CN107253746A - 基于csdbd的供水管网终端的水处理装置 - Google Patents
基于csdbd的供水管网终端的水处理装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，包括：供电电源、多个高频高压电极、等离子/准分子发生器和水管；等离子/准分子发生器为圆管式CSDBD共面型沿面低温等离子发生器；供电电源与高频高压电极连接；多个高频高压电极之间平行的均匀分布设置在等离子/准分子发生器外表面；水管设置在等离子/准分子发生器腔体内；等离子/准分子发生器腔体与水管之间通过端盖封接固定。本发明基于化学与物理综合的方法，采用真空紫外线高能量辐照直接杀灭和激发羟基自由基和氧自由基等强氧化剂杀灭的综合方法，在供水终端环节，彻底杀灭微生物以及消解各种有害有机污染物，保证饮用水安全。
Description
技术领域
本发明涉及供水网终端的水处理技术领域，尤其涉及自来水管管网终端水处理装置。
背景技术
目前自来水处理装置市场上大量的商品都是采用过滤以及吸附等物理方法将有害颗粒物滤除来进行净化处理的。吸附饱和后需要频繁更换吸附材料，造成操作麻烦和居高不下的维护成本。过滤又会造成浓缩液、反冲液的弃用浪费，这对于缺水城市绝对无法承受；而且小分子有害溶质、过滤病毒、支原体等难以滤除，而滤除钙镁矿物等身体需要的有益成分又于健康不利。也有一些在管网终端利用臭氧处理饮用水的案例，但是臭氧发生和前期空分的处理、最低有效添加量控制与臭氧尾气危及室内安全管理的矛盾，以及复杂的两相混合结构和低效的能源利用率，使得其数十年都得不到市场承认和普及应用。
目前，自来水在出厂前比较容易保证水质达标和安全，但是为了保证杀菌的效果，一般都会加入过量的氯化物，以抑制微生物滋生，而氯化物的存在就存在与有机物化合成氯甲烷类致癌物质的可能。供水在经过漫长的管网和小区楼宇二次供水环节后，由于沿途渗漏和楼顶水箱管理不善，极大增加了二次污染的可能。更有在突发灾害发生时，无法预测的意外饮用水安全威胁。
因此，现有技术中的缺陷是：对于自来水管网终端水的处理，没有便利可靠的处理方法，使进入家庭的饮用水在任何情况下，都能彻底杜绝污染安全之虞。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，基于化学与物理综合的方法，采用真空紫外线高能量辐照直接杀灭、激发羟基自由基和氧自由基这类自然界中极强氧化剂杀灭的综合作用下，达到在供水终端环节，彻底杀灭微生物以及消解各种可能的有害有机污染物，保证饮用水安全的目的。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
本发明提供一种基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，包括：
供电电源、多个高频高压电极、等离子/准分子发生器和水管，所述水管为透真空紫外介质管；
所述等离子/准分子发生器为圆管式CSDBD共面型沿面低温等离子发生器；
所述供电电源与所述高频高压电极连接；
所述等离子/准分子发生器包括等离子/准分子发生器腔体；
所述多个高频高压电极之间平行的均匀分布设置在所述等离子/准分子发生器外表面；
所述水管设置在所述等离子/准分子发生器腔体内，所述等离子/准分子发生器腔体由放电介质材料制成；
所述等离子/准分子发生器腔体与所述水管之间通过端盖封接固定；
所述等离子/准分子发生器腔体用于填充工作气体；
所述水管的入水口和出水口分别穿过所述装置的相对两端。
本发明提供的基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，其技术方案为：包括供电电源、多个高频高压电极、等离子/准分子发生器和水管，所述水管为透真空紫外介质管；所述等离子/准分子发生器为圆管式CSDBD共面型沿面低温等离子发生器；所述供电电源与所述高频高压电极连接；所述等离子/准分子发生器包括等离子/准分子发生器腔体；所述多个高频高压电极之间平行的均匀分布设置在所述等离子/准分子发生器外表面；所述水管设置在所述等离子/准分子发生器腔体内，所述等离子/准分子发生器腔体由放电介质材料制成；所述等离子/准分子发生器腔体与所述水管之间通过端盖封接固定；所述等离子/准分子发生器腔体用于填充工作气体；所述水管的入水口和出水口分别穿过所述装置的相对两端。
本发明提供的基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，基于化学与物理综合的方法，采用真空紫外线高能量辐照直接杀灭、激发羟基自由基和氧自由基这类自然界中极强氧化剂杀灭的综合作用下，达到在供水终端环节，彻底杀灭微生物以及消解各种可能的有害有机污染物，保证饮用水安全。
使用本发明的装置进行水处理的过程为：
将该装置连接到供水管网终端，一般为水龙头上。供电电源为高频高压电极供电，这种沿面放电CSDBD结构的共面电极，在高频高压激励下，就会在腔体内壁表面产生强电场，激发腔体内的工作气体产生低温等离子/准分子气体发光，当工作气体是氙气灯稀有气体时，则高效发射出波长172nm的高能真空紫外线；紫外线直接或经腔体内壁表面的真空紫外反射层反射，穿过透真空紫外介质的水管(水管)壁射入目标水体，在水体激发水分子产生高浓度羟基自由基、氧自由基等极强氧化物，以直接以及间接方式，杀灭目标水体中的微生物和消解有机污染物。这样当水体由入水口进入装置内后，在通过浸没在等离子/准分子真空紫外光源中的水管时，由于全程都处于高强度的真空紫外辐照之中，通过螺旋结构或进一步经过同类装置的串联，进一步增加辐照反应时间，使得目标水体中的微生物持续被高能紫外和极强氧化物的杀灭、有害污染物被高能紫外和极强氧化剂氧化消解。
等离子发生器内充入工作气体，工作气体受等离子发生器发出的等离子体激发产生准分子发光，产生真空紫外，真空紫外光线穿透透射深真空紫外的介质的水管壁，激发目标水体水分子产生羟基自由基和氧自由基等强氧化剂，在真空紫外线和多种强氧化剂的共同作用下，对进入装置的水体进行消解污染物和杀灭微生物。
进一步地，所述圆管式CSDBD共面型沿面低温等离子发生器包括低温等离子膜、放电介质板和介质底板；
所述低温等离子膜、放电介质板和介质底板由所述圆管式CSDBD共面型沿面低温等离子发生器的内壁依次向外设置。
进一步地，所述低温等离子膜为真空紫外高反介质膜层。
进一步地，所述等离子/准分子发生器的材质为高介电系数材料，所述等离子/准分子发生器的管外壁为金属，所述多个高频高压电极为对所述等离子/准分子发生器的外壁进行金属化加工得到的高频高压电极。
进一步地，所述高频高压电极之间设置绝缘隔离层。
进一步地，所述水管设置为直管或螺旋管状。
进一步地，所述等离子/准分子发生器腔体中间设置填充管，所述填充管两端分别穿越所述装置的相对两端，所述填充管与所述等离子/准分子发生器腔体之间由端盖封接固定。
进一步地，所述水管和填充管的材质为透射真空紫外材料。
进一步地，所述绝缘隔离层的材质包括本体介质凸棱、陶瓷、玻璃、聚酰亚胺、氟塑料和硅橡胶中的至少一种。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1示出了本发明实施例所提供的一种基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置的示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的一种基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置工作原理图；
图3示出了本发明实施例所提供的一种基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置中等离子/准分子发生器的基本原理图；
图4示出了本发明实施例所提供的一种基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置中等离子/准分子发生器的为环状管网示意图；
图5示出了本发明实施例所提供的一种基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置的集成示意。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
图1示出了本发明实施例所提供的一种基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置的示意图；如图1所示，实施例一提供的一种基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置100，包括：
供电电源8、多个高频高压电极2、等离子/准分子发生器3和水管4，水管4为透真空紫外介质管；
等离子/准分子发生器3为圆管式CSDBD共面型沿面低温等离子发生器；
供电电源8与高频高压电极2连接；
等离子/准分子发生器3包括等离子/准分子发生器腔体；
多个高频高压电极2之间平行的均匀分布设置在等离子/准分子发生器3外表面；
水管4设置在等离子/准分子发生器形成腔体内，等离子/准分子发生器腔体由放电介质材料制成；
等离子/准分子发生器腔体与水管4之间通过端12封接固定；
等离子/准分子发生器腔体用于填充工作气体；
水管4的入水口1和出水口5分别穿过装置的相对两端。
本发明提供的基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，其技术方案为：包括供电电源8、多个高频高压电极2、等离子/准分子发生器3和水管4，水管4为透真空紫外介质管；等离子/准分子发生器3为圆管式CSDBD共面型沿面低温等离子发生器；供电电源8与高频高压电极2连接；等离子/准分子发生器3包括等离子/准分子发生器腔体；多个高频高压电极2之间平行的均匀分布设置在等离子/准分子发生器3外表面；水管4设置在等离子/准分子发生器形成腔体内，等离子/准分子发生器腔体由放电介质材料制成；等离子/准分子发生器腔体与水管4之间通过端盖12封接固定；等离子/准分子发生器腔体用于填充工作气体；水管4的入水口1和出水口5分别穿过装置的相对两端。
本发明提供的基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置100，基于化学与物理综合的方法，采用真空紫外线高能量辐照直接杀灭、激发羟基自由基和氧自由基这类自然界中极强氧化剂杀灭的综合作用下，达到在供水终端环节，彻底杀灭微生物以及消解各种可能的有害有机污染物，保证饮用水安全。
其中，介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge DBD)是一种产生低温等离子体的工业化手段，而体积放电VDBD和沿面放电SDBD组成了介质阻挡放电DBD的主要形式，共面型沿面放电CSDBD则是沿面放电SDBD的比较特殊的方式，其原理仅在平面等离子显示器的微单元中以三电极形式应用。
结合图2，使用本发明的装置进行水处理的过程为：
将该装置连接到供水管网终端，一般为水龙头上。供电电源8为高频高压电极供电，这种沿面放电CSDBD结构的共面电极，在高频高压激励下，就会在腔体内壁表面产生强电场，激发腔体内的工作气体产生低温等离子/准分子气体发光，当工作气体是氙气灯稀有气体时，则高效发射出波长172nm的高能真空紫外线9；紫外线9直接或经腔体内壁表面的真空紫外反射层反射，穿过透真空紫外介质的水管(水管)壁射入目标水体10，在水体10激发水分子产生高浓度羟基自由基、氧自由基等极强氧化物，以直接以及间接方式，杀灭目标水体10中的微生物和消解有机污染物。这样当水体10由入水口1进入装置内后，在通过浸没在等离子/准分子真空紫外光源中的水管时，由于全程都处于高强度的真空紫外辐照之中，将水管设置为螺旋结构，通过螺旋结构或进一步经过同类装置的串联，进一步增加辐照反应时间，使得目标水体10中的微生物持续被高能紫外和极强氧化物的杀灭、有害污染物被高能紫外和极强氧化剂氧化消解。
等离子/准分子发生器3内充入工作气体，工作气体受等等离子/准分子发生器3发出的等离子体激发产生准分子发光，产生真空紫外，真空紫外光线穿透透射深真空紫外的介质的水管(水管4)壁，激发目标水体10水分子产生羟基自由基和氧自由基等强氧化剂，在真空紫外线和多种强氧化剂的共同作用下，对进入装置的水体10进行消解污染物和杀灭微生物。
其中，供电电源8为高压高频电源。
在等离子发生器3管内(放电介质管)填充不同的工作气体，可得到不同的光电转换效率、不同波长的真空紫外线，更短波长的真空紫外线具有更高的能量，普通汞灯紫外灯只能发出少量185nm紫外光，而氙气准分子发光可以高效产生更高能量的172nm真空紫外，因此可以更高效更大量的激发各种极强氧化性的自由基，达到彻底保证饮用水安全的目的。
优选地，高频高压电极2之间设置绝缘隔离层6。
通过绝缘隔离层6进行防爬电，使装置更安全。
优选地，绝缘隔离层6的材质包括本体介质凸棱、陶瓷、玻璃、聚酰亚胺、氟塑料和硅橡胶中的至少一种。
本体介质凸棱、陶瓷、玻璃、聚酰亚胺、氟塑料和硅橡胶为高绝缘防性能爬电绝缘材料，隔离效果更好。
优选地，绝缘隔离层6可设置为双头螺纹陶瓷管，参见图1。
优选地，水管4设置为直管或螺旋管状。
螺旋管状或蛇形盘绕设置的水管可以有效利用紫外光源和增加紫外辐照距离时间，提高处理效果。
优选地，水管的材质为透射真空紫外材料。包括但不限于合成石英、氟化镁等。
可由高纯净合成石英材料经专用设备熔融拉制而制成直管，然后经自动盘管机盘成，壁厚为0.5～1.5mm，管径为5mm～25mm。这样，172nm深紫外透射率可达85％，透射率好。
实施例二
作为本发明的优选实施例，优选地，等离子/准分子发生器腔体中间设置填充管7，7填充管两端分别穿越装置100的相对两端，填充管7与等离子/准分子发生器腔体之间由端盖12封接固定。
在填充管7中间通以流动的空气，则可以有效利用紫外能源高效产生臭氧，以满足家庭对臭氧气态极强氧化剂的需求。具体为：将填充管内通过空气，则空气中的氧气将被管壁透射进来的172nm高能紫外激发合成臭氧气体，将此气体通入出水口的目标水体10，臭氧溶解其中成为臭氧水，则可以数十小时或更长时间保持水体10的无菌状态。
优选地，填充管7的材质为透射真空紫外材料。
具体材料包括但不限于合成石英、氟化镁等，适应材质的填充管7，可以更加有效利用紫外能源高效产生臭氧，以满足家庭对臭氧气态极强氧化剂的需求。
实施例三
作为本发明的优选实施例，参见图3，CSDBD由低温等离子膜31、梳齿状电极32和放电介质板33组成，即高频高压电极2为梳齿状电极32，高频高压电与梳齿状电极32连接，本发明中将此结构的CSDBD卷曲成为管状，参见图4，为环状管网等离子/准分子发生器3的示意图。
优选地，等离子/准分子发生器3的材质为高介电系数材料，包括但不限于高铅玻璃、高铝陶瓷等材料，等离子/准分子发生器3的管外壁为金属，多个高频高压电极2为对等离子/准分子发生器3的外壁进行金属化加工得到的高频高压电极。
优选地，低温等离子膜31为真空紫外高反介质膜层。
在等离子/准分子发生器3的管内壁蒸镀反射真空紫外的真空紫外高反介质膜层，以使得深紫外光9源能量得到高效利用。
上述结构中，高频高压电极2与等离子/准分子发生器3为一体结构，具体形成过程方式为：等离子/准分子发生器3由介电系数达10～15的高铅玻璃拉制而成。其壁厚为0.5～2.5mm，外径为15mm～50mm。其内壁需要真空蒸镀深紫外反射复合膜层(ZnS/MgF2)，外层通过真空蒸镀或化学沉积的方式进行金属化，然后图形蚀刻出高压高频电极电极形状，再电沉积增厚以满足电流和功率需要。管内充填以常压氙气，碘化氙等惰性气体，以产生不同波长和光电转换效率的深紫外光9。
实施例四
作为本发明的优选实施例，参见图5，可将本发明中的多个基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置100进行串并联，集中设置在一个电源盒11中进行供电，以满足水流量、反应时间等要求。
优选地，本发明的装置还包括外防护套管13，套在装置外侧，起到保护的作用。
优选地，本发明的装置还包括控制显示器，控制显示器与供电电源8连接，控制供电电源8提供对应的电压，满足不同气体的电离需求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (9)
1.一种基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，其特征在于，包括：
包括供电电源、多个高频高压电极、等离子/准分子发生器和水管，所述水管为透真空紫外介质管；
所述等离子/准分子发生器为圆管式CSDBD共面型沿面低温等离子发生器；
所述供电电源与所述高频高压电极连接；
所述等离子/准分子发生器包括等离子/准分子发生器腔体；
所述多个高频高压电极之间平行的均匀分布设置在所述等离子/准分子发生器外表面；
所述水管设置在所述等离子/准分子发生器腔体内，所述等离子/准分子发生器腔体由放电介质材料制成；
所述等离子/准分子发生器腔体与所述水管之间通过端盖封接固定；
所述等离子/准分子发生器腔体用于填充工作气体；
所述水管的入水口和出水口分别穿过所述装置的相对两端。
2.根据权利要求1所述的基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，其特征在于，
所述圆管式CSDBD共面型沿面低温等离子发生器包括低温等离子膜、放电介质板和介质底板；
所述低温等离子膜、放电介质板和介质底板由所述圆管式CSDBD共面型沿面低温等离子发生器的内壁依次向外设置。
3.根据权利要求1所述的基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，其特征在于，
所述低温等离子膜为真空紫外高反介质膜层。
4.根据权利要求3所述的基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，其特征在于，
所述等离子/准分子发生器的材质为高介电系数材料，所述等离子/准分子发生器的管外壁为金属，所述多个高频高压电极为对所述等离子/准分子发生器的外壁进行金属化加工得到的高频高压电极。
5.根据权利要求1所述的基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，其特征在于，
所述多个高频高压电极之间设置绝缘隔离层。
6.根据权利要求1所述的基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，其特征在于，
所述水管设置为直管或螺旋管状。
7.根据权利要求1所述的基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，其特征在于，
所述等离子/准分子发生器腔体中间设置填充管，所述填充管两端分别穿越所述装置的相对两端，所述填充管与所述等离子/准分子发生器腔体之间由端盖封接固定。
8.根据权利要求1或7所述的基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，其特征在于，
所述水管和填充管的材质为透射真空紫外材料。
9.根据权利要求5所述的基于CSDBD的供水管网终端的水处理装置，其特征在于，
所述绝缘隔离层的材质包括本体介质凸棱、陶瓷、玻璃、聚酰亚胺、氟塑料和硅橡胶中的至少一种。
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