申请日2015.08.13
公开(公告)日2015.12.23
IPC分类号C02F1/36; C02F1/30
摘要
本发明公开了水下密集气泡微波放电水处理反应器，包括底座、壳体、储水箱、泵组件、阀门组件、微波源、功率调配器、数据采集及控制单元、水下密集气泡流体产生装置、光谱检测器;壳体内设有上下两层绝缘网、放电管和曝气装置，负载催化剂的石英小球，谐振腔通过功率调配器连接有波导管，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，数据采集及控制单元的输出端连接泵组件、阀门组件、微波源、水下密集气泡流体产生装置的驱动器，泵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。本发明能够处理大流量的废水，有效降低反应活化能，协同提高废水降解的活化反应速率。
权利要求书
1.水下密集气泡微波放电水处理反应器，其特征在于，包括底座(1)、安 装在底座(1)上的壳体(2)、储水箱(3)、泵组件、阀门组件、微波源(6-1)、 用于实现微波源(6-1)与谐振腔(6-4)之间功率及负载匹配的功率调配器(6-3)、 数据采集及控制单元(7)、水下密集气泡流体产生装置、安装在壳体(2)上用 于检测放电区域放电光谱的光谱检测器(9);
所述壳体(2)的下方设有反应器进气口(10-1)及反应器进水口(10-2)，壳 体(2)的上方设有反应器出水口(10-4)及反应器出气口(10-3);
所述壳体(2)内设有上下两层绝缘网(11)、位于绝缘网(11)两侧的放电管 (12)和位于底层绝缘网下方的曝气装置(13)，所述绝缘网(11)与放电管(12)围成 的区域内设有多个负载催化剂的石英小球(14)，所述放电管(12)外环绕有谐振腔 (6-4)，所述谐振腔(6-4)通过功率调配器(6-3)连接有波导管(6-2)，所述 波导管(6-2)的另一端与微波源(6-1)相连接;
所述光谱检测器(9)与数据采集及控制单元(7)的输入端相连接，所述数据 采集及控制单元(7)的输出端连接泵组件、阀门组件、微波源(6-1)、水下密集 气泡流体产生装置的驱动器，所述泵组件及阀门组件在数据采集及控制单元(7) 的控制下，实现水处理通道的选择和气体的循环。
2.根据权利要求1所述的水下密集气泡微波放电水处理反应器，其特征在 于，所述反应器出水口(10-4)安装有气液分离器(15);所述阀门组件包括设置在 干净水源出水管上的第一阀门(5-1)、设置在储水箱出水管上的第二阀门(5-2)、 设置在进气管道上的第三阀门(5-3)、设置在储水箱进水管上的第四阀门(5-4) 和设置在单次处理水出水管上的第五阀门(5-5);所述泵组件包括气泵(4-2) 和液压泵(4-1);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(10-2)相连接，所述液压泵(4-1)安装在反应器进水口(10-2)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(10-1)相连接，另一端与反应器出 气口(10-3)及气液分离器出气口相连接，所述气泵(4-2)安装在反应器进气口 (10-1)处。
3.根据权利要求1所述的水下密集气泡微波放电水处理反应器，其特征在 于，所述绝缘网(11)的板厚为1.5-3.0mm，绝缘网(11)上均匀分布有多个孔洞 (11-1)，每个孔洞(11-1)的孔径为0.5-2.5mm，相邻两个孔洞(11-1)中心间距 为1.0-6.0mm，板厚1.5-3.0mm。
4.根据权利要求1所述的水下密集气泡微波放电水处理反应器，其特征在 于，所述放电管(12)采用的是聚四氟乙烯、高密度聚丙烯、陶瓷或者石英。
5.根据权利要求1所述的水下密集气泡微波放电水处理反应器，其特征在 于，所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。
6.根据权利要求5所述的水下密集气泡微波放电水处理反应器，其特征在 于，所述超声空化装置包括超声电源(8-1a)和安装在壳体(2)底部的超声换 能器(8-2a)，所述超声换能器(8-2a)与超声电源(8-1a)相连接，所述超声电源 (8-1a)与数据采集及控制单元(7)相连接。
7.根据权利要求1所述的水下密集气泡微波放电水处理反应器，其特征在 于，所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。
8.根据权利要求7所述的水下密集气泡微波放电水处理反应器，其特征在 于，所述机械搅拌装置包括设置在壳体(2)底部的调速电机(8-2b)、设置在壳 体(2)内的搅拌器(8-3b)和与调速电机(8-2b)输入端相连接用于控制调速电机 (8-2b)的调速驱动器(8-1b)，所述调速电机(8-2b)的转轴穿过壳体(2)与搅拌 器(8-3b)相连接，所述调速驱动器(8-1b)与数据采集及控制单元(7)相连接。
9.根据权利要求1所述的水下密集气泡微波放电水处理反应器，其特征在 于，所述光谱检测器(9)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(2)内部。
10.根据权利要求1所述的水下密集气泡微波放电水处理反应器，其特征在 于，所述壳体(2)的两侧设有绝缘筒(16)，所述底座(1)和绝缘筒(16)采 用的是聚四氟乙烯板材制作。
说明书
水下密集气泡微波放电水处理反应器
技术领域
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
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
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。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
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、泵组件、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泵组件、阀门组 件、微波源、水下密集气泡流体产生装置的驱动器，所述泵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。
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;所述泵组件包括气泵和液压泵;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，所述液压泵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，所述气泵安装在反应器进气口处。
上述绝缘网的板厚为1.5-3.0mm，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1.5-3.0mm。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。