CN106232528B - 利用高压放电和臭氧来处理水系统中的水的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于利用等离子体放电处理流动的水系统以除去或控制微生物种类的生长的系统和方法。保护水系统的组件免受来自电动液压处理的过剩能量损坏。由给等离子体放电供电的高压发生器产生的臭氧气体被循环以进一步处理水。气体注入系统可以用于在被处理的水中产生臭氧、空气或其他气体的细气泡以有助于等离子体产生，尤其在水的电导率高时。电极安装组装件将高电压电极和接地电极彼此保持在固定的距离，以优化等离子体产生。高压发生器电路的开口支撑结构在物理上分离火花隙电极并且抵抗可以中断高压脉冲的放电以产生等离子体的金属沉积。

Description

利用高压放电和臭氧来处理水系统中的水的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年4月24日提交的美国临时申请序列号61/983,678和61/983,685以及2015年4月24日提交的美国申请序列号14/695,519的权益。

技术领域

本发明涉及一种用于使用高压放电产生等离子体和使用从高压产生的臭氧副产物来处理流水系统的系统和方法，以增强水的处理。本发明的系统和方法尤其用于处理冷却塔或其他再循环或闭环系统。

背景技术

人为(供)水系统是大多数的世界能源生产设施、工业和制造工厂、医院和其他机构的建筑群和建筑中常见的重要组成部分。这些系统每年消耗7000亿加仑左右的水，并且在补给水方面的成本就达18亿美元且污水处理成本单算。所有这些人为水系统需要一些形式的处理，化学或非化学的处理，以控制在重要传热表面上的水垢、生物膜和其他腐蚀副产物的堆积，该重要传热表面对于有效系统运行是必须的。

对于涉及热交换的水系统，例如冷却塔和锅炉，有效处理以去除这些污染物和延长系统被重新污染之前的时间量，可以节省相当数量的资金。有效彻底的处理可以通过减少周期性处理的频率或减少日常维护和/或周期性处理所需要的化学品的量，节省劳动和处理化学品的成本。通过清洁热交换表面的操作，这样的处理也可以节省能源费用。热交换表面的污垢每年花费美国工业数千万美元，并且直接关系到每年增加近3千万亿Btu(库德，quad)的能源消耗。

为了最大化水的使用和减少浪费，这些系统的许多系统应用一系列化学处理保护系统不受结垢、生物膜形成和腐蚀。在必需排出水并用新鲜水更换它之前，这些化学处理使水再利用和循环多次。增加水可以循环的持续时间显著减少排向污水系统的水量，并且最小化更换放掉的水而需要的补给水。然而，当使用的化学品具有高腐蚀性时，许多化学处理成分和方法会损害被处理的水系统的组件。还有就是环境也倒向了苛刻的化学处理的一边，包括日益关注的有毒消毒副产物的形成，诸如三卤甲烷、卤代乙腈和卤代酚，这些在释放到环境中的排放水中已被鉴定出来。估计由冷却塔处理导致的每年排放的水处理化学品有5360亿磅，这会影响接收排出水的区域和水道中或附近生存的各种物种或接收排出水的污水处理厂的细菌成分。

在最小化与一些化学处理相关的环境影响的尝试中，许多水处理公司以及更重要地他们的客户正在寻求使用非化学基水处理技术维持它们的系统性能。近来有约30种目前可商购的用于商业和住宅的水系统中的非化学处理设备或水调节技术。这些系统可以分为三类：(1)间接化学生产者，使用良性或安全的化学添加物，例如空气或盐以产生杀生物剂。这些系统包括臭氧发生器和电化学次氯酸盐发生器以及混合氧化剂发生器。(2)直接化学生产者，由对水的直接相互作用产生活性化学物质。这些设备使用机械处理(诸如水力空化或超声空化)以沿着水中高温高压的局部区域生产羟基自由基。适合该种类的其他设备类型是紫外线系统。(3)电气和磁性设备，包括等离子体的产生，使用感应电场和磁场以诱导离子迁移和运动，离子的迁移和运动能够通过电穿孔或在细胞壁内引起离子回旋共振效果导致细胞死亡。在所有这些技术之中，电气和磁性设备是最常见的；然而，它们是具有最少严谨的科学支持的技术。直接和间接化学方法具有更多科学可信度；然而，这种更好的理解会限制它们的潜在应用，因此它们还不能够占领更大部分的市场份额。

高压放电和在水中产生等离子体的应用在现有技术中是公知的。例如，B.R.Locke等人(Ind Eng.Chem Res 2006,45,882-905)出版的文章描述了电极构造和几何结构、脉冲电弧与脉冲电晕以及水中放电的放电期间形成的化学物质和在水放电过程中的非热能等离子体。该文章解决了许多与使用该技术的水处理有关的基本问题，但是却未解决与在工业、商业或居住环境中的水处理有关的实际应用，尤其是涉及多个地面点的需求时最小化释放进入水和周围大气的电磁辐射的影响。

在最近的出版物中，Bruggeman等人发布了液体中且与液体接触的非热等离子体的综述，其中，Bruggeman概括出14种不同的反应器构造，包括Locke在文章中概述的多个电极几何结构。(P.Bruggeman,and C.Leys,J.Phys.D.Appi.Phys,2009,1-28)。在流体被等离子体放电处理的大多数的这些反应器类型中，是没有流动的大型放电系统(例如，气泡电晕放电反应器、利用浸入液体射流的放电反应器、电解放电反应器或毛细针放电反应器系统)；然而，还描述了介质阻挡放电(DBD)反应器，其中在气泡放电反应器的阻碍物的任一侧上导入流体和气体流。该文章提醒注意即使在气泡与电极不接触时，也具有在气泡内生成等离子体的可能性，以及系统的火花电压随着气泡速率的增大而减小。未提及气泡尺寸对火花电压的影响。实际上，还需注意的是，在气泡沿着绝缘体的表面设置时，产生沿着气泡表面成形和定位的流光，并且始终在电极、气泡壁部以及绝缘体之间的三重连接处产生放电。

使用臭氧气体处理水也是已知的。例如，Gupta等人的文章(S.B.Gupta,IEEETransactions on Plasma Science,2008,36,40,1612-163)描述了在水中使用由脉冲放电引起的高级氧化过程。Gupta描述的过程使用从次级独立源(而不是由高压发生器)供应至放电反应器的氧气或臭氧气体。他们也报告说，系统输出和性能高度依赖于溶液的电导率。对于其中水的电导率很高的系统(诸如在冷却塔和闭环回路应用中)需要更高的电压放电，这反过来产生电磁辐射的问题。

为了在水内在高压电极与接地电极之间生成等离子体或产生液中放电，尤其在水化学(电导率、化学成分、溶解的固体、浮游细菌数、pH等)可以随着时间改变的水系统中，需要高压电源，该电源可以在这两个电极之间生成高达并且200kV以上的电位差。用于生成足以在水内生成等离子体或产生液中放电的一种已知的系统是马克思发生器或马克思梯子。马克思发生器使用电路，该电路通过并行改变一组电容器来生成高压脉冲，然后，使用火花隙触发器来突然依次将电容放电。通常，组件在包含加压气体的外壳内由框架支撑。这些高压发生器中的很多以设计有最大能量密度，作为最终目标，并且设计为在火花隙室内使用诸如SF₆等气体以及更大的压力，以促进更高的击穿电压。由于这些高击穿电压，每当激活火花隙时，在一部分火花隙电极汽化时，具有一些金属损失。然后，汽化的金属沉积在高压发生器的组件上，并且在某种累积之后，可以中断火花隙放电的时间。这对于短时间运行的高压系统不是问题，例如，供静态水处理操作使用；但是，对于被设计成运行几个月到几年的时间的系统，例如，用于处理流水系统，这很成问题。

有几个现有技术专利或公布的专利申请解决了用于各种目的(包括水处理或净化)的等离子体产生，诸如美国专利申请公开号2009/0297409(在大气压或更高压力下流放电等离子体的产生)、美国专利申请公开号2006/0060464(流体中等离子的产生，尤其在水性介质中包含和产生的气泡内形成的，并且描述了多个电极构造，包括俘获气泡并且使其用作介质阻挡以增大在电极两端的电压的构造)、美国专利号6,558,638(使用高压放电处理液体，同时整合用于在放电区中产生气泡的气体传输设备)以及美国专利申请公开号2010/0219136(脉冲等离子体放电以处理流体(诸如流速为5gpm的水，同时只消耗120-150瓦特的功率)。

还具有多个专利，公开了马克思发生器设计。例如，美国专利号3,505,533公开了与Blumlein传输线(电压双线)耦合的马克思发生器。马克思的火花隙在装有加压的惰性气体(CO2和氩)的封闭式外壳内，并且整个设备浸入油内。美国专利号7,498,697公开了具有导电塑料连接结构的马克思发生器，该结构安装到绝缘层中，用于机械保持。导电塑料代替耦合的并且充电的电阻，并且对高压具有长期的抵抗。

已知的现有技术公开了系统和方法，用于生成高压放电，以生成等离子体，来产生化学活性物质，显示出物理效果并控制水的化学反应。然而，已知现有技术未解决怎样应用使用等离子体放电的这种技术在较长的时间周期内去处理工业、商业或住宅环境中较大体积的流水，而不破坏水系统的其他组件，这些组件包括用于水垢和腐蚀控制、排污和节水措施所需要的控制器和监视器。此外，已知的现有技术未解决将该技术用于随着时间具有可变电导率的再循环水系统。最后，已知的现有技术未公开捕捉和使用由马克思发生器产生的臭氧作为额外的水处理。

发明内容

本发明涉及一种处理系统和方法，使用非化学技术来处理流水系统，诸如冷却塔和闭环或再循环水系统。该处理系统和方法包含：在被处理水中淹没的两电极之间产生高频和高压放电。每次电极之间的放电，具有大量长寿命的氧化化学品(臭氧、过氧化氢)和短寿命的氧化化学品(超氧化物、羟基自由基和氢自由基)产生，与声音冲击波一起，也产生UV辐射。这些效果在现有技术中是众所周知的，并且用于定期处理静态水系统，但是先前尚未用于有效地处理流动的或者再循环的水系统。根据本发明的一个优选的实施方式，提供了一种处理系统和方法，用于产生高压，以生成等离子体，以处理在流动的或者再循环的水系统内的水。处理系统和方法有效地提供基本上连续的处理，用于水流过反应室，其中，在更长的操作时间，通过预定的时间间隔反复生成等离子体，而不损坏水系统的组件。

根据一个优选的实施方式，处理系统和方法使用等离子体反应室或反应器单元，能够在可以具有改变的电导率、温度以及溶解的固体的流水内发生长期等离子体或液中放电(electrohydraulic discharge)。根据本发明反应器单元的一个优选的实施方式包括主体，该主体在两侧覆盖有配件，允许引入并且从反应器主体中去除水以及可选的气体，以及用于与高压和接地电极进行电气连接。根据另一个优选的实施方式，反应器单元包括设置在反应器单元内的电极安装组装件。电极安装组装件优选地包括一种构造，该构造减少与反应器或等离子体放电区域的堵塞点，并且通过漏斗将气泡注入等离子体放电区域内，以在水的电导率增大时，帮助等离子体生成。

根据本发明的处理系统和方法的另一个优选的实施方式，捕捉作为高压放电的副产物而产生的臭氧气体，并且用于增强水处理。为了在流动的并且再循环的水系统内发现的高度导电水内尽可能增大高压放电的反应区域，优选具有生成超过200kV的能力的电源。在这些电源的操作中的副产物是产生应去除的臭氧气体，否则可能损坏高压发生器系统的组件，例如，支撑结构。在该实施方式中，捕捉该臭氧，并且引入待处理的水内，优选地在等离子体反应室内，以增强水处理。

根据另一个优选的实施方式，提供了一种气体注入系统，以在待处理的水内引入臭氧副产物或其他气体，例如，空气或反应气体，以进一步增强处理。优选地在进入发生等离子体生成的反应室之前，将这些气体加入水中，或者在反应室内现场生成这些气体。气体注入系统的优选的实施方式包括微起泡器、文丘里管输入或文丘里管注入器、水力空化系统、超声探针或其组合。气体注入系统优选地将气泡的细微分散引入待处理的水内，这进一步帮助等离子体生成，这是因为空气/气体的介质击穿强度小于水的介质击穿强度。由于在空气或气体分子内开始等离子体击穿，所以空气或气体分子的电离电子将被遗留(carryover)并且在水分子内开始电子电离。

根据本发明的处理系统和方法的另一个优选的实施方式，提供连续运行高压发生器。优选的高压发生器具有马克思发生器或马克思梯子配置。先有技术马克思发生器的已知问题在于，火花隙电极的金属沉积在马克思梯子闭合的支撑结构的壁部的侧边上以及高压发生器系统的中断火花隙放电的时间的其他组件上，这会防止或者干扰形成等离子体。根据本发明的马克思发生器支撑结构的一个优选的实施方式包括更大高度和宽度的开口框架，以增大在火花隙电极之间的距离。随着在火花隙电极之间的间距的增大，金属沉积不与更窄的支撑外壳一样快速地桥接间隙。根据马克思发生器支撑结构的另一个优选的实施方式，框架的底部连接部浸入油槽内，以使其与电容器组电气隔离。另一个优选的实施方式包括支撑结构，该结构涂有矿物油，以防止或禁止金属沉积形成在支撑结构表面的表面上，并且允许容易去除确实形成在表面上的任何沉积。根据另一个优选的实施方式，由于已知臭氧削弱某些材料，这可以造成支撑结构的机械故障，所以支撑结构由耐臭氧材料制成。根据另一个优选的实施方式，外壳或盖体放在马克思发生器支撑结构上，以捕捉臭氧，用于增强水处理，并且促进通过更小或负压操作马克思发生器。

根据本发明的另一个优选的实施方式，用于处理水的系统和方法包括一个或多个控制系统，其连接至一个或多个组件。根据优选的实施方式，控制系统以特定时间增量或间隔发生偶尔脉冲高压放电，用于防止水、电线或处理系统和水系统的其他关键电源组件过热。根据另一个优选的实施方式，控制系统包括记录水电导率的反馈回路，在水流过水系统和处理系统时，该水电导率随着再循环的周期增大。随着电导率增大，控制器增大空气或其他气体(例如，通过气体注入系统)流入反应室内，以帮助等离子体放电。

根据本发明的另一个优选的实施方式，各种保护设备(例如，隔离电源、接地金属组件以及电磁干扰装置)在整个处理系统和/或水系统内用于保护水系统的组件不产生过电压。根据另一个优选的实施方式，获取由高压放电产生的过剩能量(通常被浪费)，以进一步调节和处理水。允许电流流经将水系统管道连接至地的电线环路以在水中产生磁场。已证明该磁场在水处理中具有有益效果，并避免贯穿整个水系统的大量电磁辐射具有的对电子控制系统上的破坏性影响，所述电子控制系统用于测量电导率、pH、生物活性，也用于控制泵和与直接产生高压发电进入水供应的系统一起使用中常见的其他关键组件。使用高压放电而水中没有多个接地点或其他保护设备或在高压放电组件周围没有足够屏蔽，严重地限制现有技术的应用。

根据本发明的处理系统和方法从在水系统中的水中有效地去除了生物膜和海藻以及其他沉积，无需使用刺鼻的化学品，并且不损坏水系统的组件。本发明的处理系统和方法也比先有技术处理更有效，这是因为身子在流过水系统的水被视为干净(基于先有化学处理或者由于主要由城市供水的新水构成)时，观察到从根据本发明处理的水系统中释放大量沉积和海藻。在使用根据本发明的处理时，还观察到更大的铜腐蚀速率，这表示热交换管有效地从生物膜生长和其他沉积中清除，造成增加的热交换效率。

附图说明

结合下面附图进一步描述和解释本发明的设备，其中：

图1为根据本发明的系统的一个优选实施方式的示意图；

图2A和图2B为曲线图，示出了一个试验中在不应用本发明的实施方式时测量的电磁场；

图3为曲线图，示出了另一试验中使用本发明的优选实施方式时测量的电磁场；

图4为根据本发明的系统的另一优选实施方式的示意图；

图5为根据本发明的系统的另一优选实施方式的示意图。

图6为根据本发明的反应室和电极安装组件的优选实施方式的正视图；

图7为图6的电极安装组件和接地电极的替代优选实施方式的正视图；

图8为根据本发明的高压安装基座的优选实施方式的底部透视图；

图9A为根据本发明的高压安装基座的另一个优选实施方式的底部透视图；

图9B为图9A的高压安装基座的顶部平面图；

图10为根据本发明的接地电极安装基座的优选实施方式的顶部透视图；

图11为图9的接地电极安装基座的底部透视图；

图12为图9的接地电极安装基座的正视图；

图13为图9的接地电极安装基座的底部平面图；

图14为根据本发明的接地电极安装基座的另一个优选实施方式的底部透视图；

图15为根据本发明的马克思梯子支撑结构的优选实施方式的透视图；

图16为图15的马克思梯子支撑结构的顶部平面图；

图17为图15的马克思梯子支撑结构的侧视图；

图18为图15的马克思梯子支撑结构的另一个透视图；

图19为示出外壳、火花隙室以及马克思梯子支撑结构的高压发生器系统的优选实施方式的横截面正视图；

图20为图19的高压发生器系统的一部分的顶部平面图；

图21为图19的高压发生器系统的一部分的透视图；

图22为图15的马克思梯子的电路布局。

具体实施方式

图1描绘了根据本发明的处理系统的优选实施方式。处理系统10优选地包括：气体注入系统28、等离子体反应室36、高压发生器系统40、电源系统46和各种组件保护设备。处理系统10容易地添加至现有水系统12。水系统12可以是任何住宅、商业或工业水系统，尤其用于冷却应用的那些水系统和再循环水系统，比如冷却塔。水系统12包括图1未描绘的熟知组件。来自水系统12的水流14被处理为穿过在监控水系统中常用的多种传感器16，诸如pH传感器、温度和电导率。根据水系统12的大小和流经水系统12水的体积，系统中所有的水可以穿过处理系统10或者只有部分或侧流可以穿过处理系统10。最优选地，处理系统10包括节流阀或分流器，以设旁路于处理系统，例如，在处理系统关闭用于维护时，无需也关闭或减少流过水系统的水流。

水流18优选地流经气体注入系统28，该气体注入系统将空气和/或气体的微气泡注入水流18中。优选地，气体注入系统28包含一个或多个微起泡器设备20，其中空气或气体22、反应气体26和/或臭氧30以微气泡被引入等离子体反应室36上游的水流中。反应气体(诸如臭氧、单原子氧、亚稳定单线态氧、气相过氧化氢、氯气、二氧化氯气体)也可以用于实现从水系统12最大化地去除微生物种类。这些气体的使用和选择将取决于水系统12内的水条件。不需要向水流18添加空气、臭氧或其他气流或作为微气泡添加的那些，但是微气泡有助于等离子体产生，臭氧气体或反应气体也用于处理水系统的水。如果添加气泡，注入气泡的水流24馈入等离子体反应室36，否则水流18馈入等离子体反应室36。

在另一个优选实施方式中，气体注入系统28包括文丘里管系统，用于向水流18注入空气/气体、反应气体和/或臭氧的微气泡分散体以产生水流24。文丘里管入口位于高压反应室36的上游，且向反应室36内的高压放电区域引入这些气体中的一种或多种的微泡沫。在另一个优选实施方式中，通过装入水力空化系统产生微气泡，水力空化系统将通过水力空化过程生产的微气泡的高分散悬浮液引入反应室36内的反应区中。在第四个优选实施方式中，一起使用文丘里管系统和水力空化系统。该组合具有以下优点：产生优化反应动力学和活性物种产生的协同环境。在第五优选实施方式中，高压反应室36可以装配有多个超声探针，这些超声探针可以在反应室36内高压放电区内原位产生微气泡，再次提供协同反应性能。最后在第六实施方式中，这些气体中的一种或多种和由超声探针产生的微气泡一起经文丘里管进入高压反应区中。使用这些系统或设备的任何一个或这些系统和设备的任何组合导入微气泡、在本技术领域是公知的组件及其应用，进一步有助于等离子体产生，因为空气或气体的介质击穿强度比水的小。随着等离子体击穿在空气或其他气体分子中启动，来自空气或其他气体中的电离电子然后将传递并开始在水分子中电子电离。

根据另一个优选的实施方式，气体注入系统28的一个或多个组件连接至控制器(控制器可以是用于水系统的控制器或者用于处理系统的单独控制器)。控制器操作为响应于增加的水中电导率度量(这通常作为水系统控制功能的一部分来测量)，增大空气或其他气体流入反应室36内。更大的空气流动帮助确保即使在水的电导率高时，也发生等离子体放电。

反应室36优选地包括密封的不透水外壳35，该外壳被内电介质阻挡层34a和外接地屏蔽34b所包围和屏蔽。电介质阻挡层34a是非导电层，防止向接地层34b电弧放电，接地层34b是接地的导电外层。电介质阻挡层34a和接地屏蔽34b减少从反应室36发射的电磁干扰。如果不屏蔽反应室36，反应室36内产生的等离子体会损害敏感的电子设备。反应室36内设有高压电极和接地电极，随着高压发生器系统40产生的电压传递至反应室36内的高压电极，高压电极和接地电极在室36内产生等离子体放电。这些用于产生等离子体放电的组件是本领域普通技术人员所熟知的。虽然最优选地使用在图6-7示出的并且下面讨论的电极安装组件和反应室，但是反应室36、外壳35和反应室36内的高压和接地电极的形状和构造不是关键的，且可以使用任何已知形状和构造。另一接地48也设置为与外壳35周围的接地层34b接触，外壳35需要在反应室36中产生等离子体放电。接地48可以用作接地电极或者可以连接至更粗的杆或其他导体，以用作接地电极。高绝缘高压电线38连接高压发生器系统40与反应室36中的高压电极。电线38优选地用高强度电介质绝缘以防止向其他电子设备、金属结构或人/操作者电弧放电。电线38可以用作高压电极，或者可连接至更粗的杆或其他导体，以用作电极。处理的水流50排出反应室36，并返回储槽54(尤其是在水系统是冷却塔)或水系统12的其他组件或管道以通过系统进行再循环。用于进出反应室36的水流24和50的入口和出口管接头应接地。

高压发生器系统40可以产生高频率、高电压脉冲，在每个放电阶段超过200kV。高电压发生器系统40优选地包括马克斯梯子(Mark ladder)或马克斯发生器42，该发生器设置在外壳43的火花隙室41内(例如，在图19示出的优选实施方式中)，外壳43包括电介质阻挡层，该电介质阻挡层用于使马克斯梯子42与周围环境隔离，并防止内部组件向周围金属结构、电插座和其他监视和控制系统电弧放电。为了类似于在传统冷却塔或闭环系统中看到的有效地处理导电水，高压发生器系统40优选地能够向反应室36中高压放电电极与接地电极之间的5mm左右的电极间隙输出200kV的电压。尽管可以使用本领域中的普通技术人员能够理解的修改的其他间隙距离，5mm左右的间隙距离是优选的。这之所以是优选的，是因为更大间隙距离需要增加输出电压，这会引入其他问题，比如高压发生器系统40中的组件失效，而更小的间隙距离减少暴露于等离子体放电的水的体积。

在一优选实施例中，高压发生器系统40包括阶段1低压组件(如图19和22所示，驱动电路39)，该组件从典型壁装电源插座获取110V输出并产生40kV DC信号。这通过使回扫变压器的输入端产生脉冲的零压开关电路来实现。可通过增加或降低所述变压器的匝数来改变回扫变压器的输出电压。使用零压开关驱动器电路的优点是，它具有高噪声抗干扰性，也就是不容易受脉冲功率系统中产生的电磁干扰的影响。也可以使用数字电路或其他电路，但它们对等离子体反应室36产生的外部干扰比零压开关驱动器产生的干扰更敏感。为了保护电子设备免受高压输出干扰，这构造成单独屏蔽体。来自阶段1低压组件(驱动器电路39)的信号用于给马克斯发生器42中的电容器组充电，马克斯发生器42具有并联装配的电容器。当电容器组达到放电极限时，只要在放电与接地电极之间的终端电压大于200kV，在马克斯梯子中的火花间隙中引发级联放电事件。

用于增压或吹气的气泵44或其他设备优选地集成到高压发生器系统40，但也可以在发生器系统40外部与适当管道连接以允许气流进入发生器系统40。气泵44吹入空气穿过高压发生器系统40以熄灭马克斯梯子42的电极，这有助于增加电极寿命。气泵44吹空气穿过电极并进入反应室41的火花间隙。由火花间隙室41产生的臭氧气体30从高压发生器系统40撤出并优选地向回循环注入或灌入到水流18以提供进一步水处理。从马克斯梯子产生的臭氧通常视作浪费产物，但根据本发明它有益地作为水处理的来源使用。更优选地，在进入反应室36的入口处或附近，臭氧气体30进入水流18。这允许将臭氧(以及空气的其他成分，例如氮)引入水供应，且也用微气泡给水流18充气以形成进料流24。发现与等离子体放电相结合使用来自高压发生器系统40的臭氧副产物，是配合的并且在处理的水中减少浮游细菌特别有效。

处理系统10也包括电源系统46和多种保护设备以保护水系统的组件免受产生的过电压影响。电源系统46优选地包括不间断电源或隔离变压器，这减少了任何瞬态电压尖峰进入其中水系统12被收纳的建筑物的电源。这也使高压发生器系统40与建筑物和水系统12的其他电子组件隔离，诸如具有单独不间断电源或隔离变压器60的传感器16。接地金属组件56优选地放于用于水系统12的蓄水池中(比如冷却塔外壳中的储槽54)。接地金属组件56优选地是一片金属或具有大表面积的网，但可以使用其他形状和构造。该接地组件减少或消除穿过水的电磁干扰。电磁干扰消除器58优选地连接至或被夹紧在水系统12的电子组件上，尤其是将用于监控水质量(诸如电导率、温度和pH)的任何传感器(如传感器16)。根据需要，其他接地设备(比如52)可以加至其他蓄水池或水系统12内或连接水系统12与处理系统10的管道。在一优选实施例中，接地设备52包括插入管道壁的螺钉且水系统中的水经其流出，以及一定长度的电线，该电线一端连接至螺钉的头部并缠绕在管道周围多圈，另一端接地。也可以使用本领域普通技术人员将理解的其他接地设备或构造。通常，这些接地设备被放于特定种类设备(诸如腐蚀计(腐蚀监视系统)，化学控制器、流动控制器、电导率探针)上或附近，或者利用在大多数的大型水系统应用中使用的2到4个设备将其在整个水系统中间隔开。这些接地设备用于保护水系统12的组件，并且允许来自多个接地点的能量收入并储存入电容器或电感器。收入和存储的能量可以用于产生低等级能量场(电磁或电化学)以对水处理过程提供进一步利益。电磁场已经用于防止化学结垢，并已用于引起电穿孔和离子回旋共振，它们已显示出具有抗菌性能。电化学反应能够产生集中高pH和低pH的区域，也能够引起电穿孔。它们还能在水系统内局部地产生低级别电磁场而不储存能量。例如，凭借绕在上述水系统中的管道上的绕线设备，每次(来自等离子体的)脉冲沉入地表，便将有电流通过管道周围的电线圈，以在该位置在流经管道的水中产生磁场。

处理系统10还优选地包括控制器或定时器，以便以定期间隔激活处理系统10。控制器或定时器定期打开各种组件，包括电源系统46，用于给高压发生器系统40、空气泵44以及气体注入系统28的组件(例如，微型起泡器20)充电。一旦从高压发生器系统40中给反应室36释放高压，并且在反应室外壳35内生成等离子体放电，则处理系统的组件关闭，直到下一个循环的时间。在水系统和处理系统的正常操作期间，在持续几周到几个月的基本上连续的处理循环的过程中，以定期间隔(优选地，15分钟间隔左右)重复该启动/停用循环。该启动/停用减少整个系统发热并且增加效率。随着系统热量上升，马克斯发生器40中将会消散更多能量，这导致更多充电损失，更少能量可用于反应室外壳35内等离子体产生。定期停用期间允许系统冷却，减少了充电损失并增加了效率。定期启动/停用还将允许来自火花间隙室的臭氧定期地流出(并且优选地馈送到反应室外壳内，以增强水处理)并在反应室外壳内的高压电极与接地电极之间在大于5mm的电极间隙上维持脉冲电弧放电。为了安全地运行系统，优选地通过具有接地故障电路中断特点的配电箱45为系统供电。如果从设备流出的电流与流进设备的电流不匹配，将触发该应急系统。

下面是其中列出了根据本发明的多种实施例的处理系统10的实例。

实例1A.直接放电进入未保护系统：在实验的第一组中，使用导频冷却塔。该实验系统的与图1中描绘的系统一致的组件根据图1中的参考数字来表示。冷却塔(总体积100L)水系统12装入水，系统设为循环。使用优势控制系统和生物监测来监视水化学，使用两个内部生物监测系统和ChemTrak生物监测器执行生物监测。这些系统与在大型商业或工业冷却塔操作中通常发现的类似。为了将高压发生器系统装入冷却塔，从热交换器机架经由机械球阀和12英尺0.75英寸直径的透明柔性PVC管引出侧水流(水流18)。该阀允许系统基于被处理水的特定成分改变流动动力学。例如，改变经过文丘里管的流速改变气泡如何散布至水中，这反过来可以改变在高压放电电极产生等离子体的形式。在使用直流高压放电的生物控制的整个系统水的处理方面，体积和流速也是很重要的，因为成功处理不仅取决于传递的能量的量，也取决于处理时间。因为细菌不断在一个典型的系统中的大体积的水内复制，重要的是达到通过反应室36足够高的流速，以确保系统的水的总体积被反复处理或者循环通过高电压放电区，以增加总处理时间(带有生物成分的水柱与高压放电接触的时间总量)。

使用导频冷却塔上的这种设置允许最大侧水流为2gpm。该管道通过螺纹聚乙烯倒钩配合件连接至等离子体室36。在反应室的出口，5英尺的透明PVC管用于排出反应室(水流50)流出的水进入储槽54。有关上面优选实施例描述的接地点(比如接地52和56)都没有落实到位。反应室36连接至高压发生器系统40。单元被激活并观察到1cm电极间隙上在具有1,500μmhos电导率的水中发生脉冲火花放电。刚激活高压发生器系统40时，水系统12的流动控制继电器开始激活关和开，切断水系统12的电源。优势控制器中的电子设备过载并关闭系统，生物监测输出(位于空间中远离高压发生器系统40的另一侧)过载并关闭。图2A和图2B示出了在该测试实施例中具有等离子体单元的水中测得的电磁场，在两个情况下中具有水流和没有水流以及经过水的电磁场。可以看出，当水流动时(图2A)，具有高共振电磁脉冲穿透在整个系统流通的水。可以看出，即使当水不流动时(图2B)，仍然具有由高压放电导致的可测的电磁场。

实例1B.直接放电进入保护系统：重复1A的实验，不同之处是多个接地保护系统落实到位。接地放于储槽54中和贯穿系统的管道(如上讨论的使用螺钉和电线)的部分。图3示出了在水中的电磁场明显减少。使用多个接地系统，现在能够连续运转高压放电系统几个小时而不对作为水系统12的部分的电子控制和监视设备引起问题。

实例2.去除微生物的工作台试验：进行了四项工作台级的研究以确定在水中的非热等离子体放电灭活微生物的功效。众所周知，水中等离子体放电会产生活性氧种、紫外线辐射和压力场冲击波，所有这些可以灭活微生物。可以通过在溶液中增加电场超过溶液的击穿电压实现等离子体放电。击穿电压取决于溶液的电导率和介电性能。已观察到，在输入能量和系统中微生物的对数减少(log reduction)之间存在关系。也已记录下来的是，实现在大肠杆菌中一个对数减少(已知为D值)需要的输入能量可以从14J/L变化至大于366J/L。至于特定种类菌属的实验，报告实现一个对数减少需要的平均输入能量为85kJ/L。

在第一实验组中，有杆圆柱电极放置在含有1600毫升水(800毫升水和800毫升蒸馏水)的烧杯中。由马克斯发生器产生的臭氧(从非热等离子体的电压倍增器)被通入到含有1600毫升的水(也是800毫升水和800毫升蒸馏水)的次级烧杯中(烧杯#2)。对于这些测试，使用大肠杆菌(大肠杆菌)，是因为它对于定向能失活方法有高易感性。对于含有1600毫升的所述水的每个烧杯，2毫升的TSB原液与已知浓度的悬浮大肠杆菌用于接种到每个装水的烧杯，以得到最终大肠杆菌浓度为4.65×10⁶cfu/ml(测试#1)和4.50×10⁶cfu/ml。对于只有烧杯(烧杯#1)测试的等离子体，圆柱电极直径从1/4英寸(其产生电弧放电)增加至1英寸尺寸使得放电期间溶液中产生脉冲电晕。该测试的目的是确定哪个电弧放电(哪个投入系统更多能量，哪个优选)或脉冲电晕导致最大生物失活。

至于只有烧杯的臭氧处理，臭氧被推入穿过马克斯发生器室，使用增氧气石鼓入烧杯。实验期间，在0分钟，2分钟，4分钟，10分钟，20分钟，和30分钟从每个烧杯独立地收集25mL样品并进行生物鉴定，以确定cfu/mL。只测试了脉冲电晕等离子体的结果如下面的表1的测试#1下所示。

第二实验结合通入的臭氧和有杆圆柱电极设置到包含1600毫升(800毫升水和800毫升蒸馏水)的烧杯中(测试#2)。在这个测试中，2毫升的TSB原液与已知浓度的悬浮大肠杆菌用于接种到装满水的烧杯中，以得到最终大肠杆菌浓度为6.10×10⁶cfu/ml。圆柱电极直径1/4寸使得放电期间溶液中产生脉冲火花(电弧放电)和由马克斯发生器所产生的臭氧通入电极设置之下的烧杯中。在实验过程中，在0分钟，10分钟，30分钟，45分钟和60分钟收集25毫升样并进行生物测定以确定cfu/mL。结果显示表1的测试#2的下面。

第三个实验的特点是，有杆圆柱电极构造放置在含有1600毫升水(800毫升水和800毫升蒸馏水)的烧杯中(测试#3)。由马克斯发生器产生的臭氧(从非热等离子体的电压倍增器)通入到含有1600毫升的水(800毫升水和800毫升蒸馏水)的次级烧杯中。对于这项研究，利用大肠杆菌(大肠杆菌)，是因为它对于定向能失活方法有高易感性。对于含有1600毫升的所述水的每个烧杯，2毫升的TSB原液与已知浓度的悬浮大肠杆菌用于接种到每个装水的烧杯，以分别得到最终大肠杆菌浓度为3.05×10⁶cfu/ml和3.40×10⁶cfu/ml。类似于第二试验，减小圆柱电极直径使得放电期间溶液中产生脉冲放电(脉冲电弧放电)。至于只有烧杯的臭氧处理，臭氧被推入穿过马克斯发生器反应室，使用增氧气石鼓入烧杯。实验期间，在0分钟，10分钟，15分钟，30分钟，和45分钟，从每个烧杯独立地收集25mL样品并进行生物鉴定，以确定cfu/mL。只测试了脉冲电晕等离子体的结果如下面的表1的测试#3下所示。

在第四实验中，结合通入的臭氧和有杆圆柱电极结构放入包含2000毫升(1000毫升水和1000毫升蒸馏水)的烧杯中(测试#4)。在这个测试中5毫升的TSB原液与已知浓度的悬浮恶臭假单细胞菌用于接种到装满水的烧杯中，以得到最终假单细胞菌浓度为7.00×10⁷cfu/ml。与第一实验不同，圆柱电极的直径减小，因此放电期间溶液中产生脉冲放电(脉冲电弧放电)，并且马克斯发生器生成的臭氧随气泡进入电极结构下的烧杯。实验期间，在0分钟，15分钟，30分钟，45分钟，和60分钟收集25mL样品并进行生物鉴定，以确定cfu/mL。结果如表1所示。

表1-等离子体效果研究概要(工作台级测试)

表2-等离子体效果研究概要(工作台级测试)

参照图4，也可以使用本发明的系统和方法的优选实施例执行现场测试。该现场测试的目标是在冷却塔水系统112中安装等离子体水处理系统110。冷却塔水系统112使用氧化杀菌剂控制水中的微生物种群，冷却塔水系统112具有1,400加仑的总体积，位于当地大学的管理楼外部的街面。监视水流和水导电率的控制单元115用于控制水系统排污和化学品进入储槽154。该单元维持水电导率在900μmhos到1500μmhos之间。等离子体处理系统110包括高压发生器140和等离子体反应室136。高压发生器包括马克斯梯子或马克斯发生器142，该马克斯发生器设置在包括电介质阻挡层的外壳143内的火花间隙室141中。臭氧气流130从火花室141中撤出并通过文丘里管121注入入口水流114。尽管在测试中最初未使用，空气122和/或活性气体126也可以通过微起泡器或相似设备120注入水流。T型物、混合器或类似设备129可以用于来自将微起泡器120的空气和/或活性气体灌入水流124(包含臭氧)并提供至进入反应室136的入口。反应室136包括密封不透水外壳135，该外壳被内电介质阻挡层134a和外接地屏蔽134b包围和屏蔽。电介质阻挡层134a是非导电层，防止向接地层34b电弧放电，接地层134b是接地的导电外层。反应室136内设有高压电极和接地电极，随着高压发生器140产生的电压通过电线138传递至反应室136内的高压电极，高压电极和接地电极产生等离子体放电。电线138可以用作高压电极或者可以连接至更厚的杆或其他导体，以用作电极。另外设置另一接地148与外壳135周围的接地层134b接触。接地148可以用作接地电极或者可以连接至更厚的杆或其他导体，以用作电极。该现场测试中的反应室136为4英寸左右直径。该现场测试中的反应室136直接铺设水管至水系统112的水线路。反应器入口129从泵113的高压侧连接至水线路114，泵113从冷却塔储槽154中除去水。在泵113与反应室136之间插入的文丘里管121用于使由马克斯梯子142产生的臭氧气体130进入被处理的水中。在反应室136中排出的处理水150返回至冷却设备的输出侧，该输出侧循环返回至冷却塔。

当最初安装系统110时，参考图1提到的建议预防措施或保护措施和处理系统10落实到位。系统110安装在靠近水系统主控制系统的位置，它未接地，没有对控制单元屏蔽，在用于EMI抑制的传感器引脚周围没有铁氧体磁珠。高压发生器140直接塞进壁中的插座。

为了开始过程，将水流114引入反应室136并起动高压系统140。立即穿过水的电磁反馈引起水系统112上的电导率仪表跳至6000μmhos，使水系统112进入即刻排放模式(blowdown mode，排污模式)，引起倾倒的水进入下水管道。没有参考图1的系统10的一个或多个保护措施情况下，能够在冷却水系统中有效地运行高压放电处理系统。

系统110和112的设置然后重新配置有被隔离在外壳172内的水控制单元170(用于控制水系统112的多种组件)并且通过在引向电导率传感器16的电线周围夹紧铁氧体磁珠158。外壳172在系统110运行期间围住水系统控制单元170，但包括可打开的门或可拆卸的盖，使得内部可被用于服务。外壳172优选地是金属盒，但也可使用其他屏蔽材料(诸如塑料、混凝土或金属塑料复合物)。向着空间的远离控制器的相反侧移动高压发生器140(约12英尺远，优选地至少6英尺远)，电源146从与电源直接连接转换为通过UPS运转。如返回(处理)水线路150通过151接地，冷却塔中的储槽154被接地156。可选地，铁氧体磁珠153也缠绕在处理的水线路150周围。当激活系统110时，对控制系统170或传感器116没有负面影响，允许冷却塔系统112正常运行。

使用这种设置，水处理系统110运转6个月而不用添加杀菌剂。在这个过程期间，在马克斯梯子142产生的臭氧130引入进入反应室136的水中。这在高压电极表面产生气泡的细水流。当水具有900μmhos的低电导率时，足够产生等离子体放电，但当电导率随着浓缩倍数(cycle of concentration)的增加而增加时，这将不再足够在反应室中产生等离子体放电。随着水电导率增大，寄生电化学反应变成支持电子放电的机制，并且生成等离子体的能力减弱。引入附加空气122到反应室，在接地电极与高压放电电极之间提供更多强力空气，允许在电导率超过1500μmhos的水中产生等离子体。一旦电导率达到预设边界(通常1500μmhos)，冷却塔或其他水系统进入排放模式，倾倒高电导率水至下水道并用新水(通常来自市政供应，但可以使用其他较低电导率的水来源)。

参照图5，在第二现场试验中测试等离子体处理系统210的优选实施例。系统210安装为处理2200加仑不锈钢/镀锌冷却塔水系统212。在安装期间，高压发生器240和等离子体反应室236被屏蔽在外壳260内，并放于远离水控制单元270和水系统212的传感器216的外壁上。外壳260优选地远离水控制单元270和传感器216至少6英尺。外壳260优选地由金属制成，但也可以使用其他材料(诸如塑料或金属塑料复合物)。外壳260在运行期间围住系统210，但包括可打开的门或可拆卸的盖使得内部可以被服务获取。当使用外壳260时，不必在外壳(诸如使用的外壳172与系统110)中围住控制单元170，但这样的外壳也可以用于控制单元的附加保护。来自储槽254的水214使用泵213流通穿过等离子体反应室，泵213直接地放到储槽254中，储槽254接地256。高压发生器240直接连接至作为电源246的主电插座，但插座在其断电器电路上。利用这种结构，系统210能够连续运转6个月(期间冬天关闭冷却系统，但可以相信的是，如果需要冷却，利用本发明实施例系统可以继续运行更长周期)而没有任何电气或EMI问题妨碍水系统212运行。

可以和根据本发明的任何处理系统一起使用保护措施(诸如接地金属片或大面积网放于储槽(与56类似)内)、电磁干扰消除器(比如58)、接地电线缠绕管道段或磁珠(比如52或158或258)、高压发生器和反应室的保护外壳(诸如260)、水控制单元(比如172)周围的保护外壳、从水控制单元和传感器单元定位高压源和反应室足够距离、用于高压发生器的隔离电源(比如在其断电器电路上的插座或UPS或隔离变压器)和/或用于水控制单元或传感器的隔离电源(比如单独UPS或隔离变压器)的组合，以保护水系统组件免受任何干扰或损害，并允许处理系统以延长周期时间连续运行。也可以和根据本发明的任何处理系统一起使用接地设备的任何组合，以收获(并使用电容器或电感器储存)处理系统产生的过剩能量，并产生低级别能量场(电磁或电化学)，给水处理系统提供进一步的利益。

控制在其内发生等离子体放电的反应器外壳上的压降的能力对于确保充分放电有效是重要的，尤其是如果臭氧、空气或其他气体加入入口水流内，以补充高压放电电极的电介质阻挡的情况下。帕邢定律(Pascheen’s Law)是一个方程式，描述了作为压力和间隙长度(在高压电极与接地电极之间的距离)的函数的两个电极之间开始放电所需要的击穿电压。在开始等离子体放电时，必须达到电子的第一电离能量，以逐出和释放电子，在加速时由于释放的电子与原子碰撞而造成链式反应电子雪崩。放电介质的压力越高，在电子从放电电极向接地行进时发生的碰撞更多，并且这使电子方向随机化，这反过来可以造成电子减速，在电极之间造成放电失败(failed discharge)。由于水可以被视为高度冷凝的气体，所以在电极上的压降变成对在反应器外壳内成功产生液中放电的能力的主要影响因素。

此外，由于流过反应器外壳的流速增大，所以在通过反应器外壳的某些流动区域内可以开发堵塞点(瓶颈)，并且这些堵塞点造成压力上升，这影响了在反应器外壳上的压降。为了在反应器外壳内使等离子体成功放电，优选地尽可能减少这些潜在的堵塞点。同样，优选地，根据以下方程式，根据本发明的处理系统(例如，系统10、110或210)被配置成使得在反应器外壳的出口端上的处理的水流具有可能最高的流量系数：

其中，C_v＝阀门的流量系数或额定流量(以gpm为流动的水体积)

F＝流率(每分钟美国加仑)

SG＝液体的比重(水＝1)

ΔΡ＝主体两端的压降(psi)

具有可以单独或者共同操作的几个因素，这优化在主体上的压降以及通过反应器的流体的流速。降低流速是不可取的，这是因为这减小了流量系数，并且优选地，在排放端上的流量系数尽可能高。降低流速还尽可能减小接触时间并且降低效率，这是不可取的。此外，优选地尽可能减小在反应器外壳135上的压降，以增大流量系数。在使用根据本发明的处理系统进行的实验中，确定通过降低击穿电压来尽可能减小在反应室的排放端上的压力，有助于形成等离子体。在高电导率水中，诸如在再循环水系统中经常遇到的水，降低击穿电压，产生更少的寄生电流损失(V＝iR)，因此，更多的能量输入到通过等离子体处理的水内。

除了尽可能减小在排放端上的压力，与在处理的水中的更大电导率相关联的减少的等离子体生成也可以由通过以下方法解决：(1)将高压电极与接地电极移动为彼此更接近(但是这具有减少向等离子体放电暴露的水的体积的缺点)；(2)增大在接地与高压电极之间的电压(但是这具有在高压发生器内可能发生组件故障的缺点)；或者(3)增大围绕高压电极的气相电介质阻挡。根据本发明的处理系统和方法最优选地依赖于通过将给处理的水加入气泡的气体注入系统来增大气相介质阻挡，用作帮助在高电导率水内生成等离子体的最有利的方式。

参考图6-7，示出了反应室136和电极安装组装件80的优选的实施方式。反应室136与在图4示出的反应室一样，并且可以供处理系统10、110或210使用。反应室136包括密封的防水外壳135，该外壳在两端137、139覆盖并且具有配件129、133，所述配件允许引入并且从反应室外壳135中去除水和气体，用于与高压电极138和接地电极148进行电气连接。在该实施方式中，连续的水流114从在处理的水系统中的源中被泵送到反应室外壳135内，然后，通过顶部排出，作为处理后的水150。由于水流入反应室外壳135内，所以臭氧气体130(优选地在高压电源140中生成(在图6未示出))可以使用文丘里管121或其他类型的气体注入器/扩散器引入水内。然后，水/臭氧混合物124进入入口端口129，其中，在进入反应室外壳135之前，该混合物可选地与压缩空气122或其他气体(这可以通过微型起泡器(例如，120)起泡)混合。电极安装组装件80设置在反应室外壳135内，该组装件的一端连接至高压电极138，并且其相反端连接至接地电极148。在本文中称为高压放电区域或区或等离子体放电区域或区(在图6显示为101)的区域内，在高压电极和接地电极之间的电位差在高压基座82与接地基座92之间在水内造成等离子体放电。

参考图6-14，电极安装组装件80设置在反应室外壳135内。电极安装组装件80优选地包括高压基座82、接地基座92以及接地电极管147。高压基座82和接地基座92被配置成通过彼此固定的距离保持高压电极和接地电极，使得电极间隙大约是1到10mm，并且最优选地大约是5mm。该距离允许充分的水量暴露到等离子体中，尤其在使用下面讨论的优选的接地电极构造时，同时不需要增大高压发生器的输出电压。高压基座82优选地具有轮状构造，其包括中心轮毂88、多个轮辐86，所述轮辐从轮毂88径向朝外延伸并且在外环或轮缘84上结束。轮毂88优选地具有略微锥形或截头锥构造(如图8所示)，但是还可以是大致柱形。开口90设置为穿过轮毂88，并且高压电线138(或连接至电线138的更粗的杆或导电材料)嵌入在开口90内，以用作高压电极。最优选地，高压电线138在其整个长度上具有介电涂层，以尽可能减少寄生电化学反应。

轮辐86相对于轮毂88和轮缘84优选地成角度(如图6-7所示)，这尽可能减少轮毂对高压电线电极的接触面积，从而通过减小通过轮毂的塑料材料的导电性，来增大在电极上的电荷密度。轮缘84优选地具有一种形状和尺寸，其被配置成与反应室外壳135(或35或235)的形状和尺寸配合。反应室外壳最优选地是圆柱形，因此，轮缘84也优选地是圆柱形，具有略微小于反应室外壳135的内径的直径，使得高压基座82可以插入反应室外壳135内，并且紧紧配合在外壳135的内壁上。高压基座82的开口的轮状构造帮助消除可以阻碍等离子体产生的任何压力堵塞点。

在图9A-9B示出供电极安装组装件80使用的高压基座182另一个优选的实施方式。高压基座182优选地包括中心轮毂188、多个轮辐186，所述轮辐从轮毂188径向朝外延伸并且在轮缘184上结束。高压基座182与基座82相似，除了在该实施方式中，轮毂188优选地是大致柱形并且轮辐186相对于轮毂188和轮缘184不成角度以外。大致柱形的轮毂在高压电线/电极与接地电极之间的间隙距离内提供更大的精确度。大致柱形的轮毂188可以与成角度的轮辐一起使用，与图6-7相似。

返回图7和图10-13，接地基座92优选地包括轮缘94、从轮缘94延伸的主体96以及从主体96延伸的轴环98。开口100设置为通过轴环98。轮缘94优选地具有一种形状和尺寸，其被配置成与反应室外壳135(或35或235)的形状和尺寸配合。反应室外壳最优选地是柱形，因此，轮缘94也优选地是柱形，具有略微小于反应室外壳135的内径的直径，使得高压基座92可以插入反应室外壳135内，并且紧紧配合在外壳135的内壁上。主体96优选地具有闭合、截头锥或穹状形状，这帮助通过漏斗将任何加入的气泡注入等离子体放电区域101内并且朝着高压电极138。

在图14示出接地基座192的另一个优选的实施方式。接地基座192优选地包括轮缘194、从轮缘194延伸的主体196以及从主体196延伸的轴环198，均与接地基座92相似。开口200设置为通过轴环198。与接地基座92不同，接地基座192增加了轮状结构(与高压基座182相似)。接地基座192还包括中心轮毂204、多个轮辐202(所述轮辐从轮毂204径向朝外延伸并且在轮缘194上结束)、以及设置为通过轮毂204的开口206。

接地电线148设置为通过开口100并且连接至接地电极管147。在接地电极管147的端部可以设置具有孔的耳片(tab)，以促进连接至接地电线148。最优选地，接地电极管147(如图6-7所示)包括大致柱形主体(或其他形状，其被配置成插入轴环98内)或空心管，该空心管具有穿过主体的侧壁设置的多个开口149。接地电极管147优选地由钛制成，但是还可以使用其他导电材料，例如，不锈钢或铜。开口149优选地是圆形，具有在大约4mm与8mm之间的直径；但是还可以使用其他形状。开口149的尺寸足够大，以允许过剩气体逸出并且在等离子体放电区域101内部防止压力堵塞点。开口149具有围绕开口的边缘具有更大的场增强的优点，这些开口产生增强场效应的未形成的场线。在反应室外壳135透明或者具有观察窗时，开口149还具有允许等离子体放电可见(作为强光)的优点。接地电极管147的外部侧壁优选地具有介质阻挡涂层，例如，非导电陶瓷或玻璃，以减少在接地电极管147的外表面上的寄生电化学反应，并且尽可能增大电位，用于在等离子体放电区域101内生成等离子体。

接地电极管147最优选地被配置成嵌入在轴环98内和轮毂88内(如图7所示)，以连接高压基座82和接地基座92。接地电极管147可以可拆卸地连接至轴环98和/轮毂88，例如，通过螺丝。可替换地，接地电极管147可以不一直延伸到轮毂88(如图6所示)。在该构造中，高压基座80和接地基座92由其在反应器主体135内的相对位置隔开并且由摩擦保持在原位，另一个结构从接地电极基座延伸到高压基座，或者其他装置(例如，在反应器主体135内的边缘或其他突出部分)被配置成与轮缘94和84配合，以相对于接地电极管147定位高压电极138。高压电极138的下端设置为通过轮毂88并且进入接地电极管147内。虽然高压电极138可以一直延伸到接地基座92或基本上穿过接地电极管147的长度(如图6所示)，但是最优选地，高压电极138延伸到管子147内仅仅大约4到30mm的短距离(如图7所示)，以避免高压电极干扰水流过反应室主体135。高压电极138和接地电极管147优选地具有某个尺寸并且被配置成在这两个电极之间提供大约1到10mm并且最优选地大约5mm的间隙。在图6-7示出的配置中，在高压电极138是部分设置在接地电极管147内并且与接地电极管147基本上同心的杆的情况下，间隙是在高压电极的外壁与接地电极管147的内壁之间的径向距离。接地电极管147最优选地具有大约2到4英寸的长度。具有较短的电极，允许具有更大的电荷浓度，这帮助放电。

高压电线138和接地线148优选地由固体材料制成，而非编织线。由于实芯线更容易在端部配件137、139或端口122、133上密封，所以这能够更容易连接。实芯线还消除了水从反应器外壳135中进入内部芯内(这可以是危险的)的潜在这问题。

电极安装组装件80以及在组装件80的组件上的任何变化可以供在根据本发明的任何处理系统和方法内的任何反应室/外壳使用，包括反应室外壳35、135和235。如图6-7所示，优选的电极安装和接地电极构造允许在一系列水化学条件下生成等离子体。例如，由于水的电导率随着再循环的周期而增大，所以通过仅仅改变气体流动速率，可以传送给等离子体放电区域101的空气/气体/臭氧的量可以增大。更大的气体流动速率对应于气相介质阻挡的增大，以在高电导率条件下实现更大的等离子体放电，而不改变在电极之间的距离或者增大在底面与高压电极之间的电压。

通过气体注入系统、反应室以及电极安装组件，执行一系列测试，与在图6示出的相似。所使用的水系统是位于地方大学的冷却塔，并且水具有在980mmhos到1900mmhos的电导率范围。处理系统连续运行4个月的时间段。放电电压设置为240kV，并且在高压与接地电极之间的电极间隙是5mm。反应器外壳由透明材料制成，因此，外壳的内部可见。在操作期间，观察到在接地电极与高压电极之间的等离子体放电以及被迫进入在接地与高压电极之间的空间内的气泡。一旦电导率增大为超过1000mmhos，则使用仅仅通过文丘里管引入的气泡，观察不到等离子体放电；然而，一旦额外的压缩空气引入在接地与高压电极之间的空间内，就再次观察到等离子体放电。

在图15-18示出了根据本发明的在任何高压发生器内使用的马克思发生器的支撑结构62的优选实施方式，例如，高压发生器系统40、140或240。支撑结构62优选地包括上部支撑臂66T、下部支撑臂66B以及在上部支撑臂66T与下部支撑臂66B之间延伸的一个或多个端部支撑臂66E。上部支撑臂66T优选地形成具有包括开口中心部的大致矩形。同样，下部支撑臂66B优选地形成具有包括开口中心部的大致矩形。垂直端部支撑臂66E在支撑结构62的一端处连接上下支撑臂66T和66B，以形成大致U形框架。支撑结构62的另一端优选地基本开口，没有垂直连接器连接臂部66T和66B。连接耳片64优选地设置在支撑结构62的一端，从各顶部和底部支撑臂66T和66B朝外延伸。孔65设置为通过耳片64。耳片64和孔65促进将支撑结构62固定至火花隙室41或外壳43的底面(根据室41和外壳43的构造)并且固定至设置在火花隙室41或外壳43内的电容器组外壳77。支撑结构62还可以由单个部件与火花隙室41或外壳43一体形成。

多个成对的立柱70A-71A、70B-71B以及70C-71C从每个下部支撑臂66B向上延伸。多个第一立柱70A、70B以及70C从下部支撑臂66B的第一侧(前侧)延伸，并且多个第二立柱71A、71B以及71C从下部支撑臂66B的第二(后)侧延伸。参考图20-21(示出了在电容器组外壳77上的马克思梯子支撑结构62，在这两支撑结构之间连接)以及图22的电路图(表示马克思发生器或马克思梯子的典型电路，可以连接至支撑结构62)，包括两个隔开的电极76的火花隙开关(S1、S2等)设置在每对立柱之间，使得S1在70A与71A之间，并且S2在70B与71B之间等。孔72设置为通过每个立柱，火花隙电极基座73设置为通过该孔。在设置在支撑结构62内部的火花隙电极基座73的一端连接火花隙电极76。这在每对立柱70A-71A、70B-71B等之间形成了多个火花隙电极对。电极76和基座73优选地被配置成允许电极沿着基座横向移动，以选择性调整在每对火花隙电极之间的间隙距离。最优选地，火花隙电极基座73包括每个电极76在设置在马克思梯子支撑结构62内的基座73的一端以螺纹啮合附接至的螺丝。该优选的构造允许选择性修改每对电极76的相对位置，以使其在马克思梯子结构62内移动为彼此更接近或者更远离，以通过仅仅沿着基座73的长度旋转电极76，来增大或减小火花隙距离。最优选地，在每对电极76之间的火花隙距离大约是15到40mm。可替换地，每对火花隙电极76可以固定在结构62内的每个基座73的一端，并且基座73可以被配置成相对于立柱70、71横向移动，以选择性调整间隙距离。还可以使用可调电极和可调基座的组合。

最优选地，马克思梯子结构62设置在电容器组外壳77上。在电容器组外壳77内，根据众所周知的马克思梯子电路，多个电容和电阻连接在一起。多个孔设置为通过外壳77的上端或可移动盖体，以允许电线75穿过，以便连接电容到火花隙开关。设置在马克思梯子结构62外面的每个基座73的端部通过电线75连接至在电容器组外壳77内的电容，使得电容C1连接至在立柱对70A-71A上的基座73，电容C2连接至在立柱对70B-71B上的基座73，以此类推。最优选地，为结构62提供3到6对立柱，但是本领域的技术人员会理解的是，可以根据需要提供额外的对，以生成充分的电压。例如，一个电路具有5对立柱，如图22所示，各个火花隙开关S1-S5具有一对。本领域的技术人员会理解的是，这些设置可以进行变化。

结构62的尺寸优选地大约是2英寸宽乘以2英寸高和3英寸宽乘以3英寸高，具有14英寸的长度。如在本文中所述，宽度是基本上在一对立柱70-71之间的尺寸，高度是垂直支撑臂66E从下部支撑臂66B朝向上部支撑臂66T的方向的尺寸，并且长度是支撑臂66T、66B在从垂直支撑臂66E朝着耳片64上的更长尺寸。优选这些尺寸，以便在物理上分开火花隙电极，以帮助防止金属沉积桥接火花隙，这会中断在马克思梯子内生成高压脉冲。最优选地，在火花隙电极76之间的间隙距离(在每对立柱70-71上的一对电极73之间的距离，在图20显示为G)大约是15mm到40mm，并且最优选地，大约是27mm。通过在电极基座73上移动电极76，间隙距离可以选择性增大或减小，这改变了高压发生器产生的电压。此外，其他尺寸可以用于支撑结构62，以缩放火花隙尺寸，尤其是如果需要比在基座73上的距离变化可实现的间隙更大的间隙。此外，可以使用更大的宽度和高度，但是人们认为，远远大于3×3，不能对总体系统操作提供任何明显的优势，这是因为在通道内的金属沉积不再是更大尺寸的系统发送故障的因素。

支撑臂66T、66B以及66E形成基本上开口(open)的支撑结构框架。很多先有技术的马克思梯子具有封闭结构，这可以造成诸如由在马克思室或支撑结构的壁部上的金属沉积造成的寄生放电等问题。由于支撑架62具有基本上开口的结构，所以避免了这些问题。例如，通过从关闭的支撑结构中移开并且移动到使火花隙电极在物理上彼此隔开的开放支撑系统中。通过优选的支撑结构62的配置，包括优选的尺寸，由火花隙放电造成的任何金属沉积不能在电极之间桥接，因此，不能干扰放电时间。

支撑结构62优选地由耐臭氧材料(例如，铁氟龙、ABS或玻璃纤维)制成。由于臭氧由马克思梯子生成，所以优选地使用这种耐腐蚀材料来制造支撑结构62，以避免损坏该结构。使用容易受到臭氧攻击的材料，可以削弱火花隙电极的支撑结构，并且通过处理根据本发明的流水系统所需要的反复的基本上连续的点火使用，该削弱的结构可以经受机械故障并且失效。还优选地使用油涂覆支撑结构62的表面，例如，矿物油或硅油。油会帮助防止火花隙电极的任何金属沉积在支撑结构62的表面上。如果观察到沉积物，则通过擦掉油层可以容易清除这些沉积物并且重新涂覆新涂层。此外，优选地，下部支撑臂66B、立柱70、71的下部以及垂直端部支撑臂66E的下部浸入油槽74内，如图19所示。

参考图19-21，示出了高压发生器系统40的优选的外壳配置。高压发生器系统40优选地包括外壳43、火花隙室41以及马克思梯子42。马克思梯子42优选地包括支撑结构62、电容器组外壳77、低压驱动器电路39、多个电容器C、电阻器R以及火花隙电极76。提供通过外壳43的连接，用于连接外部电源(例如，壁式插座)到驱动器电路39，并且用于连接空气泵44到火花隙室41，并且用于从火花隙室41内撤出臭氧(以及空气的其他成分)。

外壳43优选地是被配置成封闭火花隙室41和马克思梯子42的结构。优选地具有可移动盖体或顶部或可打开的门，以允许进入外壳43的内部并且进入火花隙室41。外壳43优选地由聚碳酸酯、热塑聚碳酸酯或另一种刚性聚合物制成，但是可以使用其他材料。外壳43还优选地包括电介质阻挡，用于隔离马克思梯子42和周围环境并且防止内部组件与附近金结构、电气插座以及其他监控和控制系统形成电弧。这种电介质阻挡可以是在外壳43内部或外部的单独材料层或涂层。

电容器组外壳77优选地具有可移动的上盖或可打开的门，以允许存取在外壳内的电容器C和电阻器R。在外壳77的上盖内设置孔，以允许电线通过火花隙电极基座73连接电容器和火花隙电极76。另一个孔设置为通过外壳，以连接电容器组和低压驱动器电路39。外壳77优选地被配置成包含具有充足容量的油槽74，以至少部分浸入电容器内。矿物油或硅油可以用于油槽74。电容器组外壳77可以设置在火花隙室41内，或者可以位于火花隙室41外面。

火花隙室41可以包括另一个结构，以至少封闭马克思梯子支撑结构62，并且可以封闭马克思梯子42的其他组件。火花隙室41优选地具有可移动顶部或盖体或可打开的门，使得可以进入支撑结构62(或在火花隙室41内的马克思梯子42的其他组件)。在该构造中，马克思梯子支撑结构62的下部支撑臂66B倚靠在火花隙室41的底面上。可替换地，火花隙室可以是可移动盖体，其在支撑结构62之上配合(并且可以在马克思梯子42的其他组件之上配合)，但是没有底部结构。在该构造中，高压发生器42的支撑结构62的下部支撑臂66B倚靠在电容器组外壳77的上表面上(或者可替换地，倚靠在外壳43的底面上)。如果使用可移动盖体，则优选地提供密封，以允许从火花隙室41中抽吸或吸出臭氧。火花隙室41的内表面和用于将由高压发生器42生成的臭氧传输给反应室36的任何管道或导管优选地由耐臭氧材料(例如，铁氟龙、ABS或玻璃纤维)制成。优选地使用这种耐腐蚀材料制造这些组件，以避免由于暴露到臭氧中而损坏这些组件。第二油槽74可选地设置在火花隙室41或外壳43的底部，或者可以设置在马克思梯子支撑结构62的单独托盘或其他容器(未示出)内。油槽74优选地具有充足的容量，使得下部支撑臂66B、立柱70、71的下部以及垂直端部支撑臂66E的下部浸入油内。矿物油或硅油可以用于油槽74。支撑结构62也优选地涂覆油。本领域的技术人员会理解的是，外壳43可以被配置成用作高压发生器系统40和火花隙室的外壳，使得变形情况下不需要单独的火花隙室41。在提供主要外壳，以包含高压发生器系统和反应室(例如，外壳260，其包含高压发生器系统240和反应室236)时，没有单独的火花隙室的构造可以特别有用。

各种孔或端口设置为通过在外壳43、火花隙室41以及电容器组外壳77上的侧壁，以允许将电力从电源系统46中供应给马克思梯子42，以允许将电压从马克思梯子42中传送给反应室36，以允许将空气通过导管47从空气泵/压缩器44中吹入火花隙室41内，并且以允许去除臭氧30。空气泵44可以用于冷却高压发生器42，将火花隙室41加压，和/或通过导管或管道去除臭氧(从火花隙室或外壳中压出臭氧)。文丘里管或真空泵还可以用于通过吸力从火花隙室中去除臭氧，并且将火花隙室加压。

最优选地，火花隙室41(或外壳43，如果未使用单独的火花隙室)保持为更低的压力或负压，小于1个大气，这支撑火花隙的间歇性点火，以定期生成高压脉冲。典型的马克思梯子发生器在大于1个大气的压力下操作。根据本发明的处理系统和方法需要基本上连续的高压生成(充电和放电的反复循环，优选地通过在每个反复循环之间冷却的某个停用周期)，以便处理流动的或再循环的水系统。为了操作根据本发明的马克思梯子，(例如，42、142或242)，在这种基本上连续的操作模式中，优选地减小压力或者在真空中操作，这允许系统通过更低的电压增加并且延长马克思梯子的寿命。

在本文中描述的根据本发明的处理系统的任何组件(包括各种气体注入系统组件、电极安装组装件80以及马克思梯子支撑结构62)可以通过与在本发明的范围内的其他组件或其他实施方式的任何组合共同使用。任何特定的处理系统实施方式(例如，处理系统10、110以及210)不限于相对于该实施方式具体描述的仅仅那些组件和配置。

在流动或再循环水系统内处理水的优选方法包括：在优选地包括马克思梯子的高压发生器内生成高压脉冲；将高压脉冲引向设置为接近接地电极的高压电极，要处理的水流在地面与高压电极之间穿过；并且在设置在高压与接地电极之间以及周围的等离子体放电区域内在流水内生成等离子体放电。最优选地，水连续流过放电区域，并且基于马克思梯子的定期操作，定期生成(大约每15分钟)等离子体。根据另一个优选的实施方式，处理水的方法进一步包括将空气或其他气体注入等离子体放电区域内。根据另一个优选的实施方式，方法包括：捕捉在马克思梯子内生成高压脉冲时作为副产物而产生的臭氧气体；并且将臭氧注入等离子体放电区域内。最优选地，在水中的电导率水平随着再循环的反复周期增大时，增加注入空气或气体。优选的方法进一步包括：在马克思梯子的外壳之上抽吸空气或者通过该外壳吸入空气，以帮助冷却马克思梯子的组件；在外壳内冲洗臭氧；并且将外壳加压，并且马克思梯子优选地在更低的压力或真空条件下操作。优选的方法进一步包括保护水系统的各种组件不受到可以由高压脉冲生成或等离子体放电造成的干扰或损害。此外，捕捉由高压放电产生的过剩能量，并且该过剩能量用于进一步调节在水系统内的水。最优选地，根据本发明的处理水的方法使用在本文中描述的水处理系统的组件。

根据另一个优选的方法，定期测量水的电导率(该测量可以由在水系统内的现有设备或者包含在处理系统内的设备执行)，并且在电导率水平达到预定的阈值时，修改或调整一个或多个处理参数。这些操作参数可以由以下步骤调整：(1)将高压电极与接地电极移动为彼此更接近；(2)增大供应给高压电极的高压脉冲的电压；(3)增大将气泡加入流水流内的速率；或者(4)减小在反应室的出口的流水流的压力。步骤的任何组合可以用于在高水电导率条件下帮助等离子体生成。

这里水系统的参考包括需要周期处理以控制或消除微生物种群生长的任何类型的流水系统(包括工业、商业和住宅)。流经水系统的水可以包含污染物或化学或生物处理剂。这里连续或基本上连续等的参考表示根据本发明的处理系统在更长的时间段内的操作，在水系统和处理系统的正常操作周期内，而非在关闭时间内(例如，水系统的季节性关闭或水系统和处理系统为了维护而关闭)，发生处理系统组件的启动/停用的重复周期。附图中描绘的组件未按比例画出，只是作为在根据本发明的处理系统的优选实施例中使用的多种组件的代表以及和这些处理系统一起使用的水系统。此外，图中描绘的水系统的一定组件可以在相对水系统其他组件的其他位置，本发明的系统可以不是如图中描绘的。本领域的普通技术人员阅读本说明书时应当明白，在本发明范围内，可以做出对具有等离子体放电和臭氧，同时保护水系统组件的系统和方法的修改和替换，且旨在说明文中公开的本发明的范围只受发明者依法享有的所附权利要求书广义解释的限制。

Claims (33)

1.一种用于利用等离子体放电来处理流动的水系统中的水的处理系统，所述处理系统包括：

高压发生器，包括：配置在马克思梯子电路中的多个电容器、多个电阻器和多个火花隙电极，用于所述火花隙电极的支撑结构与外壳；

反应室，包括：被配置成接收流经所述水系统的至少一部分水作为待处理的水的入口，被配置成将所述一部分水在利用等离子体放电进行处理之后返回到所述水系统的出口，以及反应室主体；

气体注入系统，设置在所述入口的上游或者所述反应室内，以添加一种或多种气体的气泡到所述待处理的水中；

高压电极和接地电极，它们均至少部分设置在所述反应室内并且被配置成在由所述高压发生器产生高压脉冲时，在所述反应室主体内的水中产生等离子体放电；

电极安装组装件，设置在所述反应室内，所述电极安装组装件被配置为在所述反应室主体内保持所述高压电极和所述接地电极；并且

其中，所述高压电极的至少一部分被配置为在从所述高压发生器发送所述高压脉冲时接触所述反应室主体内的水。

2.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述电极安装组装件包括：高压安装基座，所述高压安装基座包括被配置为接纳所述高压电极的第一中心轮毂、被配置为与所述反应室的内壁配合的轮缘、从所述第一中心轮毂朝向所述轮缘向外延伸的多个轮辐；以及

接地安装基座，所述接地安装基座包括：被配置为接纳所述接地电极的轴环、被配置为与所述反应室的外壳的形状和尺寸配合的轮缘以及设置于所述轴环与所述轮缘之间的闭合的主体。

3.根据权利要求2所述的处理系统，进一步包括导管，所述导管被配置成将所述高压发生器中产生的臭氧气体从所述外壳内传送给所述气体注入系统。

4.根据权利要求2所述的处理系统，其中，所述接地安装基座的所述闭合的主体包括漏斗形或穹形。

5.根据权利要求2所述的处理系统，其中，所述高压安装基座和接地安装基座被配置成将所述高压电极与所述接地电极保持介于1与10mm之间的固定的间隙距离。

6.根据权利要求5所述的处理系统，其中，所述接地电极包括大致柱形导电的接地电极管，所述接地电极管具有穿过所述接地电极管的侧壁而设置的多个孔，其中，所述接地电极管从所述轴环朝向所述高压安装基座延伸。

7.根据权利要求6所述的处理系统，其中，所述高压电极包括至少部分设置在所述接地电极管内并且与所述接地电极管大致同心的杆，并且其中，所述间隙距离是所述杆的外表面与所述接地电极管的内表面之间的径向距离。

8.根据权利要求7所述的处理系统，其中，所述杆的4到30mm设置在所述接地电极管内。

9.根据权利要求6所述的处理系统，其中，所述接地电极管的外表面涂有电介质阻挡材料。

10.根据权利要求1所述的处理系统，其中，用于所述火花隙电极的支撑结构包括：

上部支撑臂，具有包括开口中心部的大致矩形构造；

下部支撑臂，具有包括开口中心部的大致矩形构造；

一个或多个垂直支撑臂，以间隔开的关系将所述上部支撑臂连接至所述下部支撑臂；

多个间隔开的立柱对，各对包括从第一边的所述下部支撑臂垂直地延伸的第一立柱以及从与所述第一边大致相对的第二边的所述下部支撑臂垂直地延伸的第二立柱。

11.根据权利要求10所述的处理系统，其中，所述上部支撑臂、下部支撑臂与垂直支撑臂形成大致U形框架的开口。

12.根据权利要求10所述的处理系统，其中，所述支撑结构具有2英寸宽乘以2英寸高到3英寸宽乘以3英寸高的尺寸。

13.根据权利要求10所述的处理系统，其中，所述支撑结构进一步包括多个电极基座，各电极基座从所述间隔开的立柱对中的各第一立柱和各第二立柱向内延伸，

其中，各电极基座附接至所述火花隙电极中的一个火花隙电极，以在各间隔开的立柱对之间形成多个电极对；并且

其中，各电极对中的所述火花隙电极之间的间隙距离是15mm到40mm。

14.根据权利要求13所述的处理系统，其中，所述火花隙电极被配置成沿着所述电极基座横向移动，以选择性调整所述间隙距离。

15.根据权利要求14所述的处理系统，其中，所述电极基座包括螺纹，所述螺纹被配置成与所述火花隙电极上的螺纹配合，使得所述火花隙电极能够旋转以实现沿着所述电极基座横向移动。

16.根据权利要求13所述的处理系统，其中，所述电极基座被配置成相对于立柱横向移动，以选择性调整所述间隙距离。

17.根据权利要求1所述的处理系统，进一步包括：设置在所述外壳内的油槽。

18.根据权利要求17所述的处理系统，其中，所述支撑结构包括设置在所述火花隙电极之下的下部支撑臂，并且所述下部支撑臂浸入所述油槽中。

19.根据权利要求17所述的处理系统，其中，所述电容器至少部分浸入所述油槽中。

20.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述支撑结构的表面涂有油。

21.根据权利要求1所述的处理系统，进一步包括文丘里管或真空泵，所述文丘里管或真空泵将所述高压发生器中产生的臭氧吸入导管以将臭氧气体传送至所述气体注入系统。

22.根据权利要求1所述的处理系统，进一步包括气泵，所述气泵将空气穿过所述高压发生器。

23.一种处理流动的水流的方法，所述方法包括：

使用包括多个电容器、多个电阻器和多个火花隙开关的马克思梯子电路来生成高压脉冲和臭氧，其中，所述火花隙开关由开口支撑结构支撑；

将所述高压脉冲供应给设置在接地电极附近的高压电极，其中，在所述流动的水流流经反应室时所述高压电极与所述接地电极都至少部分设置在来自所述流动的水流之中的水中；

在所述反应室内的水中产生等离子体放电；以及

以下步骤中的一个或多个步骤：

(a)在比一个大气压小的压力下操作马克思梯子电路；

(b)使所述支撑结构的至少一部分与油接触，以减少所述支撑结构上的金属沉积；以及

(c)将臭氧供应给所述反应室的上游或者内部的所述流动的水流。

24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：定期清洁所述支撑结构以去除所述油并且供应与所述支撑结构的至少一部分接触的新油的步骤。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，各火花隙开关包括由间隙距离分开的一对电极，并且其中，所述开口支撑结构被配置成支撑所述多个火花隙开关，使得所述间隙距离介于15mm与40mm之间。

26.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：

将一部分水从流动的水系统转移至所述反应室，并且在等离子体产生步骤之后将所述一部分水返回到所述流动的水系统。

27.根据权利要求26所述的方法，进一步包括：将一种或多种气体的气泡添加到所述反应室的上游或者内部的所述流动的水流内。

28.根据权利要求26所述的方法，进一步包括：将臭氧的气泡添加到所述反应室的上游或者内部的所述流动的水流内。

29.根据权利要求27或28所述的方法，进一步包括：定期测量所述流动的水流的电导率并且在电导率位于预定阈值以上时调整一个或多个操作参数。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述一个或多个操作参数通过以下步骤中的一个或多个来调整：

(1)将所述高压电极与所述接地电极移动为更靠近；

(2)增大供应给所述高压电极的高压脉冲的电压；

(3)增加向所述流动的水流中添加气泡的速率；以及

(4)减小所述流动的水流在所述反应室的被配置为将处理后的水返回至所述流动的水系统的出口处的压力。

31.根据权利要求25所述的方法，进一步包括：通过增大或减小所述间隙距离来调整高压脉冲的电压。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述开口支撑结构包括框架、由所述框架支撑的多个立柱以及由所述立柱支撑的多个电极基座，其中，各电极基座支撑火花隙电极中的一个；

其中，通过相对于所述电极基座横向移动所述火花隙电极或者相对于所述立柱横向移动所述电极基座，来增大或减小所述间隙距离。

33.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：定期测量所述流动的水流的电导率并且在电导率位于预定阈值以上时调整一个或多个操作参数。