CN103517879A - 用于清除水中的微生物、有机和化学污染物的设备 - Google Patents
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Abstract
一种设备，用于从水中移除微生物、有机和化学污染物。本发明的技术结果是提供一种制造简单的设备，所述设备不包括昂贵的机械和电子装置，并且能够有效地作用于水及其溶液（包括使用有毒物）中的细菌、有机和化学污染物。所述技术结果通过用于清除水中的微生物、有机和化学污染物的设备实现，所述设备包括工作腔室、液体泵送系统、将气体供给到设备的系统、和多电极放电装置，其中，气体被注入到电极之间的空间，所述工作腔室呈用于泵送液体的圆筒状介电管的形式，并且放电装置的电极相互等距间隔开以环形方式设置在管的内表面上，其中，电极的表面涂覆有电介质材料，在电极的“工作”表面之间设置有开口，用于使气体进入到腔室和电极之间的空间中，用于将高电压和气体供应放电器的系统设置在工作腔室之外。
Description
技术领域
本发明涉及生态学，具体涉及一种设备，所述设备用于通过化学等离子技术来处理液体（水、其溶液等）以对液体中的微生物成分和化学成分产生影响（以便除去有毒物质）。
背景技术
使用在水中产生的放电来清除水中的微生物、有机和化学污染物是电物理生态技术（电子束、臭氧处理、放电等）的有发展前途的领域。这些技术与任何其它技术的不同之处在于它们不需要使用有害且危险的含氯和含氟的物质。水中产生的高效放电是这些技术中最为简单且成本最低的技术。
众所周知的是，以下因素促成对水及其溶液的高压脉冲放电作用：
1、局部作用：放电集中在引线和流光的等离子体通道的区域中，并且由水合电子、离子和活性基（在≤10mm的范围内有效）的作用引发；和
2：非局部作用：波处理－机械（声波和冲击波）和电磁（紫外射线）－其具有直接效应和光解效应，例如产生活性OH自由基等（在≤30至40mm的范围内有效）。
所有这些因素对液体产生协同作用。
产生这个的重要的一点是含有化学污染物的水通常具有较高的导电性，所述较高的导电性阻止在相对低的脉冲能量（0.1至10J）下产生脉冲式高压放电。克服这些问题的方法是将气泡引入到电极之间的间隙中（K.A.Nagulny and N.A.Roy,“An Electric Discharge inWater,”Nauka,Moscow,1971）。
现有技术设备使用多电极放电装置和被泵送通过电极之间的间隙的非可燃气体（空气、氮气、氩气或其它气体）来在液体（水或其溶液）中产生周期性脉冲式放电，以对液体中的微生物、有机和化学成分施加影响（美国专利No.6,558,638,B2,2002年2月7日）。
浸入在液体中的装置是圆筒状介电管，所述圆筒状介电管的外表面由n个圆筒状环形电极（由不锈钢、铜、钛或者其它材料制成）所环绕，所述圆筒状环形电极布置成相互等距间隔开。电极的端部是它们的工作表面，并且电极的外侧圆筒状表面覆盖有绝缘材料。位于电极之间的间隙中的介电管的壁设置有直径≤1mm的多个开口，以使气泡从管内部进入到液体中。高压被施加到两个边远的电极，其中该高压被直接施加到一个电极，并通过在管内部行进的回路导线施加到另一个电极。
产生在气泡中的放电是强烈的紫外辐射和活性离子（O3、Н2O2、ОН、О、等）的来源。
气泡破裂时产生的强烈的声波和冲击（UV）波是影响液体的微生物、有机和化学成分的另一个因素。
现有技术设备具有以下缺点：
1、放电装置的线性几何形状排除了放电产生的UV射线和声波聚集的可能性；
2、难以并且不便于将放电装置和系统定位在水中以将高压和气体输送到放电装置，并且在放电装置在液体流中操作时，放电装置进一步阻碍液体流动；
3、放置在液体流中的放电装置产生的液体静压力致使气体不规则地流动通过沿着放电装置的长度设置的开口，并且可能影响放电通道的稳定性和识别；以及
4、设备整体具有相对复杂的设计。
发明内容
本发明的目的在于通过聚集紫外线和声波来扩展工程水净化能力的范围。
本发明的技术结果是一种设备，所述设备制造简单，并且不包括任何昂贵的机械或电子装置，并且对水及其溶液中的细菌、有机和化学污染物产生深远的影响（包括处置有毒物）。
通过清除水中的微生物、有机和化学污染物的设备实现所述技术结果，所述设备包括工作腔室、水泵送系统、将气体输送到设备的系统、和多电极放电装置，其中，气体被注入到电极之间的间隙中，所述工作腔室被设计成圆筒状介电管，用于将液体泵送通过所述介电管，放电装置的电极相互等距间隔开以圆形方式设置在介电管的内侧表面上，电极的表面涂覆有电绝缘材料，在电极的“工作”表面之间设置有开口，用于将气体引入到工作腔室和介电管的空间中，用于将高电压和气体施加到所述放电装置的系统设置在工作腔室之外。
附图说明
图1和图2示出了用于泵送液体通过的介电管的剖视图；
图3和图4示出了设备的等效电路图；
图5是环形放电装置的一部分的两个投影视图；和
图6是水处理设备的简图。
具体实施方式
图1中的请求保护的设备的简图示出了介电管1和设置在介电管的内侧表面上的放电系统的剖面，其中正在处理的水被泵送通过所述介电管。N个电极2（更加具体地N=8）相互等距间隔开以圆形方式布置在介电管1的内侧表面上。电极的面向管的中心线的表面涂覆有电绝缘材料5，并且直径d≤1mm的开口3设置在介电管中并位于电极的“工作”表面6之间，以将气体引入到中空部4中并且进一步引入到电极之间的间隙中。
高电压被施加到两个径向相对的电极上，因此电火花击穿电极之间的间隙，并且等离子体通道形成为活性粒子（水合电子、Н2O2、ОН、О、等）、强烈的紫外线和水力扰动（声波和冲击波）源。
图3中示出了设备的等效电路图。
水是传导性电介质。图3中示出的等效电阻（R1-R5）是各个电极和接地之间的水电阻。在这个高电压应用的电路图中，放电电流在电路的两个对称部分中并行流动（火花隙2-1和4-6），附图标记（1'-6'）表示电极之间的火花隙中的气泡。
以对称关系形成在圆中的放电通道用于集中紫外线和水力扰动，以更高效地实现作用在水上的放电电火花。
通过电极之间的间隙中的两种介质（水和气体）的分界面促进放电的有效形成。较高的水介电常数ε=81强化了液气界面处的气体中的电场，并且显著降低了火花放电阈值。当水被泵送通过管时，加强的电场和等效电阻促进产生沿着管的内侧表面行进的环形放电。
图2图解了高电压应用的另一个电路图，其表示位于电极之间的火花隙中的气泡。在这个电路中，电流串联地流通所有火花隙。图4中示出了相应的等效电路图。
图5示出了环形放电装置的一部分的两个投影。仰视图是管1的内侧表面的平直化的部分，示出了电极2、气体注入开口3、气体积聚中空部4、介电材料层5和电极的“工作”表面6。
因此，附接到管的内侧表面的放电系统12不会妨碍液体流动，并且所有气体管道和将高电压施加到放电装置的布线均设置在管的外侧表面上。
通过高压脉冲的周期脉冲发生器供电的放电具有以下特征：电压U≤20kV、脉冲重复频率f≤100Hz，并且蓄能电容器能量W≤2J(C=10-8F)。结果，发生器产生I≤300A、电流脉冲宽度τ=3-5μsec和N≤200V的平均功率。
图6示出了水处理设备的简图，所述水处理设备具有五个环形放电装置，所述五个环形放电装置沿着管间隔开，其中正处理的水或者水溶液被泵送通过所述管。设备包括介电管1、隔离件7、龙头8、塞子9、密封橡胶盖10、空气输送接头11、放电产生系统12、端口13、密封件14、和套管15。
每个环形源均连接到五通道高电压脉冲发生器的单独的输出通道，其中对于产生平均功率N=103V的设备，每个通道均具有上述特征。
设备的操作如下：将气体注入通过接头11，并且将液体通过龙头8泵入，以及将高电压施加到放电装置。
气体注入速率和液体泵送速率是可调的。通过被处理的液体的气体被输送到起泡器。
工业可应用性
请求保护的设备可以用于清除水中的微生物、有机和化学污染物（在天然水体，包括各种工业企业的水源）。
Claims (1)
1.一种用于清除水中的微生物、有机、和化学污染物的设备，所述设备包括：
工作腔室；
液体泵送系统；
将气体输送到所述设备的系统；和
多电极放电装置，
其中，气体被注入到电极之间的间隙中，所述工作腔室为圆筒状介电管，液体被泵送通过所述介电管，所述多电极放电装置的电极相互等距间隔开以圆形方式设置在所述介电管的内侧表面上，所述电极的表面涂覆有电绝缘材料，在电极的“工作”表面之间设置有开口，用于将气体输送到中空部并输送到所述介电管的空间中，施加高电压和将气体输送到所述多电极放电装置的系统设置在所述工作腔室之外。
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