[发明专利]微波无极准分子灯处理废水的装置与灯的配气系统

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理的装置，特别是一种利用微波产生紫外光的无极准分子灯深度处理废水的装置、该装置的无电极灯的真空配气系统。

背景技术

近年来，关于废水深度治理方面的新技术已越来越多，如超声波、超临界流体、膜分离、等离子体和紫外光解等。紫外光解法反应条件温和、应用范围广、实用性强，被认为是一项很有发展前景的水处理技术，已受到越来越广泛地关注。目前光化学研究中一般用汞灯作为紫外辐射光源，辐射波长单一。且传统汞灯都是有电极的，导致了灯管寿命短、耗电量大、电极材料和发光物质选择范围小等一系列问题。普通光源存在的上述局限性极大地阻碍了光化学法在废水处理中的应用。

无极准分子紫外灯作为一种新型紫外光源，同普通紫外灯相比，无极紫外光源由于没有电极，不会产生由于电极氧化、损耗和封接密封问题引起的发黑现象，而且具有制造容易、价格低廉、能耗小、光强大和反应器简单等优点；可以克服传统紫外光源的局限性，发光物质选择范围广、寿命长。

根据放电模式的不同，无极灯主要有两种：一种是电激发无极灯，包括电容放电、感应放电和表面波放电三种放电形式；另一种是微波放电无极灯(Microwave DischargeElectrodeless Lamps，MDELs)，又称微波无极紫外灯。由于微波技术已经很成熟，产生紫外光相对比较容易，可以避免电激发产生紫外光时需高压脉冲电源和介质击穿问题。因此，MDELs占有更大优势，具有实现大功率和大规模工业化应用的可能，且在光催化氧化中微波可提高光催化效果。

微波无极灯工作原理是在石英、玻璃或其他材料形成的密闭壳体内填充可蒸发金属和稀有气体的混合物。稀有气体的作用是激发等离子体放电，当无极灯放置于微波场中，稀有气体被激发产生低压等离子体，通过等离子体放电产生热使可蒸发的金属变为蒸汽态，产生更多的等离子体，增大等离子压力，释放更多的能量，形成更高的发光效率。

准分子是对具有束缚的高能态(寿命为10^-6s～10^-7s)和排斥(弱束缚)的基态分子(寿命10^-13s)的统称，也被称为三体碰撞无辐射复合或原子碰撞态。准分子只能在某些特殊的气体放电条件下才能产生，如介质阻挡放电、高能电子束、α粒子、同步辐射、高频放电、微波放电、脉冲放电灯条件。放电时，原子被激发到高的电子能级，这些激发态原子与基态原子或分子碰撞产生一个分子并借助第三者转移部分能量使之从高的振动激发态驰豫到低的振动激发态，成为相对稳定的分子，同时发出相应波长的紫外辐射。

稀有气体双原子准分子是最简单的准分子，如He₂^*、Ne₂^*、Ar₂^*、Kr₂^*和Xe₂^*是通过激发态稀有气体的原子R^*与基态的原子R通过三体碰撞反应形成的；另一类比较重要的准分子是稀有气体-卤素准分子，如ArCl^*、KrCl^*、XeCl^*、ArF^*、XeF^*，主要是通过正电性的稀有气体离子、激发态与负电性的卤素离子通过三体碰撞复合反应生成的；卤素分子也能形成准分子，如F₂^*，Cl₂^*，Br₂^*，I₂^*；另外还有汞-卤素准分子，如HgCl^*、HgBr^*、HgI^*，以及稀有气体汞化合物准分子，如HgXe^*。准分子以激发态存在，并在几个纳秒时间内返回基态，并将激发态能量以UV光或VUV光的形式辐射出来。准分子返回基态时，发出相应波长的辐射，光谱范围可从50至600nm，对应光子能量25至2eV，基本满足了光化学反应所需的能量范围。