[实用新型]二氧化钛薄膜催化协同脉冲等离子体处理废水的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及环境技术和水处理领域，尤其涉及一种TiO₂光催化与脉冲等离子体协同处理废水的装置。

技术背景

近年来，高压脉冲放电等离子体技术广泛应用于水处理技术，它是一种集高能电子、湿式氧化、化学氧化、光催化氧化于一体的耦合型高级氧化技术。在脉冲放电过程中能同时产生化学效应和物理效应，化学效应主要产生OH·、H·、O·等活性自由基以及O₂、H₂O₂、O₃等活性物质，物理效应主要形成紫外光、冲击波以及超声等。脉冲放电过程中紫外光瞬间产生很难完全利用，光化学作用对于污染物降解效果并不明显，目前有研究利用脉冲放电产生的紫外光，在反应器中加入TiO₂形成光催化，提高紫外光的利用，同时提高污染物的去除。

对于TiO₂协同催化多集中于粉末或颗粒状TiO₂，但这不利于TiO₂的回收再利用，或者将TiO₂固定在电极上进行放电，但多形成电晕放电，放电强度不大，紫外光产生量也不大，而形成火花放电则容易损坏TiO₂，削弱光催化的作用。很少有报道固定化TiO₂在多种放电形式下协同处理废水的研究。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种脉冲等离子体处理在多种放电形式下均能与TiO₂光催化协同，同时有利于TiO₂回收重复利用的废水处理装置。

一种TiO₂薄膜催化协同脉冲等离子体处理废水的装置，包括高压脉冲电源、高压脉冲放电绝缘筒和储水池，所述的高压脉冲放电绝缘筒顶端安装有带出气孔的盖板，所述的高压脉冲放电绝缘筒的侧壁上设有进水口和出水口，所述的进水口、出水口均与储水池连接。

所述的盖板中间设有可调节的筒顶螺杆，所述的筒顶螺杆的下端连接一水平板式电极。所述的高压脉冲放电绝缘筒的筒内壁固定有生长在金属钛(Ti)基质上的纳米管TiO₂薄膜，薄膜高度优选为10-50mm，Ti板基质厚度优选为0.3-1mm，基质上生长的TiO₂纳米管管径优选为50-100nm。

所述的高压脉冲放电绝缘筒的底部设有微孔曝气器和针状电极，所述的针状电极的下端与脉冲电源的正极连接，所述的筒顶螺杆的上端与脉冲电源的负极连接。

所述的高压脉冲电源的电压为10-50kV，频率为50-200Hz。

所述的高压脉冲放电绝缘筒的材料优选聚乙烯。

所述的针状电极和水平板式电极均为不锈钢电极，所述的水平板式电极位于水面以上。所述的针状电极与水平板式电极之间距离优选为10-50mm，可形成液下放电和液上放电。

作为一种优选，可在上述装置的基础上增加曝气室。所述的曝气室通过螺母与高压脉冲放电绝缘筒的底部相连接；所述的微孔曝气器和针状电极穿过曝气室顶部和高压脉冲放电绝缘筒的筒底，微孔曝气器和针状电极的上部位于高压脉冲放电绝缘筒内，下部位于曝气室内，通过微孔曝气器向高压脉冲放电绝缘筒曝气；所述的曝气室上设有进气口；所述的曝气室的进气口与曝气装置相连。所述的曝气装置包括流量计、阀门和气瓶，气瓶可用氮气、空气、氧气，所述的流量计与曝气室的进气口相连。

本实用新型装置中，储水池中的待处理废水通过水泵由进水口进入高压脉冲放电绝缘筒，再通过绝缘筒的出水口回到储水池，形成循环，使待处理废水在处理过程中混合均匀，确定针状电极与水平板式电极的间距，可以形成液下放电和液上放电，脉冲电源通过电极在高压脉冲放电绝缘筒里进行放电，改变输入电压或者电极距离能形成电晕、流柱、火花放电形式。放电过程中产生的OH·、H·、O·、O₂、H₂O₂、O₃、紫外光、冲击波以及超声等能对废水进行降解，特别是火花放电能产生大量的紫外光和活性物质，放电强度极大，形成强烈的冲击波，同时高压脉冲放电绝缘筒壁上的TiO₂薄膜能有效利用紫外光，形成光催化反应，促进废水的进一步降解。

作为优选方案，曝气装置将空气通入曝气室，再通过微孔曝气器向高压脉冲放电绝缘筒内通入气体，一方面能促进气体活性物质的产生，另一方面气体的扰动能促进气液传质，增强污染物的降解。

本实用新型的有益效果在于：