CN102050512B - 沿面放电等离子体液体杀菌消毒方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种沿面放电等离子体液体杀菌消毒方法，它是将低压交流电源与高压变压器连接，将所述高压变压器的两个输出端分别与第一高压电极和第二高压电极连接，将第一高压电极和第二高压电极置于待处理液体的液面的上方，使所述第一高压电极、第二高压电极与所述待处理液体的液面的距离＞0；接通低压交流电源，使得在第一高压电极与待处理液体的液面之间、第二高压电极与待处理液体的液面之间分别产生一段低温等离子体，对待处理液体进行杀菌消毒处理。本发明能快速高效地杀灭其中的细菌、病毒、藻类、寄生虫等微生物，实现液体的净化处理。
Description
技术领域
本发明涉及水处理及消毒灭菌技术领域。
背景技术
随着环境的不断恶化，由环境中微生物引起的疾病日益增多。为了解决环境卫生问题，诸多场合需要对液体进行消毒灭菌，如饮用水，液态食品，食品医药工业用水，工业废水，医院废水等等。目前液体消毒多以化学杀菌剂为主，存在化学物质残留和有害消毒副产物的问题，有时候还造成二次污染。
高电压放电低温等离子体，综合了自由基、臭氧、过氧化氢等强氧化化学效应和紫外线辐射、高强电磁场等物理效应，同时破坏细胞体和遗传物质DNA，高效的杀灭液体中的微生物，是目前新型的杀菌技术之一，另外由于其快速高效、并可同时处理多种污染物和无残留等优点受到广泛关注。
目前的高电压放电低温等离子体液体杀菌消毒方法，大都利用脉冲电源供电，存在价格昂贵，能量利用率偏低，脉冲开关的连续运行时间有限等问题。当两个放电电极都在液体中时，其电极易遭腐蚀，有时候还会释放一些电极成分到液体中，造成不必要的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速高效的低温等离子体液体消毒灭菌方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：该沿面放电等离子体液体杀菌消毒方法是：将低压交流电源与高压变压器连接，将所述高压变压器的两个输出端分别与第一高压电极和第二高压电极连接，将第一高压电极和第二高压电极置于待处理液体的液面的上方，使所述第一高压电极、第二高压电极与所述待处理液体的液面的距离＞0；接通低压交流电源，使得在第一高压电极与待处理液体的液面之间、第二高压电极与待处理液体的液面之间分别产生一段低温等离子体，对待处理液体进行杀菌消毒处理。
进一步地，本发明向所述待处理液体中通入气体和/或加入液相催化剂。
进一步地，本发明所述气体为空气、惰性气体、氧气等中的任一种或任几种的组合。
进一步地，本发明所述液相催化剂为纳米金、纳米银、碳纳米管、二氧化钛等中的任一种或任几种的组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的电源为交流电源，设备廉价易得，使用方便，并且第一电极和第二电极都离开待处理液体的液面，不与待处理液体接触，待处理液体也无需接地，完全避免了电极在液体中的腐蚀，产生的低温等离子体在数秒的短时间内能高效杀死液体中的微生物，易于连续处理和工业化放大应用。
附图说明
图1沿面放电等离子体液体消毒杀菌方法示意图。
其中，1.低压交流电源，2.高压变压器，3.第一高压电极，4.第二高压电极，5.待处理液体。
具体实施方式
如图1所示，本发明沿面放电等离子体液体杀菌消毒方法是将低压交流电源1与高压变压器2连接，高压变压器2的两个输出端分别与第一高压电极3和第二高压电极4连接，将第一高压电极3和第二高压电极4置于待处理液体的液面的上方，第一高压电极3与待处理液体5的液面的距离、以及第二高压电极4与待处理液体5的液面的距离均大于0。接通低压交流电源，使得在第一高压电极3与待处理液体5和第二高压电极4与待处理液体5的液面之间分别产生一段低温等离子体，对液体进行净化处理。
本发明可基于不同的操作电压，高压电极与待处理液体之间的不同距离，以及不同的交流电频率，在数秒到数分钟的短时间内就能有效杀灭液体中的微生物。可在待处理液体中鼓入气体和/或使用液相催化剂可提高杀菌效率。其中，气体催化剂可以是空气、惰性气体、氧气中的任一种或任几种的组合；液相催化剂可以是纳米金、纳米银、碳纳米管、二氧化钛等中的任一种或任几种的组合。通过调节等离子体功率、等离子体处理时间和液体的流速，可优化不同特性液体的净化处理。
以下以具体实施例进一步说明本发明的技术方案及其技术效果。
实施例1：
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用工频交流电(220V，50Hz)直接输入，高压变压器变比为30，使输出高电压为6.6KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为3mm。细菌初始浓度为104cfu/mL，静止处理2L水，处理时间为1min，结果显示，水中的细菌杀死率为99.1％。
实施例2：
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用工频交流电(220V，50Hz)直接输入，高压变压器变比为30，使输出高电压为6.6KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为3mm。液体流速为1L/min，细菌初始浓度为104cfu/mL，1L/min液体从电极下流过时，处理时间为30s，结果显示，水中的细菌杀死率为98.4％。
实施例3：
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用工频交流电(220V，50Hz)直接输入，高压变压器变比为40，使输出高电压为8.8KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为4mm。液体流速为2L/min，细菌初始浓度为105cfu/mL，2L/min液体从电极下流过时，同时在水中通入2L/min的空气，处理时间为30s，结果显示，水中的细菌杀死率为99.5％。
实施例4：
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用工频交流电(220V，50Hz)直接输入，高压变压器变比为50，使输出高电压为11KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为5mm。液体流速为3L/min，细菌初始浓度为104cfu/mL，3L/min水流从电极下流过，同时在水中通入4L/min的氧气，处理时间为20s，结果显示，水中的细菌杀死率为99.99％。
实施例5：
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用工频交流电(220V，50Hz)直接输入，高压变压器变比为60，使输出高电压为13.2KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为6mm。液体流速为3L/min，细菌初始浓度为104cfu/mL，3L/min水流从电极下流过，同时在水中通入2L/min的氦气，处理时间为20s，结果显示，水中的细菌杀死率为99.91％。
实施例6：
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用工频交流电(220V，50Hz)直接输入，高压变压器变比为70，使输出高电压为15.4KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为7mm。液体流速为4L/min，细菌初始浓度为104cfu/mL，4L/min水流从电极下流过，同时在水中通入2L/min的体积比为1比1的氦气与氧气的混合物，处理时间为10s，结果显示，水中的细菌杀死率为99.93％。
实施例7：
以水为待处理液体，以酿酒酵母为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用工频交流电(220V，50Hz)直接输入，高压变压器变比为80，使输出高电压为17.6KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为8mm。液体流速为4L/min，酿酒酵母初始浓度为104cfu/mL，4L/min水流从电极下流过时，电极下方加入固定化纳米金催化剂1g，处理时间为10s，结果显示，水中的细菌杀死率为99.99％。
实施例8：
以水为待处理液体，以酿酒酵母为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用工频交流电(220V，50Hz)直接输入，高压变压器变比为90，使输出高电压为19.8KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为9mm。液体流速为4L/min，酿酒酵母初始浓度为104cfu/mL，4L/min水流从电极下流过时，电极下方加入固定化纳米银催化剂1g，处理时间5s，结果显示，水中的细菌杀死率为99.99％。
实施例9：
以水为待处理液体，以芽孢杆菌为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用工频交流电(220V，50Hz)直接输入，高压变压器变比为100，使输出高电压为22KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为10mm。液体流速为4L/min，细菌初始浓度为105cfu/mL，5L/min水流从电极下流过时，电极下方加入固定化碳纳米管催化剂1g，处理时间为4s，结果显示，水中的细菌杀死率为99.99％。
实施例10：
以牛奶为待处理液体，以乳酸杆菌为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用工频交流电(220V，50Hz)直接输入，高压变压器变比为100，使输出高电压为22KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为10mm。液体流速为4L/min，细菌初始浓度为104cfu/mL，4L/min水流从电极下流过时，电极下方加入固定化二氧化钛催化剂1g，处理时间为4s，结果显示，水中的细菌杀死率为99.99％。
实施例11：
以海水为待处理液体，以小球藻为杀灭对象进行水体杀菌试验，用分光光度法和血球计数法检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用工频交流电(220V，50Hz)直接输入，高压变压器变比为100，使输出高电压为22KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为10mm。液体流速为2L/min，小球藻初始浓度为104个/mL，1L/min水流从电极下流过时，电极下方加入固定化二氧化钛和碳纳米管催化剂各0.5g，结果显示，水中的小球藻杀死率为99.98％。
实施例12：
以水为待处理液体，以金黄色葡萄球菌为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用工频交流电(220V，50Hz)直接输入，高压变压器变比为100，使输出高电压为22KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为10mm。液体流速为5L/min，细菌初始浓度为104cfu/mL，5L/min水流从电极下流过时，电极下方加入固定化二氧化钛催化剂1g，同时在水中通入2L/min的氧气，处理时间为5s，结果显示，水中的细菌杀死率为100％。
实施例13：
以水为待处理液体，以金黄色葡萄球菌为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用220V，60Hz，高压变压器变比为100，使输出高电压为22KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为10mm。液体流速为5L/min，细菌初始浓度为104cfu/mL，5L/min水流从电极下流过时，电极下方加入固定化二氧化钛催化剂1g，同时在水中通入2L/min的氧气，处理时间为5s，结果显示，水中的细菌杀死率为100％。
实施例14：
以水为待处理液体，以金黄色葡萄球菌为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用220V，60Hz，高压变压器变比为100，使输出高电压为22KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为10mm。液体流速为5L/min，细菌初始浓度为104cfu/mL，5L/min水流从电极下流过时，电极下方加入固定化二氧化钛催化剂1g，同时在水中通入2L/min的氧气，处理时间为3s，结果显示，水中的细菌杀死率为99.95％。
实施例15：
以水为待处理液体，以金黄色葡萄球菌为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。低压电源采用110V，50Hz，高压变压器变比为100，使输出高电压为11KV。第一高压电极和第二高压电极与水面距离都为5mm。液体流速为2L/min，细菌初始浓度为104cfu/mL，2L/min水流从电极下流过时，电极下方加入固定化二氧化钛催化剂1g，同时在水中通入2L/min的氧气，处理时间为10s，结果显示，水中的细菌杀死率为99.98％。
Claims (4)
1.一种沿面放电等离子体液体杀菌消毒方法，其特征在于：将低压交流电源与高压变压器连接，将所述高压变压器的两个输出端分别与第一高压电极和第二高压电极连接，将第一高压电极和第二高压电极置于待处理液体的液面的上方，使所述第一高压电极、第二高压电极与所述待处理液体的液面的距离＞0；接通低压交流电源，使得在第一高压电极与待处理液体的液面之间、第二高压电极与待处理液体的液面之间分别产生一段低温等离子体，对待处理液体进行杀菌消毒处理。
2.根据权利要求1所述的沿面放电等离子体液体杀菌消毒方法，其特征在于：向所述待处理液体中通入气体和/或加入液相催化剂。
3.根据权利要求2所述的沿面放电等离子体液体杀菌消毒方法，其特征在于：所述气体为空气、惰性气体、氧气中的任一种或任几种的组合。
4.根据权利要求2所述的沿面放电等离子体液体杀菌消毒方法，其特征在于：所述液相催化剂为纳米金、纳米银、碳纳米管、二氧化钛中的任一种或任几种的组合。
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