CN103466748B - 一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，属于放电等离子体化学应用技术领域，该装置包括氧等离子体反应模块组合系统、冷却水循环系统和分区激励电源三部分，通过将模块化的氧等离子体反应模块的气体通路和冷却水通路根据净水工艺的需求进行合理的串联和并联组合，同时采用分区激励供电技术，大幅度提高了活性氧粒子的浓度和产量，最高活性氧粒子的浓度可达200g/m3以上（以氧计），活性氧粒子的单机产量超过2kg/h，有效地解决了常规活性氧粒子发生装置在高浓度下难以获得高产量的难题，并可实现活性氧粒子的分路输出，增加了使用的灵活性、机动性和方便性，进而为净水厂饮用水净化工艺的改善提供了新技术装置。
Description
技术领域
本发明属于放电等离子体化学应用技术领域，涉及一种净水厂饮用水安全保障技术装置，尤其是一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置。
背景技术
水是人类赖以生存和发展的基本物质。然而，随着我国工业的快速发展和城市化进程的加速，产生了大量的工业和生活污水，这些污水大部分被直接排放到受纳水体中，致使82%的水域和93%的城市饮用水源被污染，其中含有的致癌、致畸、致突变物质已经严重地危害到了人们的身体健康。水，已成为当前人们疾病发生和传播的重要媒介。据统计，人体所得的各种疾病，80%与水有关，仅我国通过饮用水发生和传播的疾病目前就已经超过50余种。
从目前来看，饮用水水源污染物主要包括有机污染物（如三卤甲烷）、重金属污染物（如锌、镍、铜、铬、镉）、氨氮和藻类等等。其中，三卤甲烷是饮用水中最普遍存在的有机化合物，是最主要的致癌、致畸、致突变物质，饮用水中的三卤甲烷主要来自净水厂的氯法消毒工艺；重金属污染物主要来自城市污水和工业企业排放的废水；氨氮主要来自城市污水和农耕过程中使用的化学肥料；藻类的繁殖和蔓延源于受污染的水源水体富营养化物质增加，结果导致水源水体浊度和色度增高，嗅味浓重，而且藻类死亡还可能产生藻毒素，是近年来影响水源水质恶化的重要因素。
2012年7月1日新的国家《生活饮用水卫生标准》（GB5479-2006）开始强制执行，新标准中的饮用水水质指标由原标准的35项增至106项，增加了共71项，新标准对饮用水中的有机物、微生物和水质消毒等方面提出了异常严格的要求。然而，与新国家《生活饮用水卫生标准》（GB5479-2006）要求不相适应的是中国目前95％以上的净水厂仍采用传统的“混凝—沉淀—过滤—消毒”的传统净化工艺，这种工艺只能对浓度不高的悬浮颗粒物、细菌和微生物起作用，对高浓度藻类、氨氮和有机污染物等无能为力，加之以氯作为消毒剂容易产生致癌物三氯甲烷，饮用水出水水质难以达到新标准要求。加大传统净水工艺中氯消毒剂的投加量可以在一定程度上杀灭藻类、细菌和去除少量有机物，但会导致三氯甲烷消毒副产物和藻毒素浓度的增加，降低了饮用水出水水质。水源污染物的不断增加以及人们对水源水质要求的提高使我国净水厂的水处理工艺承受着前所未有的压力和挑战，发展饮用水安全保障技术对提高我国城乡居民生存质量和可持续发展越来越重要。
近年来，高级氧化技术在饮用水净水工艺中的应用研究取得了显著进展，高级氧化技术的核心是羟自由基（·OH）的高效制备。羟自由基属强氧化剂，氧化电位高达2.8V，仅次于氟，具有广谱致死特性，反应速度极快，在数秒内即可完成整个生化反应过程。因此，羟自由基可快速高效去除饮用水中的致嗅物质和有机污染物，脱色，致死藻类和病原微生物等，降低三氯甲烷的产生，剩余的羟自由基可分解成O2和H2O，无任何有害残留物，在饮用水净水工艺中具有非常广阔的应用前景。
然而，在饮用水净水工艺中应用高级氧化技术必需使用大量的活性氧粒子（如O3、1O2、O、、HO· 2、H2O2等等），常规的活性氧粒子发生装置多采用的是同轴式介质阻挡放电结构，体积大，成本高，只能在数百Hz以下的低频激励下进行放电等离子体化学反应，因此产生的活性氧粒子浓度低，产量小，难以满足饮用水高级氧化技术的需求。大连海事大学近期发明了一种分区激励式大气压非平衡等离子体发生装置（专利号ZL201110278484.2），该装置由一台低压高频逆变电源提供激励能量，再利用小型高频高压变压器将激励能量分配到各个独立的大气压平板式介质阻挡放电反应器，因此有效提高了大气压非平衡等离子体发生装置的固有谐振频率，优化了非平衡等离子体发生单元的放电性能，为解决常规活性氧粒子发生装置存在的问题奠定了良好的技术基础。但该装置将小型高频高压变压器安装在大气压平板式介质阻挡放电反应器上既增加了大气压平板式介质阻挡放电反应器的结构难度，又增大了占用空间，限制了大气压非平衡等离子体发生阵列的组成容量，同时，大气压平板式介质阻挡放电反应器外表面结露还会降低小型高频高压变压器的绝缘性能；另一方面，该装置中大气压非平衡等离子体发生阵列的构成仅是将大气压非平衡等离子体发生单元模块的冷却水入口、冷却水出口、原料气体入口、反应气体出口并联连接，虽然能提高活性氧粒子的产量，但无法进一步提高活性氧粒子的浓度，且缺少大气压非平衡等离子体发生单元模块气体通路和冷却水通路的独立控制，降低了系统的可靠性。
本发明在前期工作的基础上，充分考虑净水厂饮用水高级氧化技术应用的需求，通过将模块化的氧等离子体反应单元模块的气体通路和冷却水通路根据净水工艺要求进行合理的串联和并联组合，同时采用分区激励供电技术，大幅度地提高了活性氧粒子的浓度和产量，有效地解决了常规活性氧粒子发生装置在高浓度下难以获得高产量的难题，并可实现活性氧粒子的分路输出，进而为净水厂饮用水净化工艺的改善提供了新技术装置。
发明内容
本发明克服了现有净水厂饮用水安全保障技术装置的不足，提供一种饮用水高级氧化技术装置，尤其是一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置。
本发明的技术方案是：
一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，该装置由氧等离子体反应模块组合系统、冷却水循环系统和分区激励电源三部分组成。其中，氧等离子体反应模块组合系统是活性氧粒子发生的核心，由分区激励电源为氧等离子体反应模块组合系统中的各个氧等离子体反应模块分配激励能量，由冷却水循环系统控制氧等离子体反应模块组合系统中的各个氧等离子体反应模块的氧等离子体化学反应温度。除冷却水循环系统中的冷却水循环控制装置外，模块组合式活性氧粒子发生装置的所有组件均安装在同一箱体内。其中，分区激励电源中的部分组件动力电接入端子、功率变换控制组件、功率输出汇流母线、小型高频高压变压器、功率继电器和电流传感器等安装在箱体的左侧；氧等离子体反应模块组合系统及冷却水循环系统中的部分组件氧等离子体反应模块、入口电磁阀、气体分流管路、原料气输入调节阀、气态产物输出调节阀、气态产物汇流管路、出口电磁阀、冷却水分流管路、冷却水汇流管路等安装在箱体的右侧；氧等离子体反应模块组合系统及分区激励电源中的部分组件压力调节阀、压力表、气体流量计、控制及显示仪表组件安装在前面板上；氧等离子体反应模块组合系统中的部分组件原料气总入口、气态产物总出口、冷却水总入口、冷却水总出口安装在后面板下部；冷却水循环系统中的冷却水循环控制装置为独立配套组件，就近单独放置。
氧等离子体反应模块组合系统是将氧等离子体反应模块进行串联和并联的优化组合，以提升活性氧粒子的产生浓度和产量。氧等离子体反应模块组合系统包括氧等离子体反应模块、原料气总入口、压力调节阀、压力表、气体流量计、入口电磁阀、气体分流管路、原料气输入调节阀、单元模块原料气入口、单元模块气态产物出口、气态产物输出调节阀、气态产物汇流管路、出口电磁阀、气态产物总出口。
提高活性氧粒子产生浓度的方法是将二至四个氧等离子体反应模块串联组成串联组，以延长原料气体在电离腔内的反应时间和反应路径。即，当二个氧等离子体反应模块串联时，第一个氧等离子体反应模块A的气态产物出口通过聚四氟乙烯软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的原料气入口，第一个氧等离子体反应模块A的冷却水入口通过PVC软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的冷却水出口；当三个氧等离子体反应单元模块串联时，第一个氧等离子体反应模块A的气态产物出口通过聚四氟乙烯软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的原料气入口，第二个氧等离子体反应模块B的气态产物出口通过聚四氟乙烯软管连接到第三个氧等离子体反应模块C的原料气入口，第一个氧等离子体反应模块A的冷却水入口通过PVC软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的冷却水出口，第二个氧等离子体反应模块B的冷却水入口通过PVC软管连接到第三个氧等离子体反应模块C的冷却水出口；以此类推连接四个氧等离子体反应模块组成的串联组。氧等离子体反应模块串联组的第一个模块的单元模块原料气入口前加装原料气输入调节阀，原料气输入调节阀的出口端通过聚四氟乙烯软管连接到第一个模块的单元模块原料气入口。氧等离子体反应模块串联组的最后一个模块的单元模块气态产物出口需加装气态产物输出调节阀，气态产物输出调节阀的入口端通过聚四氟乙烯软管连接到最后一个模块的单元模块气态产物出口。通过调节原料气输入调节阀和气态产物输出调节阀可以控制相应模块内反应气体的压力和流量，以保证各模块在最优气压和流量的状态下工作。正常工作状态下，由二个氧等离子体反应模块组成的串联组的活性氧粒子产生浓度和产量将比单模块提高42%以上，由三个氧等离子体反应模块组成的串联组的活性氧粒子产生浓度和产量将比单模块提高55%以上，由四个氧等离子体反应模块串联组成的串联组的活性氧粒子产生浓度和产量将比单模块提高65%以上，更多氧等离子体反应模块的串联虽然可以进一步提高活性氧粒子的产生浓度和产量，但随着模块串联数量的增加，活性氧粒子的产生浓度和产量的增加却越来越不明显，经过优化比较，本发明选定的模块串联数量最多为四个。
提高活性氧粒子产量的方法是将由二至四个氧等离子体反应模块串联组成的串联组再进行并联组合，模块组合式活性氧粒子发生装置气态产物仅需要一个输出口时，每一串联组的氧等离子体反应模块串联的数量需相同，以保证输出的氧活性粒子浓度最高，模块组合式活性氧粒子发生装置气态产物需要多个输出口时，各串联组的氧等离子体反应模块串联的数量可以不同，但同一输出组成单元的各串联组的氧等离子体反应模块串联的数量需相同。模块组合式活性氧粒子发生装置制备的活性氧粒子的产量为各模块串联组产量的算术和，氧等离子体反应模块串联组并联组数越多，产量就越大。各个氧等离子体反应模块串联组进行并联组合时，需将各原料气输入调节阀的入口通过聚四氟乙烯软管连接到气体分流管路的分流口，气态产物输出调节阀的出口端则通过聚四氟乙烯软管连接到气态产物汇流管路。
构成氧等离子体反应模块组合系统核心的氧等离子体反应模块采用的是双电离腔平板式介质阻挡放电结构。其中，高压电极放置在两个平板接地电极中间，高压电极由两层电介质层在内表面烧结银浆制成，烧结成的银电极可以是平板状，也可以是网状，如是网状其网格间距应控制在0.5～1mm，网线宽0.5mm；电介质层由纯度为96%～99%的α-AL2O3制成，电介质层厚度0.47～0.64mm；氧等离子体反应模块电离腔的放电间隙宽度为0.25～0.5mm。氧等离子体反应模块的工作气压控制在90～110kPa，最大放电功率不高于260W。
模块组合式活性氧粒子发生装置的原料气为氧气或空气，原料气由模块组合式活性氧粒子发生装置的原料气总入口输入，原料气总入口通过聚四氟乙烯软管连接到压力调节阀入口端，压力调节阀出口端通过聚四氟乙烯软管连接到压力表和气体流量计的入口端，气体流量计的出口端通过聚四氟乙烯软管连接到气体分流管路的入口，然后经气体分流管路分配到各个氧等离子体反应模块串联组。
各个氧等离子体反应模块组成的串联组输出的活性氧粒子需要汇集到气态产物汇流管路，气态产物汇流管路可以设计成单路，也可以根据实际需要设计成多路，其中，每一路均由一定数量的氧等离子体反应模块串联组组成，具体数量根据应用现场需要制定，以满足应用现场对活性氧粒子产生浓度和产量的不同需求，增加现场应用的灵活性、机动性和方便性。
冷却水循环系统用于控制氧等离子体反应模块的工作温度，主要由冷却水循环控制装置、冷却水总入口、冷却水分流管路、冷却水汇流管路、冷却水总出口等组成。其中，冷却水循环控制装置的出水口通过PVC软管连接到冷却水总入口，冷却水总入口再通过PVC软管连接到冷却水分流管路的入水口，冷却水分流管路的分流口则通过PVC软管分别接至各个模块串联组最后一个模块的氧等离子体反应模块的冷却水入口，各个模块串联组第一个模块的氧等离子体反应模块的冷却水出口则通过PVC软管连接到冷却水汇流管路的汇流入口，冷却水汇流管路的出口则通过PVC软管连接到冷却水总出口，冷却水总出口再通过PVC软管连接到冷却水循环控制装置的入水口，完成冷却水的循环。工作时，根据需要冷却液的温度设定在0～10℃之间，同等条件下，冷却液温度越低，产生的活性氧粒子浓度越高。本发明中要求使用的冷却液冰点不高于-10℃，导热系数大于0.5W/mK，无腐蚀性。
对氧等离子体反应模块的激励采用分区激励工作模式。分区激励电源包括动力电接入端子、功率变换控制组件、功率输出汇流母线、小型高频高压变压器、控制及显示仪表组件、功率继电器和电流传感器。其中，动力电接入端子用于将AC380V/50Hz动力电接入到功率变换控制组件，功率变换控制组件采用IGBT全桥或半桥逆变技术将AC380V/50Hz动力电转换成AC0-500V/5-20kHz的高频交流电输出到功率输出汇流母线上，与氧等离子体反应模块数量相同的小型高频高压变压器经由功率继电器和电流传感器分别连接到功率输出汇流母线上，小型高频高压变压器的高压端和接地端连接到相应的氧等离子体反应模块，实现对各个氧等离子体反应模块的独立激励，保证各氧等离子体反应模块均工作在优化的放电模式下。小型高频高压变压器的输出电压控制在5～10kV，输出频率控制在5～20kHz，短路阻抗控制在35～50%之间。
本发明的效果和益处是通过将模块化的氧等离子体反应模块的气体通路和冷却水通路根据净水工艺的需求进行合理的串联和并联组合，同时采用分区激励供电技术，大幅度提高了活性氧粒子的浓度和产量，最高活性氧粒子的浓度可达200g/m3以上（以氧计），活性氧粒子的单机产量超过2kg/h，有效地解决了常规活性氧粒子发生装置在高浓度下难以获得高产量的难题，并可实现活性氧粒子的分路输出，增加了使用的灵活性、机动性和方便性，进而为净水厂饮用水净化工艺的改善提供了新技术装置。
附图说明
图1是二模块串联构成的模块组合式活性氧粒子发生装置示意图。
图2是三模块串联构成的模块组合式活性氧粒子发生装置示意图。
图3是四模块串联构成的模块组合式活性氧粒子发生装置示意图。
图4是模块组合式活性氧粒子发生装置组件布置示意图。
图中：1动力电接入端子；2功率变换控制组件；3功率输出汇流母线；4小型高频高压变压器；5氧等离子体反应模块；6原料气总入口；7压力调节阀；8压力表；9气体流量计；10入口电磁阀；11气体分流管路；12原料气输入调节阀；13单元模块原料气入口；14单元模块气态产物出口；15气态产物输出调节阀；16气态产物汇流管路；17出口电磁阀；18气态产物总出口；19冷却水总入口；20冷却水分流管路；21模块冷却水入口；22模块冷却水出口；23冷却水汇流管路；24冷却水总出口；25冷却水循环控制装置；26控制及显示仪表组件；27功率继电器；28电流传感器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
本发明所述的一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，分为三种组合结构：一是二模块串联构成的模块组合式活性氧粒子发生装置，如附图1所示；二是三模块串联构成的模块组合式活性氧粒子发生装置，如附图2所示；三是四模块串联构成的模块组合式活性氧粒子发生装置，如附图3所示。无论上述哪种组合结构，模块组合式活性氧粒子发生装置均由氧等离子体反应模块组合系统、冷却水循环系统和分区激励电源三部分组成。其中，氧等离子体反应模块组合系统是活性氧粒子发生装置的核心，由分区激励电源为氧等离子体反应模块组合系统中的各个氧等离子体反应模块5分配激励能量，由冷却水循环系统控制氧等离子体反应模块组合系统中的各个氧等离子体反应模块5的氧等离子体化学反应温度。除冷却水循环系统中的冷却水循环控制装置25外，模块组合式活性氧粒子发生装置的所有组件均安装在同一箱体内，如附图4所示。其中，分区激励电源中的部分组件动力电接入端子1、功率变换控制组件2、功率输出汇流母线3、小型高频高压变压器4、功率继电器27和电流传感器28等安装在箱体的左侧；氧等离子体反应模块组合系统及冷却水循环系统中的部分组件氧等离子体反应模块5、入口电磁阀10、气体分流管路11、原料气输入调节阀12、气态产物输出调节阀15、气态产物汇流管路16、出口电磁阀17、冷却水分流管路20、冷却水汇流管路23等安装在箱体的右侧；氧等离子体反应模块组合系统及分区激励电源中的部分组件压力调节阀7、压力表8、气体流量计9、控制及显示仪表组件26安装在前面板上；氧等离子体反应模块组合系统中的部分组件原料气总入口6、气态产物总出口18、冷却水总入口19、冷却水总出口24安装在后面板下部；冷却水循环系统中的冷却水循环控制装置25为独立配套组件，就近单独放置。
其中，氧等离子体反应模块组合系统包括氧等离子体反应模块5、原料气总入口6、压力调节阀7、压力表8、气体流量计9、入口电磁阀10、气体分流管路11、原料气输入调节阀12、单元模块原料气入口13、单元模块气态产物出口14、气态产物输出调节阀15、气态产物汇流管路16、出口电磁阀17、气态产物总出口18。
本发明所述的一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，当采用二个氧等离子体反应模块5串联时，第一个氧等离子体反应模块A的单元模块气态产物出口14通过聚四氟乙烯软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的单元模块原料气入口13，第一个氧等离子体反应模块A的单元模块冷却水入口21通过PVC软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的单元模块冷却水出口22。
本发明所述的一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，当采用三个氧等离子体反应单元模块5串联时，第一个氧等离子体反应模块A的单元模块气态产物出口14通过聚四氟乙烯软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的单元模块原料气入口13，第二个氧等离子体反应模块B的单元模块气态产物出口14通过聚四氟乙烯软管连接到第三个氧等离子体反应模块C的单元模块原料气入口13，第一个氧等离子体反应模块A的单元模块冷却水入口21通过PVC软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的单元模块冷却水出口22，第二个氧等离子体反应模块B的单元模块冷却水入口21通过PVC软管连接到第三个氧等离子体反应模块C的单元模块冷却水出口22。
本发明所述的一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，当采用四个氧等离子体反应单元模块5串联时，第一个氧等离子体反应模块A的单元模块气态产物出口14通过聚四氟乙烯软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的单元模块原料气入口13，第二个氧等离子体反应模块B的单元模块气态产物出口14通过聚四氟乙烯软管连接到第三个氧等离子体反应模块C的单元模块原料气入口13，第三个氧等离子体反应模块C的单元模块气态产物出口14通过聚四氟乙烯软管连接到第四个氧等离子体反应模块D的单元模块原料气入口13；第一个氧等离子体反应模块A的单元模块冷却水入口21通过PVC软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的单元模块冷却水出口22，第二个氧等离子体反应模块B的单元模块冷却水入口21通过PVC软管连接到第三个氧等离子体反应模块C的单元模块冷却水出口22；第三个氧等离子体反应模块C的单元模块冷却水入口21通过PVC软管连接到第四个氧等离子体反应模块C的单元模块冷却水出口22。
本发明所述的氧等离子体反应模块串联组的第一个模块的单元模块原料气入口13前加装原料气输入调节阀12，原料气输入调节阀12的出口端通过聚四氟乙烯软管连接到第一个模块的单元模块原料气入口13。氧等离子体反应模块串联组的最后一个模块的单元模块气态产物出口14需加装气态产物输出调节阀15，气态产物输出调节阀15的入口端通过聚四氟乙烯软管连接到最后一个模块的单元模块气态产物出口14。通过调节原料气输入调节阀12和气态产物输出调节阀15可以控制相应模块内反应气体的压力和流量。
本发明所述的一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，需要将由二至四个氧等离子体反应模块5串联组成的串联组再进行并联组合以提高活性氧粒子的产量，模块组合式活性氧粒子发生装置气态产物仅需要一个输出口时，每一串联组的氧等离子体反应模块5串联的数量需相同，以保证输出的氧活性粒子浓度最高，模块组合式活性氧粒子发生装置气态产物需要多个输出口时，各串联组的氧等离子体反应模块5串联的数量可以不同，但同一输出组成单元的各串联组的氧等离子体反应模块5串联的数量需相同。各个氧等离子体反应模块串联组进行并联组合时，需将各原料气输入调节阀的入口通过聚四氟乙烯软管连接到气体分流管路的分流口，气态产物输出调节阀的出口端则通过聚四氟乙烯软管连接到气态产物汇流管路。
本发明所述的氧等离子体反应模块5采用的是双电离腔平板式介质阻挡放电结构。其中，高压电极放置在两个平板接地电极中间，高压电极由两层电介质层在内表面烧结银浆制成，烧结成的银电极可以是平板状，也可以是网状，如是网状其网格间距应控制在0.5～1mm，网线宽0.5mm；电介质层由纯度为96%～99%的α-AL2O3制成，电介质层厚度0.47～0.64mm；氧等离子体反应模块电离腔的放电间隙宽度为0.25～0.5mm。氧等离子体反应模块的工作气压控制在90～110kPa，最大放电功率不高于260W。
本发明所述的模块组合式活性氧粒子发生装置的原料气为氧气或空气，原料气由模块组合式活性氧粒子发生装置的原料气总入口6输入，原料气总入口6通过聚四氟乙烯软管连接到压力调节阀7的入口端，压力调节阀7的出口端通过聚四氟乙烯软管连接到压力表8和气体流量计9的入口端，气体流量计9的出口端通过聚四氟乙烯软管连接到气体分流管路11的入口，然后经气体分流管路11分配到各个氧等离子体反应模块串联组。
本发明所述的一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，其中，各个氧等离子体反应模块5组成的串联组输出的活性氧粒子需要汇集到气态产物汇流管路16，气态产物汇流管路16可以设计成单路，也可以根据实际需要设计成多路。其中，每一路均由一定数量的氧等离子体反应模块串联组组成，具体数量根据应用现场需要制定。
本发明所述的一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，其中，冷却水循环系统用于控制氧等离子体反应模块5的工作温度，主要由冷却水循环控制装置25、冷却水总入口19、冷却水分流管路20、冷却水汇流管路23、冷却水总出口24等组成。其中，冷却水循环控制装置25的出水口通过PVC软管连接到冷却水总入口19，冷却水总入口19再通过PVC软管连接到冷却水分流管路20的入水口，冷却水分流管路20的分流口则通过PVC软管分别接至各个模块串联组最后一个模块的氧等离子体反应模块5的冷却水入口21，各个模块串联组第一个模块的氧等离子体反应模块5的单元模块冷却水出口22则通过PVC软管连接到冷却水汇流管路23的汇流入口，冷却水汇流管路23的出口则通过PVC软管连接到冷却水总出口24，冷却水总出口再通过PVC软管连接到冷却水循环控制装置25的入水口，完成冷却水的循环。工作时，根据需要冷却液的温度设定在0～10℃之间。本发明中要求使用的冷却液冰点不高于-10℃，导热系数大于0.5W/mK，无腐蚀性。
本发明所述的分区激励电源包括动力电接入端子1、功率变换控制组件2、功率输出汇流母线3、小型高频高压变压器4、控制及显示仪表组件26、功率继电器27和电流传感器28。其中，动力电接入端子1用于将AC380V/50Hz动力电接入到功率变换控制组件2，功率变换控制组件2采用IGBT全桥或半桥逆变技术将AC380V/50Hz动力电转换成AC0-500V/5-20kHz的高频交流电输出到功率输出汇流母线3上，与氧等离子体反应模块5数量相同的小型高频高压变压器4经由功率继电器27和电流传感器28分别连接到功率输出汇流母线上，小型高频高压变压器4的高压端和接地端连接到相应的氧等离子体反应模块5，实现对各个氧等离子体反应模块的独立激励。小型高频高压变压器4的输出电压控制在5～10kV，输出频率控制在5～20kHz，短路阻抗控制在35～50%之间。
本发明将模块化的氧等离子体反应模块的气体通路和冷却水通路根据净水工艺的需求进行合理的串联和并联组合，同时采用分区激励供电技术，大幅度提高了活性氧粒子的浓度和产量，最高活性氧粒子的浓度可达200g/m3以上，活性氧粒子的单机产量超过2kg/h，有效地解决了常规活性氧粒子发生装置在高浓度下难以获得高产量的难题，并可实现活性氧粒子的分路输出，增加了使用的灵活性、机动性和方便性，进而为净水厂饮用水净化工艺的改善提供了新技术装置。
Claims (5)
1.一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，其特征在于，该装置包括氧等离子体反应模块组合系统、冷却水循环系统和分区激励电源三部分；其中，氧等离子体反应模块组合系统是活性氧粒子发生装置的核心，由分区激励电源为氧等离子体反应模块组合系统中的各个氧等离子体反应模块（5）分配激励能量，冷却水循环系统控制氧等离子体反应模块组合系统中的各个氧等离子体反应模块（5）的氧等离子体化学反应温度；除冷却水循环系统中的冷却水循环控制装置（25）外，模块组合式活性氧粒子发生装置的所有组件均安装在同一箱体内；
氧等离子体反应模块组合系统包括氧等离子体反应模块（5）、原料气总入口（6）、压力调节阀（7）、压力表（8）、气体流量计（9）、入口电磁阀（10）、气体分流管路（11）、原料气输入调节阀（12）、单元模块原料气入口（13）、单元模块气态产物出口（14）、气态产物输出调节阀（15）、气态产物汇流管路（16）、出口电磁阀（17）、气态产物总出口（18）；氧等离子体反应模块组合系统通过将氧等离子体反应模块（5）串联组合来提升活性氧粒子的产生浓度，每一串联组的串联数量为2～4个；通过将等离子体反应模块（5）组成的串联组并联来提升活性氧粒子的产量；模块组合式活性氧粒子发生装置气态产物出口为单路或多路；
氧等离子体反应模块组合系统使用的氧等离子体反应模块（5）采用的是双电离腔平板式介质阻挡放电结构；其中，高压电极放置在两个平板接地电极中间，高压电极由两层电介质层在内表面烧结银浆制成，烧结成的银电极是平板状或网状，网状其网格间距应控制在0.5～1mm，网线宽0.5mm；电介质层由纯度为96%～99%的α-AL2O3制成，电介质层厚度0.47～0.64mm；氧等离子体反应模块电离腔的放电间隙宽度为0.25～0.5mm；氧等离子体反应模块的工作气压控制在90～110kPa，最大放电功率不高于260W；
冷却水循环系统包括冷却水循环控制装置（25）、冷却水总入口（19）、冷却水分流管路（20）、冷却水汇流管路（23）、冷却水总出口（24）；其中，冷却水循环控制装置（25）的出水口通过PVC软管连接到冷却水总入口（19），冷却水总入口（19）再通过PVC软管连接到冷却水分流管路（20）的入水口，冷却水分流管路（20）的分流口则通过PVC软管分别接至各个模块串联组最后一个模块的氧等离子体反应模块（5）的冷却水入口（21），各个模块串联组第一个模块的氧等离子体反应模块（5）的单元模块冷却水出口（22）则通过PVC软管连接到冷却水汇流管路（23）的汇流入口，冷却水汇流管路（23）的出口则通过PVC软管连接到冷却水总出口（24），冷却水总出口再通过PVC软管连接到冷却水循环控制装置（25）的入水口，完成冷却水的循环；使用的冷却液冰点不高于-10oC，导热系数大于0.5W/mK，无腐蚀性；
分区激励电源包括动力电接入端子（1）、功率变换控制组件（2）、功率输出汇流母线（3）、小型高频高压变压器（4）、控制及显示仪表组件（26）、功率继电器（27）和电流传感器（28）；其中，动力电接入端子（1）用于将AC380V/50Hz动力电接入到功率变换控制组件（2），功率变换控制组件（2）采用IGBT全桥或半桥逆变技术将AC380V/50Hz动力电转换成AC0-500V/5-20kHz的高频交流电输出到功率输出汇流母线（3）上，与氧等离子体反应模块（5）数量相同的小型高频高压变压器（4）经由功率继电器（27）和电流传感器（28）分别连接到功率输出汇流母线上，小型高频高压变压器（4）的高压端和接地端连接到相应的氧等离子体反应模块（5），实现对各个氧等离子体反应模块的独立激励；小型高频高压变压器（4）的输出电压控制在5～10kV，输出频率控制在5～20kHz，短路阻抗控制在35～50%之间。
2.根据权利要求1所述的一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，其特征在于，当采用二个氧等离子体反应模块（5）串联时，第一个氧等离子体反应模块A的单元模块气态产物出口（14）通过聚四氟乙烯软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的单元模块原料气入口（13），第一个氧等离子体反应模块A的单元模块冷却水入口（21）通过PVC软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的单元模块冷却水出口（22）。
3.根据权利要求1所述的一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，其特征在于，当采用三个氧等离子体反应单元模块（5）串联时，第一个氧等离子体反应模块A的单元模块气态产物出口（14）通过聚四氟乙烯软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的单元模块原料气入口（13），第二个氧等离子体反应模块B的单元模块气态产物出口（14）通过聚四氟乙烯软管连接到第三个氧等离子体反应模块C的单元模块原料气入口（13），第一个氧等离子体反应模块A的单元模块冷却水入口（21）通过PVC软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的单元模块冷却水出口（22），第二个氧等离子体反应模块B的单元模块冷却水入口（21）通过PVC软管连接到第三个氧等离子体反应模块C的单元模块冷却水出口（22）。
4.根据权利要求1所述的一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，其特征在于，当采用四个氧等离子体反应单元模块（5）串联时，第一个氧等离子体反应模块A的单元模块气态产物出口（14）通过聚四氟乙烯软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的单元模块原料气入口（13），第二个氧等离子体反应模块B的单元模块气态产物出口（14）通过聚四氟乙烯软管连接到第三个氧等离子体反应模块C的单元模块原料气入口（13），第三个氧等离子体反应模块C的单元模块气态产物出口（14）通过聚四氟乙烯软管连接到第四个氧等离子体反应模块D的单元模块原料气入口（13）；第一个氧等离子体反应模块A的单元模块冷却水入口（21）通过PVC软管连接到第二个氧等离子体反应模块B的单元模块冷却水出口（22），第二个氧等离子体反应模块B的单元模块冷却水入口（21）通过PVC软管连接到第三个氧等离子体反应模块C的单元模块冷却水出口（22）；第三个氧等离子体反应模块C的单元模块冷却水入口（21）通过PVC软管连接到第四个氧等离子体反应模块C的单元模块冷却水出口（22）。
5.根据权利要求1～4任一所述的一种用于净水厂的模块组合式活性氧粒子发生装置，其特征在于，所述的模块组合式活性氧粒子发生装置使用的原料气体为氧气或空气。
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