀，兩個(gè)介質(zhì)入口共徑(連線穿過(guò)圓心)設(shè)置在絕緣殼體的側(cè)壁，介質(zhì)出口設(shè)置絕緣殼體的端部中心處。

本發(fā)明涉及的部件的具體說(shuō)明如下：

(1)陰極棒

陰極采用棒狀電極，棒電極平放，裸露的一端與水介質(zhì)充分接觸，并用絕緣擋板做支撐。之所以選棒電極為陰極是因?yàn)樵陔姌O間施加電壓之后，電極之間的電場(chǎng)分布不均勻，棒電極的曲率半徑小，附近為強(qiáng)電場(chǎng)，陰極附近的場(chǎng)強(qiáng)增加，可以大大增加陰極電子的逸出，同時(shí)也為電子逃離陰極后的加速創(chuàng)造了有利的條件。考慮到電弧產(chǎn)生時(shí)，溫度極高，電極尤其是陰極容易受燒蝕，因此棒電極采用熔點(diǎn)高的金屬鎢，而且金屬鎢的機(jī)械強(qiáng)度高，抗燒蝕性強(qiáng)。

陰極棒露出發(fā)生器絕緣殼體，并設(shè)置絕緣接線盒，并在陰極棒與絕緣殼體之間增加密封墊片。

(2)陽(yáng)極環(huán)

陽(yáng)極為環(huán)形結(jié)構(gòu)，與陰極同軸放置，其斷面與陰極端面相平行，間距為6mm，環(huán)形陽(yáng)極內(nèi)徑16mm，寬度5mm。環(huán)形陽(yáng)極采用短陽(yáng)極形式，不僅可以降低損耗，而且可以使受約束的電子流更均勻的在水中流動(dòng)。陽(yáng)極才用導(dǎo)電性能好的黃銅。陽(yáng)極環(huán)固定于絕緣支撐上，并與陰極棒同軸，并用銅導(dǎo)體7將接線點(diǎn)引至絕緣殼體外，并設(shè)置絕緣接線盒8。

(3)三級(jí)隔板

隔板分三級(jí)設(shè)置，材質(zhì)選用絕緣材料，中間設(shè)置多個(gè)過(guò)水孔，不僅可以保證供水的功能，而且起到了在水中空化效應(yīng)產(chǎn)生微氣泡的作用，從而增強(qiáng)放電效果。

為提高等離子體產(chǎn)生效果，污水由高壓泵從等離子體發(fā)生器進(jìn)水管口送入發(fā)生器，在通過(guò)發(fā)生器中設(shè)置的三級(jí)絕緣擋板多個(gè)孔時(shí)發(fā)生空化效應(yīng)而產(chǎn)生大量的微氣泡為后面的高壓放電做前期處理準(zhǔn)備。

(4)絕緣殼體

絕緣外殼為防止產(chǎn)生附加陰極放電腐蝕，推進(jìn)器在工作時(shí)是處于周期性電弧環(huán)境中，要求所選的材料應(yīng)具有抗電弧性。有機(jī)玻璃具有優(yōu)異的抗電弧性，在電弧作用下材料表面不會(huì)產(chǎn)生碳化的導(dǎo)電通路和電弧徑跡現(xiàn)象。因此，絕緣外殼的材料選用有機(jī)玻璃。

絕緣殼體上設(shè)置兩個(gè)入口，一個(gè)出口，出入口管材均用絕緣材料。

(5)密封墊片

在各部件連接處容易發(fā)生泄漏的地方設(shè)置密封構(gòu)件。在陰極和陽(yáng)極漏出外殼處都有發(fā)生泄漏的可能，都應(yīng)做好密封措施。所有的密封均采用壓力密封。密封材料選擇柔性石墨材料。

本發(fā)明在使用時(shí)，發(fā)生器的陰極和陽(yáng)極需連接電源處理單元，該電源處理單元的合理設(shè)置是提高水處理效果的前提條件，所以高壓脈沖電源是本發(fā)明的核心器件。電源充電方式采用恒流充電方式對(duì)儲(chǔ)能電容進(jìn)行充電，充電均勻并且速度快。高壓脈沖電源高度集成與一體化，可以減小本發(fā)明的占地面積。高壓脈沖電源峰值電壓10kv～30kv，頻率范圍100～1000hz，額定電流1～5a，脈沖上升沿10～100ns，脈沖寬度1.5μs～10μs。陽(yáng)極與陰極接線柱通過(guò)導(dǎo)線連接在高壓脈沖電源上。

污水處理過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)前首先做絕緣性檢查，確保安全可靠。關(guān)閉高壓脈沖電源，先通水在發(fā)生器中通水運(yùn)行1min，將脈沖電源電壓調(diào)為0v，頻率設(shè)置在100hz，脈沖上升沿100ns，脈沖寬度10μs。開(kāi)啟高壓脈沖電源，逐漸升高電壓至10kv，觀察水質(zhì)檢測(cè)儀cod參數(shù)變化，觀察變化效果。再升高電壓至30kv，cod變化效果顯著提高，調(diào)整流速使cod穩(wěn)定在150mg/l。

經(jīng)前期處理后的污水，進(jìn)入陰極棒與陽(yáng)極環(huán)之間的放電區(qū)域，在兩電極之間施加高壓脈沖電源。高壓脈沖電源峰值電壓30kv，脈沖頻率500hz，脈沖前沿10～100ns，雙極性脈沖。處理介質(zhì)經(jīng)過(guò)快速上升且脈寬極短的脈沖時(shí)，水中放電產(chǎn)生非熱等離子體。非熱等離子體意味著電子能量或溫度高于背景分子或離子。由于能量加在電子上，而不是離子和背景水分子上，當(dāng)背景水周圍溫度基本保持不變時(shí)，電子可以獲得3～20ev的能量。流光電暈放電能夠使能量效率得到很大提高，原因是在快速上升且脈寬極短的脈沖的作用下，離子不能進(jìn)行較大距離的移動(dòng)，因此不會(huì)產(chǎn)生能量消耗。瞬間高電場(chǎng)使電子獲得能量并與周圍的水進(jìn)行碰撞，導(dǎo)致活性粒子或自由基的形成。這些活性粒子或自由基能與各種各樣的有機(jī)化合物進(jìn)行反應(yīng)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出的是，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。