层绝缘网11之间；调速电机8-2b安装 在反应器的底部，电机转轴透过反应器的不锈钢底板与搅拌叶片连接，搅拌叶片在调速电 机8-2b的带动下搅动反应器内的气液混合相流体，产生密集气泡；光学观测窗，采用一段 封闭的石英玻璃管，插入反应器内，石英玻璃管的底部紧贴放电区域，可将发光光谱仪的光 纤探头深入光学观测窗检测放电光谱；反应器的底座1和绝缘筒16使用聚四氟乙烯板材制 作；石英小球放置在放电管12内，放电管12外由微波谐振腔6-4环绕，放电管12使用聚四 氟乙烯、高密度聚丙烯、陶瓷或石英等不吸收或微量吸收微波的材料制作，为了便于观察， 放电管12使用石英玻璃制作；进水口和进气口位于反应器的下方，出气口和出水口位于反 应器的上方，与电机转轴连接的搅拌叶片位于曝气装置13的下方，气相和液相在搅拌叶片 的作用下形成含有密集气泡的气液两相流，在反应器内部自下而上流动，经放电和催化处 理后从反应器的上端出气口和出水口排出。
[0066] 为了在反应器内部获得均匀而密集的气泡，将调速搅拌器8_3b安装在放电反应 器底部，在搅拌叶片的上方安装具有曝气和阻拦石英小球功能的绝缘网11，搅拌器8-3b由 3-4个搅拌叶片均匀焊接在与电机转轴连接的转盘上，形成螺旋桨结构。旋转叶片的后边沿 带有突起，有助于搅拌叶片旋转时产生气液两相微湍流，在阻拦网板的联合作用下形成水 下密集气泡群，促进气液两相之间的相互扩散和流体传质。螺旋桨结构的旋转叶片工作时， 促进气液两相从反应器的底部向顶部流动，在放电区域获得处理。
[0067] (2)水处理单元结构
[0068] 使用叶片搅拌产生水下密集气泡的微波处理单元的工作原理如图11所示，数据 采集与控制单元与微波源6-1、调速电机8_2b和光谱检测器9连接。启动微波源6-1后，微 波通过波导管6-2和功率调配器6-3与反应器的谐振腔6-4相连接，调配器6-3的作用是 实现微波源6-1与微波谐振腔6-4之间的功率和负载匹配，提高谐振腔6-4从微波源6-1 获得的能量效率；调速驱动器8-lb与反应器底部的调速电机8-2b连接，阀门组件（VR1和 VR2-VR4)在数据采集与控制单元的控制下，实现水处理通道的选择，未经过处理的水从阀 门VRl进入，在液压栗4-1的输送下进入反应器，气体在气栗4-2的输送下从反应器的底部 进入，需要重复处理的水，经过反应器处理后的水通过气液分离器后，从阀门V4送入储水 箱3。需要单次处理的水，在经过气液分离器后不进入储水箱3,从阀门V5流出；水和气体 的流量，分别通过液体流量计FL和气体流量计FG获取；光探测器用于检测放电区域的放光 光谱，其特定波长的光谱相对强度数据由数据采集与控制单元获取，数据采集与控制单元 可以根据采集到的放电光谱强度，进一步调节微波源6-1的输出功率和电机转速，使放电 处于最佳的参数配置。
[0069] 气液分离器采用不锈钢材料制作，从反应器出水口 10-4流出的气液两相流从气 液分离器的气液入口进入，在气液分离室分离成气相和液相，液体水从出水口流出。气体从 顶部的出气口流出，并与反应器顶部出气口流出的气体汇聚后，通过阀门V3和气栗4-2组 成的通道进入反应器循环使用。
[0070] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
【主权项】
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（I)、安装在底座（I) 上的壳体（2)、储水箱（3)、栗组件、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⑵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)的输出端连接栗组件、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，所述栗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);所述栗组件包括气栗（4-2)和液压栗（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，所述液压栗（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，所述气栗（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)的孔径为〇? 5-2. 5mm，相邻两个孔洞（11-1)中心间距为L0-6. 0mm，板厚 L5-3.Omm04. 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-la)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-la)相连接，所述超声电源（8-la)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-lb)，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-lb)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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】C02F1/36, C02F1/30
【公开号】CN105174358
【申请号】
【发明人】陈秉岩, 甘育麒, 吴叶倩, 王剑坤, 费峻涛, 朱昌平, 高莹, 何湘, 高远, 单鸣雷, 姚澄
【申请人】河海大学常州校区
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月13日