CN101085683B - 电化法水处理系统的电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电化法水处理系统的电源装置，该装置包括：一个主电源电路，用于产生整个电源装置2～110V、20～200Hz的钟形波可调对外工作电流；一个内部稳压调控电路电源，用于产生至少一组内部工作直流稳压电源，给内部电路工作提供稳压电源；一个交流信号源，用于产生30Hz～150Hz的可调交流信号；一个高频方波信号源，用于通过产生7KHz～900KHz、占空比1％～99％的可调方波信号，对输入的交流信号源的交流信号进行调制，输出扫频信号；一个驱动电路，用于对高频方波信号源的扫频输出进行放大；一个输出电路，用于将主电源电路的钟形波对外工作电流通过驱动电路的输出调制后作为整个电源装置的对外输出。

Description

电化法水处理系统的电源装置

技术领域

本发明涉及一种电化法水处理系统的电源装置，属于水处理技术领域。

背景技术

现有的电致水处理装置有：1、电絮凝装置：属于电解装置，用低压大电流直流电在电解槽内将正极铝板电解产生氢氧化铝。2、电气浮装置：用难以被电解腐蚀的材料做电极，电解产生大量气泡。3、电子改水仪：用频率固定的方波，有时利用扫频技术，产生电子振荡，用简单的线圈将能量场输入到水体。4、乌克兰的一项技术是利用辅助电极尖端放电的大功率振荡电路产生谐波振荡电流源，利用普通电化学电极将电能输入到水体中。由于这种电能在水中均匀传输的效率很低，因此向被处理水中投加金属屑，增加电能在水体内部的传导。5、等离子体放电技术的水处理：依靠高压放电将高电能输入水体中的处理方式。关键问题是电能在水体中作用极不均匀。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的任务是提供一种电化法水处理系统的电源装置，与电极结合，利用不纯净水的导电特性，将特殊的电能均匀快速的输送到水体内部，产生电子改水、电气浮、电化学净水作用，同时实现常温除菌。

为完成上述任务，本发明的技术方案是：一种电化法水处理系统的电源装置，该装置包括：

一个主电源电路，用于产生整个电源装置对外输出的2～110V电压可调，20～200Hz的钟形波可调脉冲直流电流源；

一个内部调控电路电源，用于产生至少一组内部工作所需精密直流稳压电源，给内部电路工作提供稳定的电压；

一个交流信号源，产生30Hz～150Hz的可调交变信号，用以产生扫频信号；

一个高频方波信号源，用于通过产生7KHz～900KHz、占空比1％～99％的可调方波信号，对输入的交流信号源的交流信号进行调制，并输出扫频的高频信号；

一个驱动电路，用于对高频方波信号源的扫频输出进行放大；

一个输出电路，用于将主电源电路的钟形波对外工作电流通过驱动电路的输出调制后作为整个电源装置的对外功率输出。

所述的主电源电路由工频变压器和全桥整流桥构成，或用可调压，可调输出波形的高频开关电源技术制成。

所述的内部稳压调控电路电源为具有至少一路输出的多路对称输出精密稳压电源。

所述的高频方波信号源为频率和占空比分别独立可大范围调整的振荡器。

所述的输出电路，用于将主电源电路的钟形波对外工作电流通过一个功率放大器由驱动电路的输出进行调制。

所述的驱动电路为高频、整形、功率放大电路。

本电化水处理装置的电源设计与现代电化学研究装置的电源设计相比在机理上较要复杂得多，电化学工作站系统的电源，是可以输出小功率、中频以下范围、可调占空比的方波脉冲直流电压源，本项目电源则是大功率、宽频带、大范围可调占空比、自动扫频、钟形波调制方波的中频至高频的复杂脉冲直流电流源。

本电源装置与电极结合对水进行处理，可以同时快速产生以下有益效果：

1.分离悬浮物

电化水处理装置分离水中悬浮物的因素有多种：

1.1电离作用

在电离作用下，水体中的复杂电化学反应产生大量超氧化物自由基，同时还有大量被激元素产生，使得水体中的多种化学反应迅速启动和进行，甚至许多常态下不会发生的化学反应也能快速完成。这将导致被处理水的化学活性大大增加，使难处理废水得到净化，同时对水中生物也会产生强烈的干扰作用，电化学杀菌、生物生长被激励等等现象都将发生。

1.2电子的轰击

在电流的强烈冲击下，极性分子的排列发生变化，粒子荷电，离子电性改变，造成水体之中的水合分子团减少，水分子团和其他杂质分子团分离，达到深度的水体净化。同时，水分子排布发生变化，引起水的物理性状发生变化，比如黏滞系数减小，渗透力增加，热传导加快等等。外加高能量电子的轰击，破坏了原有物质成分，产生新的粒子，这一结果将改变原有化合态，并使新生成的分子团容易因范德华引力迅速凝聚。

1.3激发溶液共振

在特殊脉冲电流激励下，各种尺度的粒子都发生谐振，一些结构被打碎，一些结构被合并，同质凝聚和异质凝聚同时发生，大分子团破碎，环状结构开裂，水体化学成份的结构简单化，甚至产生新的悬浮物，污水得到深度净化。

1.4电化学反应

电化学反应中溶液和电极都有变化，电极金属离子析出，产生两种作用，一是与溶液中电解质迅速反应生成盐类，二是直接和电解水所产生的氢氧根化合成絮凝剂，帮助悬浮物迅速聚集和沉淀。溶液中的离子迁移如果十分剧烈，一部分来不及到达电极即完成了化学反应，产生新的化合物和沉淀。

1.5电气浮

剧烈的震荡和电解作用，以及其它反应产生于水中的微小气泡的上浮逸出，造成气浮作用，将水中细小悬浮物带到水面上。

由于以上几种作用同时发生，电化水处理装置可以深度净化水质，彻底分离水中悬浮物。

2.常温除菌

电化水处理装置的除菌机理有以下四点：

2.1使细菌触电

细菌与其它生物一样，存在有生物敏感电流频率，就象人对50Hz的电流最敏感一样，只要频率合适，很小的电流即可置细菌于死地。

2.2凝聚除菌

细菌体都带有电荷，在电场力作用下，会发生凝聚现象。电化水处理装置造成很强的局部电场，可以把细菌凝聚起来，与水体分离。

2.3臭氧杀菌

特殊的电能和高效率的电极在水中产生臭氧，当水体离开处理装置之后，留在水中的臭氧继续起着杀菌作用。

2.4破坏细菌生存条件

经过处理的水渗透力强，溶解力强，单细胞生物的细胞壁对这种水不能适应，极易造成微生物肌体“失水”或“水肿”，所以水体中间的细菌无法生存，水体被细菌再污染的机会大大减少。

2.5金属离子杀菌

高效率的电化学效应使进入水体的电极金属离子具有更强的杀菌能力。

这些机理的综合作用使电化水处理装置具有优异的除菌能力。

3.改变水质

电化水处理装置把天然水当作原料，经过加工再使用，由于以下因素使水得到深度改性：

3.1增加水的液体性状

浸润、溶解、蒸发等现象由于水中短链状结构的增加而得到加强，水的渗透能力明显提高，水分子对外界环境反应敏感，充分体现了水的液体性状。(仍然得以保存的水合分子以更加稳固的小分子团存在着。)

3.2水体内部结构简单化

大量环状结构的开裂和水分子的有序排列，使水体内部杂质析出，留在液体内部的离子数量明显减少。水合分子团被电场极化而有序排列，动电电势减小，结构更加稳定。

3.3更容易进一步处理

由于短链状结构化学活泼性高，处理后的水更容易实现进一步的化学反应，得到要求更高的水。由于局部电场和电流的激励作用，许多元素处于被激状态，它们在离开处理条件之后还会因返回基态而继续发生着变化，当溶液的稳定条件因此发生变化，引起溶质析出时，生成的结构体也不同于常态。另外，大分子链的分解破碎，使微生物容易进一步分解水中化合物，溶液的后续生物处理速度会因此提高。

以上作用同时发生，使该装置成为能力很强的水处理电源装置。

附图说明

图1为本发明的原理方框图；

图2为主电源电路的方框原理图；

图3为内部稳压调控电路电源的方框原理图；

图4为交流信号源的方框原理图；

图5为高频方波信号源的方框原理图；

图6为驱动电路的方框原理图；

图7为输出电路的方框原理图；

图8为一种主电源电路的钟形波电路原理图；

图9为一种高频方波信号源的电路原理图；

图10为一种交流信号源的电路原理图；

图11为一种驱动电路的电路原理图；

图12为本发明一种简单的整体电路原理图；

图13为图12中各节点处的信号波形。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6、7所示为本电化法水处理系统的电源装置电路方框图，该装置包括：

一个主电源电路，用于产生整个电源装置2～110V、20～200Hz的钟形波可调对外工作电流I；一个内部稳压调控电路电源，用于产生至少一组内部工作直流稳压电源，给内部电路工作提供稳压电源U；一个交流信号源，用于产生30Hz～150Hz的可调交流信号i₁；一个高频方波信号源，用于通过产生7KHz～900KHz、占空比1％～99％的可调方波信号，对输入的交流信号源的交流信号进行调制，输出扫频信号i₂；一个驱动电路，用于对高频方波信号源的扫频输出i₂进行放大；一个输出电路，用于将主电源电路的钟形波对外工作电流I通过驱动电路的输出i₃调制后作为整个电源装置的对外输出。

主电源电路由工频变压器和全波整流桥构成如图12中所示，或用如图8所示的钟形波电路调制可调压高频开关电源的输出电压控制点制成。内部稳压调控电路电源由工频变压器和全波整流桥构成的稳压电路如图12中所示，或用如图3所示的为具有一路对称输出的多路输出精密稳压电源。交流信号源，如图12中所示，从内部电源变压器通过阻容电路耦合得到正弦波信号构成，或用如图10所示的正弦波信号发生器。高频方波信号源如图12中所示，或用如图9所示的方波振荡器。驱动电路如图12中所示，为一个由三极管组成的放大电路，或用如图11所示的放大整形电路。输出电路，如图7中所示，用于将主电源电路的钟形波对外工作电流I通过一个功率放大器由驱动电路的输出i₃进行调制。

图8与图10对比，可以说明主电源电路的钟形波的产生。图10是用一个运算放大器和微积分电路组成的正弦波发生器。图8是在图10的输出端用一个整流二极管得到半波整流输出，再用一个运放做反向器获得余弦波经另一二极管整流得到滞后半周期的半波，两个半波叠加得到钟形波。

图9中4046压控振荡器输出频率由输入端电压控制，如果在输入的直流电压上叠加一个低频脉动信号，输出频率高低值将按这个脉动信号的变化规律变化。这个压控振荡器输出的是占空比50％的方波，为了得到变化的占空比，后边用双D触发器做成高频振荡器，当调整其振荡频率为压控振荡器输出频率的整倍数时，受时钟端送入的压控振荡器信号控制，可以输出稳定方波，其占空比调整范围原则上可以做到1％～99％。

图11用高速六反向斯密特触发器对高频脉冲波形整形，严格对称的上拉和下拉使方波的上升沿和下降沿十分陡峭，为高频开关电路提供理想的工作条件，大大降低开关损耗。

图13中的图一主电源波形是图12中“图1主电源”虚线框电路产生的波形；图2内部调控电源是图12中“图2内部调控电源”虚线框电路产生的波形；图3受图4调制的波形对应图12中“图3主频信号源”虚线电路产生的波形；图4扫频信号源对应图12中“图4扫频信号源”虚线框电路产生的波形；图5输出的波形对应图12中“图5驱动电路”虚线框电路产生的波形；图6输出的波形对应于图12中“图6输出电路”虚线框电路产生的波形，即是整个电源最终某一极短时间内输出的波形。

可以看出，本电源装置是一个复杂的调制脉冲直流电流源，它以电压可调的直流电源为基础，同时满足以下条件：

不同的生物有不同的“生物敏感电流”，使微生物触电的脉冲电频率在高频范围的低端，为了使水体中的所有微生物都触电，采用了自动扫频技术。为了取得普适性除菌能力，电源的输出频率范围选择在7KHz-900KHz。

为了同时清除被处理水中各种微生物，需要实现速率可变的自动扫频功能。为此设计了一个30Hz-100Hz的正弦波讯号源，对电源主频压控振荡器的调频电压实施调制。

为提高电子冲量，还要击碎各种粒子，使用了脉宽调整和电压调整相结合的技术措施，以便在输出功率不变的前提下，以较高的电压和较小的占空比组合，击碎较小的粒子或较短的分子链；或是以较低的电压和较大的占空比组合，打碎较大的粒子或切断较长的大分子链。因此电源电压调整范围是2-110V，占空比调整范围是1％-99％。

为加强电震荡能力，使更多的粒子被激振，电源输出的直流脉冲上檐不是平坦的，而是钟形波，其频率在20Hz-200Hz范围内可调。

通过大量试验验证，本装置可以成功地应用于：

饮用水深度净化——不用化学品，低成本生产最适合生饮的“活性水”。

果蔬饮料生产——常温除菌，保证果汁纯天然口感和营养。

游泳池水循环净化——高标准低成本深度循环净水。

一般污水处理——占地面积只有常规处理设施的一半。

高浓度有机废水处理——提取有机物质，降低处理费用。

电化水处理装置可以发挥重要作用的领域有：

无土栽培——增加植株内自由水成份，促进营养吸收，缩短生长周期。

水产品工业化密集养殖——除菌、防病、增氧、净水。

Claims (6)

1.一种电化法水处理系统的电源装置，其特征在于，该装置包括：一个主电源电路，用于产生整个电源装置对外输出的2V～110V电压可调，20Hz～200Hz的钟形波可调脉冲直流电流源；

一个内部稳压调控电路电源，用于产生至少一组内部工作所需精密直流稳压电源，给内部电路工作提供稳定的电压；

一个交流信号源，产生30Hz～150Hz的可调交变信号，用以产生扫频信号；

一个高频方波信号源，用于通过产生7KHz～900KHz、占空比1％～99％的可调方波信号，对输入的交流信号源的交流信号进行调制，并输出扫频的高频信号；

一个驱动电路，用于对高频方波信号源的扫频输出进行放大；

一个输出电路，用于将主电源电路的钟形波对外工作电流通过驱动电路的输出调制后作为整个电源装置的对外功率输出；

其中，主电源电路的输出连入输出电路，内部稳压调控电路电源的输出与交流信号源、高频方波信号源、驱动电路、输出电路的电压输入连接，交流信号源的扫频信号与高频方波信号源的信号输入端连接，高频方波信号源的输出扫频的高频信号连入驱动电路的信号输入端，驱动电路的放大输出与输出电路的控制信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述的主电源电路由工频变压器和全桥整流桥构成，或用可调压可调输出波形的高频开关电源技术制成。

3.根根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述的内部稳压调控电路电源为具有至少一路输出的多路对称输出精密稳压电源。

4.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述的高频方波信号源为频率和占空比分别独立可大范围调整的振荡器。

5.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述的输出电路，用于将主电源电路的钟形波对外工作电流通过一个功率放大器由驱动电路的输出进行调制。

6.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述的驱动电路为高频、整形、功率放大电路。

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