新型介質(zhì)阻擋放電技術(shù)凈水裝置的表面覆流系統(tǒng)

郭映江 陳毅豪

(西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西 楊凌 712100)

0 前言

我國飲用水水質(zhì)不容樂觀，在作為飲用水源的水體中，細菌超過衛(wèi)生標準的約占75%，飲用水受到有機污染的人口約占總?cè)丝诘?1.4%。目前市面上主流的RO凈水器存在價格昂貴、需要定期更換濾芯、耗電大且易產(chǎn)生廢水等缺點?，F(xiàn)有新型凈水設(shè)備采用介質(zhì)阻擋放電技術(shù)為核心，與PP棉和活性炭聯(lián)用，用PP棉過濾掉泥沙鐵屑等大顆粒物質(zhì)，接著通過介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器將水中的細菌病毒、藻類有機污染物等去除，最后由活性炭將微量重金屬離子除去并且改善口感，通過以上3個環(huán)節(jié)達到凈化水質(zhì)的效果。

在現(xiàn)有利用介質(zhì)阻擋放電技術(shù)凈水裝置中，需要一種能夠形成均勻水膜的裝置，以便水膜經(jīng)過高壓電場能夠被均勻凈化?，F(xiàn)階段實驗室與產(chǎn)品中多應(yīng)用類平板裝置，這種裝置占地面積大，邊界處水膜成型效果不佳。本文描述了一種新型介質(zhì)阻擋放電技術(shù)凈水裝置的表面覆流系統(tǒng)，有效避免平板類裝置缺點。

1 系統(tǒng)組成

本裝置主要由以下部件組成：分流帽、陶瓷管、石英管、隔離座、水箱。

從上至下依次為：1分流帽，2陶瓷管，3石英管，4隔離座，5水箱。其中分流帽為錐形特殊結(jié)構(gòu)，與陶瓷管粘接，粘結(jié)處經(jīng)打磨處理；陶瓷管與石英管同軸嵌套在無害化塑料制隔離座上，保持一定同軸度，使得陶瓷管與石英管間隙均勻，以便介質(zhì)放電均勻；水箱吊裝至隔離座下方。其中關(guān)鍵部件為分流帽與隔離座?？傮w裝配如圖1所示。

2 系統(tǒng)原理及具體工作方法

本裝置原理：

石英管接陰極，陶瓷管接陽極，通電。用軟管引入待凈化水，待凈化水經(jīng)過分流帽在陶瓷管壁上形成均勻水膜，經(jīng)過陶瓷管與石英管間電場作用流入分流座，得到凈化水流入水箱，之后進入下一凈化系統(tǒng)或結(jié)束。

具體工作方法：

首先，將陽極導(dǎo)線通過隔離座預(yù)留小孔穿入陶瓷管內(nèi)部并與內(nèi)壁粘接，陰極導(dǎo)線貼于石英管外壁，使得兩管中間區(qū)域形成以空氣為介質(zhì)的電場。

其次，待凈化水首先由軟管通入分流帽部分，分流帽頂端的特殊結(jié)構(gòu)能使水流四散開來，達到分流目的，分散的水流經(jīng)過分流帽得到減速，從而形成分散的水膜。之后水膜沿著陶瓷管壁流下，在此期間經(jīng)過電場，充分凈化，得到已凈化水。

圖3

最后，已凈化水首先流入隔離座，再經(jīng)隔離座半環(huán)形孔進入水箱。

3 主要部件及其作用

3.1 分流帽

圖4

分流帽分為上下2部分。上部如圖2所示，分內(nèi)外2層，外層與進水軟管相通，內(nèi)層由十字擋塊擋開水流，使其分散。下半部分為鈍角錐形，表面有環(huán)狀紋理，有減緩水流，使水膜均勻的作用。分流帽上下2部分剖面圖如圖3所示。

3.2 隔離座

隔離座有隔離水電，固定其他部件的作用，如圖4所示?？傮w來看是圓餅狀，由內(nèi)到外分為3個環(huán)狀部分，最內(nèi)圈與陶瓷管嵌套，固定陶瓷管，內(nèi)有預(yù)留孔接線；中間層為過渡區(qū)，有半環(huán)形孔道，使得已凈化水流入水箱；第3層與石英管嵌套，外接陰極導(dǎo)線。

4 介質(zhì)阻擋放電技術(shù)凈水優(yōu)勢

介質(zhì)阻擋放電技術(shù)是一種集光、電、化學(xué)效應(yīng)為一體的高級氧化技術(shù)，具有除去污染雜質(zhì)高效快速，反應(yīng)器靈活多變、操作簡單，電極不易腐蝕，使用壽命長，在常溫常壓下便可運行，作用條件溫和，無需添加外源物質(zhì)便可運行，處理過程中絕大多數(shù)有機污染物被降解為二氧化碳和水，活性物質(zhì)壽命短無后續(xù)危害等特性。由于其具有的優(yōu)勢特性，近些年來得到了廣泛的關(guān)注。

在水污染治理方面，放電等離子體技術(shù)被認為是最具發(fā)展?jié)摿Φ乃幚砑夹g(shù)之一，介質(zhì)阻擋放電技術(shù)屬于放電等離子體技術(shù)。其處理水中污染雜質(zhì)的機理為：在放電過程中產(chǎn)生羥基自由基、超氧陰離子自由基、過氧化氫、臭氧紫外輻射等。紫外輻射具有殺菌消毒的作用，這些高能電子，氧化活性物質(zhì)將有機污染物、細菌、病毒、藻類等降解為二氧化碳、水或者礦物鹽。研究表明羥基自由基在介質(zhì)阻擋放電技術(shù)除去水中污染雜質(zhì)的過程中起主導(dǎo)作用。羥基自由基可以和水中存在的幾乎所有的污染物發(fā)生氧化反應(yīng)而使之分解，直至徹底氧化為二氧化碳、水和其他無機物。與膜過濾和材料吸附這些只是將污染雜質(zhì)截留到材料表面的處理方式相比，介質(zhì)阻擋放電技術(shù)確實做到了將水中的污染雜質(zhì)降解除去，這是一項環(huán)境友好型綠色技術(shù)，從長遠來看，對環(huán)境污染的治理有著積極正面的影響。

介質(zhì)阻擋放電技術(shù)能夠高效降解有機污染物，在水處理方面已經(jīng)得到了應(yīng)用。但目前由于能耗較大等原因使其應(yīng)用受到了一定的限制。相信隨著對高級氧化技術(shù)的不斷深入研究，未來介質(zhì)阻擋放電技術(shù)將在水處理領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用。

5 結(jié)語

目前介質(zhì)阻擋放電技術(shù)凈水裝置的表面覆流系統(tǒng)仍處于實驗室階段，應(yīng)用較少。本文介紹的新型表面覆流系統(tǒng)能實現(xiàn)均勻水膜的目的，使得凈水效率大大提高，還能做到隔離水電，安全性更強，占用空間集約，有效克服平板狀系統(tǒng)的缺點。