申请日2003.04.08
公开(公告)日2006.05.31
IPC分类号C02F1/46; C02F1/48
摘要
本发明属于低温等离子体的应用技术领域，尤其涉及一种水的放电低温等离子体高级氧化处理方法。本发明公开了一种双极性脉冲放电低温等离子体在线水处理方法。其特征是利用双极性脉冲高压电源供电，放电电极被介质覆盖，电极间隙充满了细小气泡和被处理的水组成的气液混合体。高强电场和气液混合体放电产生的低温等离子体直接作用于被处理的水。采用本发明公开的供、放电系统，增强了电极间电场，保护高压电极，延长了电极的寿命。实现更高效的水体杀菌，废水的脱色特别是催化降解难生物降解及持久性有机污染物质(POPs)的目的。
権利要求書
1、一种双极性脉冲放电水处理方法，利用双极性脉冲电源向覆盖有绝缘介 质的电极供电，增强电极间气液混合体上的电场，形成更多的微放电，其特征 在于：
a)供电电源采用双极性脉冲高压电源：峰值电压1～200kV，脉冲上升时间 30～300纳秒，脉冲重复频率1～200Hz;
b)放电反应器的电极表面被绝缘介质覆盖，在所述绝缘介质表面负载一层 具有催化活性的催化剂薄膜;
c)其特征还在于气液混合体在外电场的作用下放电;其中所述气体为空气、 氧气、氮气、氩气中的一种或几种;气体是经气体分散设备，分散成细小气泡 后散布在整个电极间隙的被处理的水中，或是气体和水经过气液混合设备形成 气液混合体直接进入到电极间隙。
2、根据权利要求1所述的双极性脉冲放电水处理方法，其特征还在于供电 电源是交流、中频或高频的双极性脉冲高压电源。
说明书
双极性脉冲放电水处理方法
技术领域
本发明属于低温等离子体的应用技术领域，尤其涉及一种水的放电低温等 离子体高级氧化处理方法。
背景技术
目前，对于水中难生物降解的有机污染物质和持久性有机污染物质，常规 的处理方法如物理化学方法处理效率低。由于化合物性质稳定，有的甚至限制 微生物的生长，因此生物方法也很难发挥作用。
新发展起来的高级氧化技术如芬顿(Fenton)试剂方法虽然处理效率高， 但为创造芬顿反应而提供的试剂非常昂贵。臭氧及其组合臭氧氧化方法，因臭 氧发生器价格昂贵，且臭氧的发生效率低，能耗较大，放电过程中能量没有被 充分利用。光催化方法设备简单，操作方便，但其光量子效率低，对光波的要 求高。
电子束方法产生电子束的设备体积庞大，电子束的产生和加速设备复杂， 设备及运行费用高。
气体放电低温等离子体化学方法水处理是近年来才发展起来的一种技术。 常用的放电等离子体方法水处理反应器的电极结构有溶液中的点(针)—板、 线—板结构形式及液面上放电形式。点(针)—板型电极结构的反应器中作为 高压电极的点(针)存在严重的腐蚀问题，文献《Physics of Plasma》2001，8 (5)“Pulse electrical discharges in water and their applications”报道对于针尖半 径为R～0.05mm的针电极，平均功率为100W时，电极的平均寿命仅为10～20 分钟，同时单针(或点)在反应器中占有的体积小，受处理液体体积少。液面 上放电形式的反应器存在着短寿命自由基透过气层向液面扩散迁移以及活性物 种由液面表层向深层的传质问题，从而限制了受处理的水仅为表层液体，使得 放电水处理方法的优势难以发挥。
放电过程中的活性物种(如高能电子，OH等自由基及臭氧，过氧化氢等) 的产生量对于水处理效果有重要的影响。高能电子直接影响这些物种的产生效 率。和直流相比，单极性脉冲供电利于电子的加速，而不加速离子等重粒子， 处理效果有一定的提高。大连理工大学硕士学位论文(2001，3)“高压放电等 离子体水处理研究”报道了电极间距为30mm，放电单极性脉冲电压25KV，处 理30min后，靛蓝二磺酸钠溶液的脱色率达到80%，处理效果不理想。
电极上覆盖有绝缘介质的DBD放电用于气态污染物质的治理如降解 VOCs、产生臭氧等方面研究较多。用单极性脉冲电源对该形式的放电反应器供 电，由于介质的存在，介质上积累的电荷难以泄放掉而形成拖尾，不利于放电 的处理。此现象在用于液态污染物质的处理时更为明显。
双极性脉冲用于臭氧的发生，使得放电兼有电晕放电和DBD放电的优点， 可以提高放电的中的微放电的强度，增加臭氧的产量，但是将双极性脉冲电源 用于在线气液混合体放电水处理，还未见有报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用双极性脉冲电源向覆盖有绝缘介质的电极供 电，增强电极间的电场，形成更多的微放电，产生更多的活性物种，实现更高 效的水体杀菌，废水的脱色特别是催化降解难生物降解及持久性有机污染物质 (POPs)的方法，解决现有的放电等离子体水处理效率低，作用不明显的问题。
本发明的技术方案是在利用双极性脉冲电源对电极上覆盖有绝缘介质的板 —板、点(针)—板、线—板、线(柱)—筒结构形式的放电反应器供电。
该方法依据电晕放电、流注放电和介质阻挡放电的原理，设计的放电反应 处理系统由双极性脉冲电源和有介质阻挡的放电电极系统包括高压放电电极以 及低压地电极构成。反应器的高压电极和/或地电极表面覆盖玻璃、陶瓷等绝缘 介质。空气、氧气、氮气、氩气中的一种或几种经气体分布板、微孔曝气头、 曝气软管等气体分散设备，分散成细小气泡后散布在整个电极间隙的被处理的 水和废水中，也可以是气体和被处理的水经气液混合设备如气液混合泵等形成 气液混合体直接进入到电极间隙。气液混合体在外电场的作用下放电，产生低 温等离子体。放电等离子体通道中富含有强氧化性的活性物种如羟基自由基、 臭氧、过氧化氢等，以及水合电子(eap-);同时，放电通道发展过程中发射出 具有催化作用的紫外光、冲击波等。这些物质和效应及电场直接作用于被处理 的水，实现了在线的气液混合体放电水处理，提高了放电反应器的处理效率。
同时，供电电源还可以是交流、中频、高频的高压电源，还可以在放电反 应器的裸露于水中的电极和/或绝缘介质表面上负载具有光催化活性和/或电催 化活性的催化剂薄膜，充分利用电极和电场和放电的作用，以进一步增强对水 处理的效果。
视实际水量及处理要求，上述的多个反应器可以多级串联或并联操作，达 到实际需要的目的。
本发明的效果和益处是：
1、应用双极性脉冲电源，结合气液混合环境的创造，提高了放电的强度， 从而大大提高了放电等离子体中活性物种的产生效率，增强了水处理效果。
2、电极上的绝缘介质，增强了电极间电场，同时保护高压电极，延长了电 极的寿命。
3、气液混合体的放电，使得放电过程中产生的活性物种和效应及电场直接 作用于被处理的水，实现了在线放电处理，提高了放电反应器的处理效率，实 现更高效的水体杀菌，废水的脱色特别是催化降解难生物降解及持久性有机污 染物质(POPs)的目的。
4、电极材料上负载的催化剂等活性物质，充分利用了电场和放电产生的紫 外光等，使得放电作用和催化作用加以集成协同，提高了水处理的效果。