CN108602694B - 利用脉冲放电处理废污泥的废水处理装备及方法 - Google Patents

Abstract

描述了用于处理废水污泥或其他废水流体的废水装备和方法。废水装备利用放电系统，所述放电系统被配置成用于接收废水流体，并且通过所接收的废水流体产生瞬态电压和电弧电流脉冲以在废水流体内产生伴随有高电场、强烈的热和光辐射的电液冲击波。

Description

利用脉冲放电处理废污泥的废水处理装备及方法

发明领域

本发明涉及用于处理具有高细菌和/或有机含量的液体、污泥或其他废水流体例如城市废污泥、农业废污泥、家畜废污泥、工业废污泥、废活性污泥(waste activatedsludge)以及其他的系统和方法，并且更具体地涉及用于通过使用高能量放电处理废水流体的废水处理装备(wastewater treatment plant)和方法。

发明背景

在包括废水、废水污泥和废活性污泥的废水流体中发现的有害材料和病原体如果保持未处理，则可以对环境和对人类健康构成重大风险。因此，废水流体的各种有机的、无机的、化学的和微生物的组分必须在废物可能被排放到环境中之前被处理。这样的废水流体的实例包括工业废污泥、城市废水、化学加工流出物、造纸厂流出物、家畜废物等。这些废水流体的处理通常在废水处理装备(WWTP)中进行。

参考图1，图示出了在现有技术废水处理装备(WWTP)100中处理城市废水流体的示意图。废水流体可以首先流入到预处理站102中。预处理站102可以包括一个或更多个筛网(未示出)，所述筛网例如可以是大金属格栅，所述大金属格栅防止废水流体流中较大的物体(垃圾、砂砾、沙子等)进一步通过下游。

在废水流体流穿过预处理站102后，废水流入物进入WWTP 100的初级沉降澄清器103，在该初级沉降澄清器103中原污泥(也被称为初级污泥(PS))经由絮凝、沉降和其他初级沉降技术从废水中分离。

从初级澄清器103中排出的剩余废水部分(从初级污泥中分离的)仍含有相对高浓度的悬浮的生物固体和溶解的生物废物、硝酸盐、磷酸盐等。该废水部分，也被称为初级流出物，被引导至一个或更多个曝气池104，其中需氧微生物在泵送到曝气池104中的空气的存在下处理废水以产生经曝气的废水流出物。

应该注意的是，一些WWTP放弃了预处理站102上和初级沉降澄清器103上的处理阶段，并且废水流体流以其整体被转移至一个或更多个曝气池104。曝气池104中细菌的作用是减少磷酸盐、硝酸盐和溶解的或悬浮的生物废物。

离开曝气池104的经曝气的废水流出物被称为活性污泥(AS)。AS被转移至二级沉降澄清器105，在二级沉降澄清器105中可以发生进一步沉降。离开二级澄清器105的废水流体具有两个部分，例如含有较高百分比的生物固体(微生物物质)的部分和含有较低百分比的生物固体的部分。

离开二级澄清器105并含有较高百分比的生物固体的废水流体部分被称为废活性污泥(WAS)或被称为二级污泥。一些二级污泥通常被返回至曝气池104以帮助保持需氧生物降解过程。这种二级污泥被称为回流活性污泥(return activated sludge)(RAS)。

来自二级澄清器105的WAS和来自初级澄清器103的初级污泥(原污泥)被运输至厌氧消化器106。

当需要时，来自二级澄清器105的废活性污泥和来自初级澄清器103的初级污泥可以相应地穿过初级浓缩器107和二级浓缩器108，其中可以从WAS中去除进入水(accesswater)以增加固体含量。例如，可以通过添加化学品，例如与三价铁或石灰结合的聚合物来去除进入水。同样，这样的动作例如应变、漂浮、或重力沉降也可以被用于去除进入水。

浓缩的初级污泥和浓缩的废活性污泥可以被传递给厌氧消化器106持续约15-21天。在厌氧消化器106中，初级污泥和废活性污泥在贫氧环境中暴露于微生物用于厌氧消化，其通过使污泥经受厌氧发酵而进一步使污泥生物降解以产生副产物气体，例如甲烷(CH₄)、二氧化碳(CO₂)、硫化氢(H₂S)和氨(NH₃)。

至少两种产物流可以离开厌氧消化器106。第一种产物流包含副产物气体CH₄、CO₂、H₂S和NH₃，并且第二种流包含消化的污泥，所述消化的污泥也被称为沼渣(digestate)，所述沼渣包含消化的固体、微生物处理剂(microbiological processor)、以及还包含液体部分。应该指出的是，尽管甲烷可能代表能源并且可能被收集和使用，但其他副产物气体散发出不良气味，造成污染并且是腐蚀性的。

将沼渣转移至脱水系统109，在脱水系统109中使离开厌氧消化器106的污泥经受压力用于脱水以进一步从生物固体中分离液体以产生呈污泥滤饼或污泥粉末形式的“干”固体材料。“干”固体材料可以作为驱动剂被运走，而液体部分可以被回收并返回至曝气池104。

脱水系统可以包括压滤机109a、带式压力机109b或离心机109c。而且，添加化学品例如聚合物和絮凝剂通常被用于帮助脱水过程。

由于由海绵状和/或闭合的孔组成的沼渣的物理性质，因此常规脱水处理后的“干”驱动剂(expellant)中的水含量仍可以为约80重量％或者甚至更高，导致大的驱动剂体积。驱动剂还具有高的含有有害病原体和寄生虫的风险，所以必须通过沸腾、燃烧、或堆肥至高酸度使驱动剂惰性。

将来自WWPT的驱动剂排空并运输至焚化炉厂或堆肥农场(未示出)。由于高含水量，焚烧通常是困难的。它需要大量的燃料，并留下仍必须被处理的灰烬。此外，焚烧产生高碳排放。

在堆肥农场，污泥饼通常需要几周的时间才能变得惰性和安全，用于用作肥料或用于在垃圾填埋场中处理。

在本领域中已知的是，城市废水污泥中含有的大部分水是包含在分子细胞内和分子细胞之间的“结合”水。污泥中的分子细胞可以作为单独的细胞单元或作为组装在絮状物中的细胞单元存在于废水污泥中。为了本申请的目的，包含在细胞内的水分子被称为“细胞内”水分子，而细胞之间的并经由机械结合和电结合两者结合在那里的水分子被称为“细胞间”水分子。当通过常规的脱水带式压力机和/或离心机方法在城市处理装备处理离开厌氧消化器106的污泥时，细胞内的水和细胞间的水没有被完全释放。

用于脱水和减少WAS污泥的体积和重量的技术描述在美国专利第6,491,820号、第6,540,919号、第6,709,594号和第7,001,520号中。这些参考文献描述了用于通过脉冲电场系统处理生物活性废水污泥的系统和方法，该脉冲电场系统向污泥施加无电弧高电压。脉冲电场提供污泥的电穿孔，造成细胞结构的破坏并破坏WAS污泥的细胞内的分子键和细胞间的分子键。结果，细胞内的水和细胞间的水从WAS污泥中释放。在释放细胞内的水和细胞间的水后，悬浮在溶液中的有机固体内容物的体积和质量减少，这可以简化污泥后处理过程。此外，电穿孔的污泥可以被引导至生物反应器，例如需氧的、缺氧的或厌氧的，用于进行生物消化，其中电穿孔的污泥可以被用作参与生物消化的微生物的食物。

离开二级澄清器105并含有较低百分比的生物固体的废水流体部分被称为二级废水流出物。二级废水流出物可以被严重污染，并含有病原菌和病毒。为了提供后续净化，将二级流出物运输至最终处理站120。例如，最终处理站120可以包括通过氯、过氧化氢、臭氧等的化学消毒。同样地，它可以涉及使用紫外(UV)光来破坏病原体。这些消毒过程可以是并行的或连续的。

所得到的流然后可以被引导至过滤站121。过滤站121是任选的站，并且可以被包括或被省略，这取决于所得的经处理的水意图的用途。一个或更多个过滤器，例如砂过滤器或碎煤过滤器可以被用于去除在经处理的水流中残留的杂质。收集在过滤器上的生物固体可以例如通过回洗过滤器被去除，并且被引导至厌氧消化器106。所产生的水流，其被称为三级流出物，可以被排放到河流、湖泊或海洋中，或者用于可选择的用途，例如用于灌溉或用于工业过程。

废水流出物的消毒历史上已经通过添加氯化合物被实现。存在与处理氯化合物有关的主要健康和安全问题。近年来，已经存在增加的担忧，即氯可以与流出物中的有机材料结合以产生氯化的有机物，这些有机物既是有毒又有潜在的致癌性。尽管正在做出一些努力以替代更少毒性的氯化合物，但是存在朝向逐步淘汰使用氯作为消毒剂的行业范围的趋势。

在废水处理中使用的其他消毒技术，其涉及使用紫外(UV)光或臭氧，是相对昂贵的。这些技术的效果是短暂的，使得与持续时间较长的氯相比，可以发生病原体再生长。在UV工艺的情况下，资金成本包括流通机制的构建以及所需的多个UV灯泡(灯)。操作成本包括电力、灯泡的及时更换和灯泡的定期清洁。对于用臭氧消毒的主要成本包括臭氧发生器和被用作进料源的商用氧。当空气被用作进料源时，臭氧发生器的尺寸必须大致被加倍，因此使资本成本翻倍。

本领域中已知的技术，通常以“电-液压学”为名，利用电弧高能放电到一定体积的液体或浆液或其他流体中用于消毒、改变化学成分以及从流体中回收金属和其他物质的目的(参见，例如，Allen的美国专利第3,366,564号、Allen等人的美国专利第3,402,120号、以及Juvan的美国专利第4,957,606号)。

根据这种技术，液体或浆液内的电液冲击波、强烈的光辐射以及热-化学反应通过电弧放电被引入到由浸没在这样的流体中的电极形成的火花隙中。

图2示出了用于通过利用高能电弧放电处理废水污泥或其他污染的流体的典型现有技术系统10的电气方案。设备10包括具有整流器(未示出)的高电压供应装置11，所述整流器被耦合至包括一个或更多个电容器的高压电容器组12。高电压供应装置11与电容器组12的耦合例如可以是直接的“电流”连接。

可选择地，如下面所说明的，连接可以通过电阻元件和/或开关元件。供应装置11和高压电容器组12一起形成充电电路A。

系统10还包括与电容器组12串联的高电流开关13以及与高电流开关13串联的通过一定间隙分开的一对电极14a和14b。在操作中，将电极14a和电极14b浸入到液体15中，用于在液体内的其间的间隙中提供放电。电容器组12与高电流开关13、电极14a和电极14b以及其间的所有互连电缆一起形成放电电路B。出于安全原因，将高电压供应装置11的端子之一(例如，其连接至电极14b)永久地接地。当需要时，仅一个电极(图1中的14a)被浸入到处理中的液体16中，而第二电极(图1中的14b)可以被耦合至容纳液体15的处理容器16的导电体或者与容纳液体15的处理容器16的导电体相关联。

在操作中，电容器组12由电压供应装置11充电。在电容器组12的充电期间，高电流开关13断开。在充电之后，可以通过闭合开关13使电容器组12放电，以便向电极14a和电极14b供应高电压，并且从而通过处理中的液体在电极14a和电极14b之间产生电流脉冲。高电流开关13的闭合通常通过点火电路(未示出)启动，所述点火电路向开关13发射点火电脉冲。

尽管其明显简单，但系统10受到许多限制。特别地，对电容器组12充电的电流具有衰减指数的形式。因此，充电电流仅在充电过程的最初开始时是高的，并且然后充电电流随时间降低。结果，电源效率低。

另一个缺点与浸没的电极14a和14b经受来自压力波的损害和经受由电弧电流产生的电腐蚀的事实相关。因此，电极14a和电极14b必须是大块的或者频繁被更换。

而且，在发生任何电弧之前，大部分放电电流在电离液体时损失。因此，在具有大表面积的大型的坚固电极的情况下，电离的损失可以消耗几乎所有存储的电容器能量，导致仅产生一周电弧或者根本没有电弧，从而使对于所需的目的来说液压冲击不足。

另一个缺点与放电电路B中的瞬态电流行为有关。由于放电电路B表示串联的RLC电路，因此电路B的瞬态响应取决于衰减因子ζ，所述衰减因子由以下给出：

其中C是电容器组12的电容(单位为法拉)，L是电感(单位为亨利)，并且R是放电电路B的电阻(单位为欧姆)。

在图3中示出了针对不同ζ的瞬态响应期间的电流行为i(t)。如可以看出的，这种行为取决于ζ的值。特别是，当ζ<1(欠阻尼响应，曲线21-23)时，瞬态电流会随着振荡衰减。另一方面，当ζ≥1(临界阻尼响应，如曲线24所示，以及过阻尼响应，如曲线25所示)时，瞬态电流衰减而没有发生振荡。

高的L值防止电流快速上升，使得更大部分的存储的电荷在电弧形成之前损失。另一方面，R的较大值限制了电流可能上升到的值，并且从而限制了电弧形成时的电弧的功率(过阻尼系统响应，其中ζ>1，如曲线25所示，或者临界阻尼响应，如曲线24所示)。然而，R的低值可能导致欠阻尼响应，其中ζ<1(曲线21-23)，这在放电电路B中产生极性反转，因为瞬态电流随着振荡而衰减。

在振荡电流衰减的情况下，振荡瞬态电流i(t)的负反向分量I_R可能会过度耗尽电容器组12，并且然后对电容器组12反向充电，由此跨越电容器组12产生高振幅的反向电压，或者通过高电压供应装置11吸取相应的反向放电电流，从而损坏它。

为了减小通过高电压供应装置11的放电的反向电流，限流电阻器17通常被包括在电容器组12和电压供应装置11之间的该链中，用于限制在放电期间由反向极性吸取的放电电流。尽管这种设置能够保护电压供应装置11免受损坏，但是其导致电阻器17中的电损失、降低的充电电流、降低的效率以及额外费用。

一般说明

在本领域中仍然存在需要，并且将有用的是具有，用于处理废水流体例如活性污泥(WAS)和其他污染的液体的新颖系统和方法。该技术对于在废水装备中实施应该是足够可靠和有效的，用于通过在各种处理阶段向污泥或其他废水流体施加高能量电弧放电来处理废水污泥和其他废水流体。

将有利的是，具有可以足够可靠和有效地用于处理初级污泥以去除污染和有毒的有机和无机化合物的新颖的系统和方法。

将最有利的是，具有新颖的系统和方法，所述新颖的系统和方法可以足够可靠和有效地用于经由破坏大多数单独的细胞单元和在WAS中的絮凝物中组装的细胞单元来处理活性污泥。在这种情况下，高能电弧放电应该具有足够的功率用于电穿孔(或裂解)废活性污泥，以造成细胞结构的破坏并破坏细胞内和细胞间的分子键，并且从而促进细胞内营养物以及细胞内水和细胞间水从污泥中的释放。细胞膜破坏可以促进现有消化器中WAS的更快或更有效的消化。

将有利的是，具有新颖的系统和方法，所述颖的系统和方法可以与其他常规脱水技术结合用于处理消化的污泥，以便为废水处理装备提供成本有效的和高效的系统。

此外，将有利的是，具有可以用于净化第二废水流出物以破坏或去除污染和有毒的材料；产生颜色、味道和气味的物质；致病菌；和有害的悬浮材料的技术。

同样地，将有利的是，具有可以用于处理地下水和饮用水以破坏或去除致病细菌以及产生颜色、味道和气味的物质的技术。

处理中的流体可以是静止流体或流动流体(running fluid)。换句话说，处理中的流体可以被放置在反应器容器中，在容器中搅拌，或者泵送并流过容器。

本发明部分地消除了常规技术的缺点，并提供了新颖的废水处理装备(WWTP)。为了处理废水污泥或其他废水流体，WWTP利用放电系统，通过流体提供高能量的辉光至电弧放电，以便在处理的流体内产生若干消毒和裂解过程。本发明的放电系统部分地克服了用于处理污染的液体的现有技术放电系统的缺点，并且可以在WWTP的对应于处理过程的各个阶段的各个地方来实施。

根据实施方案，本发明的WWTP保持现有技术WWTP的原始配置，但还包括布置在处理过程的关键连接部(key junction)处的一个或更多个放电系统。因此，WTTP包括预处理站，该预处理站被配置成用于接收废水流体并对其进行筛选以防止较大的物体进一步通过下游。WWTP还包括布置在预处理站下游的初级沉降澄清器。初级沉降澄清器被配置成用于接收离开预处理站的废水流体，并将其分离成初级污泥和初级流出物。WWTP还包括曝气池，该曝气池被配置成用于接收离开初级沉降澄清器的初级流出物，并且用于在泵送到曝气池中的空气的存在下处理初级流出物，从而产生经曝气的废水流出物。WWTP还包括被布置在曝气池下游的二级沉降澄清器。二级沉降澄清器被配置成用于接收离开曝气池的经曝气的废水流出物，并且用于将经曝气的废水流出物分离成废活性污泥和二级废水流出物。

WWTP还包括放电系统和厌氧消化器。根据实施方案，厌氧消化器被布置在放电系统的下游。厌氧消化器被配置成用于接收由放电系统处理的废水流体并且通过厌氧消化进一步降解废水流体，从而以提供副产物气体和沼渣。当需要时，初级污泥还可以由同一个厌氧消化器或由单独的厌氧消化器接收。

根据本发明的实施方案，放电系统被配置成(i)用于接收初级污泥和/或废活性污泥的至少一部分，以及(ii)通过接收的废水流体产生瞬态辉光至电弧电流脉冲。通过所接收的废水流体的瞬态辉光至电弧电流脉冲在流体内产生电液冲击波，其伴随有强烈的热和光辐射、冲击干扰声处理、空化、冲击减压和感应电流。因此，若干电场驱动的和电弧驱动的现象可以在流体中发生，例如强电场局部电离、电穿孔、分子拉伸、分子活化、水解、羟基(OH^-)形成、臭氧(O₃)形成、离子化氢质子(H⁺)形成和电子级联。

根据实施方案，放电系统包括具有电位端子和接地端子的高电压供应装置、耦合至高电压供应装置的通用电容器组以及连接至通用电容器组的至少一个通用开关。通用电容器组可以被直接地或通过电阻器链路耦合至高电压供应装置。

该系统还包括通过通用开关耦合至通用电容器组的一个或更多个脉冲形成组(其也被称为“工作电容器组”)，以及一个或更多个工作开关，每个工作开关与相应的脉冲形成组串联布置。该系统还包括一个或更多个被浸入到处理中的液体中的电位电极，所述电位电极通过相应的工作开关被耦合至相应的脉冲形成组。该系统还包括至少一个接地电极，该接地电极与电位电极一起界定与工作开关串联布置的液体内的间隙，用于通过间隙中的液体的一部分提供放电。

根据本发明的实施方案，脉冲形成组可以是高压快速放电电容器或包括若干电容器的组。根据本发明的另一实施方案，脉冲形成组可以包括脉冲形成网络，所述脉冲形成网络包括多个电容器、电感器、和/或延迟线。

根据本发明的实施方案，通用电容器组的电容量大于脉冲形成组的电容量。

根据本发明的实施方案，脉冲形成组的充电是在闭合通用开关之后通过来自通用电容器组的电荷转移进行的。通用电容器组的电容量大于脉冲形成组的电容量，这确保了其电压保持为正，甚至在对具有相反极性的脉冲形成组进行完全充电之后。

根据本发明的实施方案，脉冲形成组通过电流电阻元件彼此分开。例如，电流电阻元件可以被布置在电位电线中并且通过通用开关串联地耦合至高电压供应装置的电位端子。可选择地，电流电阻元件可以被布置在接地电线中。

同样，可以通过一个或更多个电感元件或者通过电阻电感元件的组合将脉冲形成组彼此分开。

根据本发明的实施方案，接地电极与容纳液体的处理容器的接地导电体相关联。

根据本发明的一个实施方案，通用开关和工作开关是高电流开关。例如，通用开关和工作开关可以是三电极火花隙开关，其包括形成开关路径的两个开关电极以及被配置成用于能够使得高电流在两个开关电极之间通过的触发电极。

根据本发明的另一实施方案，工作开关是半导体高电流开关。

根据本发明的另一实施方案，工作开关是具有高闭合速度的机械凸轮或肘节式高电流开关。

根据本发明的还另一实施方案，放电系统还包括连接至通用电容器组的一个或更多个额外通用开关、一个或更多个额外脉冲形成组，每个组具有接地端子和电位端子，每个组通过相应的额外通用开关被耦合至通用电容器组。在该实施方案中，该系统还具有一个或更多个额外工作开关，额外工作开关与相应的额外脉冲形成组的电位端子和浸入到处理中的液体中的相应的电极串联布置并且被布置在相应的额外脉冲形成组的电位端子和浸入到处理中的液体中的相应的电极之间。

根据本发明的实施方案，额外脉冲形成组通过布置在电位电力线(potentialpower line)中的额外电流电阻和/或电感元件被彼此分开。这用来在瞬时(瞬态)脉冲放电期间通过防止组之间的电流转移或电荷转移而使脉冲形成组去耦合，但允许电流路径用于较长时间的过程，例如充电至电压、涓流充电以保持电压、通过工作开关完成充电至超过初始充电的电压、或者当通用开关打开时在使用后断电。

根据本发明的实施方案，额外电容量C_add由具有大于脉冲形成组的电容C_w但小于通用电容器组的电容C_g的C_add的额外脉冲形成组提供。

根据本发明的一个实施方案，所有脉冲形成组具有相同的电容值。

根据本发明的另一实施方案，脉冲形成组的电容值具有不同的值，使得在不同位置处进行不同的放电。

根据本发明的实施方案，放电系统包括处理容器，该处理容器容纳处理中的液体并且被配备有一对或更多对电位电极和接地电极，所述一对或更多对电位电极和接地电极被定位成形成间隙，用于通过处理中的液体传送辉光至电弧电流脉冲。

根据本发明的实施方案，处理容器包括内部反射器，该内部反射器可以被成形且被配置成形成振荡腔或共振腔，所述振荡腔或共振腔可以反射、引导和共振液压冲击波，以便实现反射的冲击前波(reflected shock front wave)的干涉，从而形成与其自身反射相交的交错波脉冲。由于这样的共振效应，可以通过处理中的液体获得辉光至电弧放电。

根据本发明的另一实施方案，处理容器的反应容器包括内部反射器，该内部反射器可以被成形为形成声导，以实现冲击前沿(shock front)与在彼此相交的适当间隔位置的同时脉冲的干扰。

根据本发明的实施方案，内部反射器具有椭圆形形状。根据该实施方案，电弧火花隙至少位于椭圆形反射器的一个焦点节点中。

根据本发明的实施方案，内部反射器具有球形形状。根据该实施方案，电弧火花隙至少位于圆上的一个位置中，该圆穿过球形反射器围绕球体轴线的焦点节点。

根据本发明的实施方案，内部反射器具有圆柱形管状形状。根据该实施方案，电弧火花隙位于圆柱形反射器的纵向管轴线上。

根据本发明的实施方案，内部反射器具有圆柱形管状形状。根据该实施方案，电弧火花隙位于围绕圆柱形反射器的纵向管轴线转动的螺旋形物上。

根据本发明的实施方案，内部反射器具有椭圆形管状形状。根据该实施方案，电弧火花隙沿着由椭圆形反射器的焦点节点形成的轴线定位。

根据本发明的实施方案，处理容器包括至少一个包括反射器的内部光学装置。根据该实施方案，内部光学装置被配置成以下中的至少一种：引导、分裂、以及聚焦所述液压冲击波。

根据本发明的实施方案，处理容器包括入口气体歧管、提供空气或含有氧气的气体混合物的流以穿过歧管的鼓风机、以及布置在入口气体歧管末端处的并被配置成用于允许气体流与废水流混合的喷嘴。

根据本发明的放电系统可以容易且有效地制造和销售。

根据本发明的放电系统具有耐用且可靠的结构。

根据本发明的放电系统可以具有低制造成本。

根据本发明的实施方案，WWTP还可以包括被布置在所述装备内的多个不同的连接部处的一个或更多个其他放电系统。

根据一个实施例，WWTP可以包括放电系统，该放电系统被布置在预处理站的上游并且被配置成用于接收和处理废水流体并且在处理之后将废水流体提供给预处理站。

根据另一个实施例，WWTP可以包括放电系统，该放电系统被配置成用于在离开初级沉降澄清器的初级污泥的至少一部分进入厌氧消化器之前接收和处理离开初级沉降澄清器的初级污泥的至少一部分。

根据另外的实施例，WWTP可以包括放电系统，该放电系统被配置成用于在离开二级沉降澄清器的废活性污泥(WAS)流的至少一部分进入厌氧消化器之前接收和处理离开二级沉降澄清器的废活性污泥(WAS)流的至少一部分。

根据还另一个实施列，WWTP可以包括放电系统，该放电系统被配置成用于接收和处理在去往脱水站的途中离开消化器的沼渣流的至少一部分。

根据又一个实施例，WWTP可以包括放电系统，该放电系统被配置成用于接收和处理二级废水流出物和/或三级废水流出物的流。

根据实施方案，由放电系统产生瞬态电弧电流脉冲通过将通用开关和工作开关放置于关闭的位置来开始。瞬态电弧电流脉冲的产生进一步包括通过连接至电压供应装置对通用电容器组充电，接通通用开关以向脉冲形成组供应高电压，用于通过使通用电容器组部分地放电对脉冲形成组充电，关闭通用开关并且然后接通工作开关，由此使脉冲形成组放电并在电位电极和接地电极之间产生瞬态电流脉冲。

根据本发明的一个实施方案，瞬态电弧电流脉冲的产生包括同时接通工作开关以通过电位电极和接地电极之间的污染的液体提供脉冲形成组的同时放电的步骤。

根据本发明的一个实施方案，瞬态电弧电流脉冲的产生包括根据预定的算法接通工作开关。

根据本发明的还另一个实施方案，瞬态电弧电流脉冲的产生放弃了在接通工作开关的步骤之前关闭通用开关以断开通用电容器组和脉冲形成组之间的连接的步骤，并且代替通用开关或除通用开关之外，还使用从通用电容器组到脉冲形成组的串联限流元件，其防止瞬态脉冲放电影响通用电容器。

根据本发明的另外的实施方案，瞬态电弧电流脉冲的产生还包括接通额外通用开关以向额外脉冲形成组提供高电压，用于通过使通用电容器组进一步部分放电来对额外脉冲形成组充电，以及接通额外工作开关以提供额外脉冲形成组的放电，并且从而维持相应的电位电极和接地电极之间的瞬态电流。

因此，已经相当广泛地概述了本发明的更重要的特征，以便可以更好地理解其在下文中附随的详细描述。本发明的另外的细节和优势将在详细描述中阐述，并且部分地将从描述中理解或者可以通过实践本发明而得知。

附图简述

为了理解本发明并且为了了解如何可以在实践中实施本发明，现在将参考附图仅通过非限制性实施例的方式描述优选的实施方案，在附图中：

图1是在现有技术废水装备(WWTP)中处理城市废水污泥的示意图；

图2是用于处理污染的液体的示例性现有技术系统的电气方案；

图3A图示出了对于不同的阻尼因子值，串联RLC电路的瞬态电流行为；

图3B图示出了辉光至电弧放电的电压和电流行为；

图4A是根据本发明的一个实施方案的用于处理污染的液体的系统的电气方案；

图4B是本发明的系统的可选择的实施方案的电气方案；

图5A是形成用于单个冲击源的共振腔的反应容器的实例；

图5B是利用多个电极对的反应容器的一部分的示意性图示；

图5C至图5H图示出了根据本发明的各种实施方案的处理容器的反射器的各种形状；

图6是根据本发明的另外的实施方案的用于产生强电脉冲的系统的电气方案；

图7是根据本发明的又另一实施方案的用于产生强电脉冲的系统的电气方案；

图8至图11图示出了根据本发明的不同实施方案的在废水处理装备中处理废水污泥的示意图；以及

图12图示出了其中可以使用本发明的放电系统的废水处理装备的示意图。

具体实施方式

参照附图和所附描述可以更好地理解根据本发明的用于处理污染的液体的系统的原理和操作，其中相同的参考数字已经始终被用于指定相同的要素，其中便于描述。应该理解的是，不一定按比例绘制的这些附图仅仅是为了例证的目的而给出，并且不意图限制本发明的范围。为选择的要素提供结构的实例。本领域的技术人员应该理解，所提供的许多实例具有可以使用的合适的替代方案。

已经在背景部分中描述了图2中所示的用于处理污染的流体例如废污泥或其他污染的液体的现有技术系统10的电气方案以及图3中所示的放电电流行为，所以对这种电气方案的进一步详细讨论在这里认为是不必要的。

参考图4A，示出了根据本发明的一个实施方案的用于处理污染的流体的电弧放电系统30的电气方案。系统30包括充电电路31和放电电路32。充电电路31包括具有提供DC电压的整流器(未示出)并且被连接至通用电容器组312的高电压供应装置311。充电电路31还包括通过通用开关313耦合至通用电容器组312的脉冲形成组314。通用电容器组312和脉冲形成组314可以例如是高电压脉冲形成网络，所述高电压脉冲形成网络可以包括能够使得在高电流下快速放电的一个或更多个电容器、电感器、和/或延迟线。

根据本发明的实施方案，通用电容器组312的电容量C_g明显大于脉冲形成组314的电容量C_w。

例如，C_g可以大于10C_w，并且优选地可以大于20C_w。这允许当通用电容器组312部分地放电时，当通用开关313闭合以便通过电荷转移对脉冲形成组314再充电时，通用电容器组312中的最小的电压降。

例如，当C_g＝10C_w时，单独通过电荷转移将C_w从完全极性反转再充电至全电压将以均具有电压U＝5/6U₀结束，其中U₀是C_g上的初始电压，来自等式

Q_最终＝UC_g+UC_w＝Q_初始＝U₀C_g+(-U)C_w

U＝U₀C_g/(C_g+2C_w)＝10/12U₀，

并且C_g的电压降仅为其初始的2C_w/(C_g+2C_w)＝1/6，通过来自具有比供应装置低的电压的通用组的突然电流拉动，使高电压供应装置311的负载最小化。所述高电压供应装置311将仅需要在下一次电荷转移之前在比再充电C_w所采用的实际电流更长的时间内以相对低的电流将C_g再充电回到U₀。

取决于实际结构，如果充电时间不足，则再充电的电阻、电感、和方向性(类似于二极管)可以导致C_w充电至较低的U，或者导致C_w充电至U₂>U₀，其中U₂是振荡的过冲电压。

系统30的放电电路32包括与脉冲形成组312串联的工作开关321以及与工作开关321串联的一对电极34a和34b。电极34a和34b由间隙(在此也被称为“电弧火花隙”)分开，所述间隙被配置成用于在处理中的液体中的间隙内在其间提供火花放电。如图4A中所示，电极34a是由浸入到液体15中的工作端(由箭头指示)终止的电位端子，而第二电极34b被耦合至容纳液体15的处理容器16的接地导电体或者与容纳液体15的处理容器16的接地导电体相关联。应该理解，当需要时，电位电极34a可以通过分布在期望体积的液体15内的并经由电缆连接至公用电极34a的多个工作端来终止，从而延伸经处理的区域。

通用开关313和工作开关321是高电流开关。优选地，这样的高电流开关是三电极火花隙开关，所述三电极火花隙开关包括形成开关路径的两个开关电极和第三电极(触发电极)，所述第三电极(触发电极)被配置成用于在两个开关电极之间提供高电流的通路(passage)。高电流开关的实例包括但不限于真空开关，填充有气体的火花隙开关(充气触发管(trigatron))、点火管、闸流管、旋转火花隙开关、振荡火花隙开关等。系统30还包括相应的点火单元(未示出)，该点火单元被配置成用于通过将点火高电压电脉冲发射至触发电极来关闭高电流开关313和高电流开关321。应该注意的是，当需要时，高电流开关321可以是半导体高电流开关或真空开关。火花隙开关装置、半导体高电流开关和真空开关的操作本身是已知的，并且因此在下文中将不对其进行说明。

出于安全原因，将高电压供应装置311的端子之一(例如，其连接至处理容器16的导电体)永久地接地。

根据本发明的教导，术语“容器”被广泛地用于描述任何容器、池(tank)、腔室、盒、周围壳体、框架组件或具有可以被用于在处理期间容纳废水流体的导电体的任何其他结构。处理容器16可以由合适的金属、塑料或复合材料构成，其中壁的厚度适于承受壁上的由处理容器16内的废水和压力造成的应变。

例如，处理中的液体可以是被放置在容器中的静止液体、在容器中搅动的液体、或者流过容器例如通过管道行进的流动液体(running liquid)。电位电极和接地电极的末端都可以被浸入到液体中。

为了最大化液压冲击的效果和整个过程的效力和效率，处理容器16包括内部反射器，该内部反射器可以被成形并被配置成形成振荡腔或共振腔，所述振荡腔或共振腔可以反射、引导和共振液压冲击波以便实现反射的冲击前波的干涉，从而形成与其自身反射相交的交错波脉冲。由于这样的共振效应，可以通过处理中的液体获得辉光至电弧放电。设想了处理容器16的内部反射器的各种配置。

参考图5A，示出了根据本发明的一个实施方案的处理容器16。处理容器16具有壳体160，并且配备有电极422a和电极422b，电极422a和电极422b被定位成形成间隙，用于通过处理中的液体15传送辉光至电弧脉冲。应该理解，可以提供多个电极对(未示出)。

容器16具有用于向容器16进料未处理的废水的入口端口530a(由箭头15a指示)和用于释放经处理的液体的出口530b(由箭头15b指示)。容器16包括内部反射器531，所述内部反射器531被布置在容器16的内表面上并且适于反射、引导和共振由电极422a和电极422b之间的电弧闪光通道532产生的液压冲击波533。冲击前波533与反射的冲击前波533a、533b和其他冲击前波(未示出)相互作用并共振，以在处理中的液体15内产生快速压缩/减压压力波。所有冲击前沿都间隔足够近，以撕开悬浮在液体15中的颗粒和絮状物，因此液体中存在的微生物和寄生虫会被暴露。在处理后，暴露的微生物和寄生虫通过上述电场和液压冲击的组合效应被杀死或呈现惰性。

处理可以包括使微生物和寄生虫暴露于来自一个或更多个电极对的多个脉冲，其中初始脉冲用于将颗粒或絮凝物破坏成碎片并暴露病原体，并且进一步的脉冲用于完全破坏暴露的病原体，从而分解絮凝物和/或颗粒碎片。

参考图5B，示出了根据本发明的另一个实施方案的处理容器16的一部分。根据该实施方案的处理与图5A所示的处理的不同之处在于以下事实：快速压缩波/减压波是通过来自由一致操作的多个电极对(未示出)所提供的多个电弧通道532c、532d和532e的冲击前波533a至533e的干涉实现的，而不是来自共振以与其自身反射形成干涉图案的单个反射的液压冲击。反射器531用于反射、引导和共振液压冲击前波以碰撞或引导它们以最小的压力损失碰撞。这导致在其中冲击前沿碰撞的点处的更高的压力，并且可能更适合于处理具有更坚固结构的颗粒和病原体。

当需要时，处理容器16可以包括废水流偏转器(未示出)，该废水流偏转器被配置成在废水流穿过容器时提供废水流的湍流。该设置可以促进在放电期间发生的物理过程和化学过程。

图5C至图5G示意性地图示出了根据本发明的各种实施方案的处理容器16的反射器的各种形状。

如图5C中所示，反应容器(图5A中的16)包括椭圆形反射器531a。椭圆形反射器531a反射由呈电弧火花隙形式的液压冲击源536a产生的波，所述电弧火花隙由位于椭圆形反射器531a的焦点节点中的两对电极522a和522b之间的空间界定。

根据图5D所示的实施方案，处理容器(图5A中的16)包括球形反射器531b。球形反射器531b反射由呈电弧火花隙形式的两个或更多个液压冲击源536b产生的波，所述电弧火花隙由两对电极(未示出)之间的空间界定。液压冲击源536b位于穿过围绕球体轴线524的焦点节点的圆523上。

根据图5E和图5F中所示的实施方案，处理容器(图5A中的16)包括具有圆柱形管状形状的内部反射器531c。管状反射器531c反射由呈电弧火花隙形式的至少两个液压冲击源536c产生的波，所述电弧火花隙由两对电极522a和522b之间的空间界定。

根据图5E中所示的实施方案，液压冲击源536c沿纵向管轴线534定位。根据图5F中所示的实施方案，液压冲击源536c沿围绕轴线534转动的螺旋形物537定位。

根据图5G中所示的实施方案，处理容器(图5A中的16)包括椭圆形管状反射器531d。椭圆形管状反射器531d反射由呈电弧火花隙形式的至少两个液压冲击源536d产生的波，所述电弧火花隙由在两对电极(未示出)之间的空间界定。例如，可以将液压冲击源536d(电弧火花隙)布置在同一平面537d上的焦点节点处。可选择地，(如图5G中所示)，液压冲击源536d可以位于与平面537d平行的另一平面538d上的焦点节点处，即液压冲击源536d是交错的。

根据图5H中所示的实施方案，处理容器(图5A中的16)具有管状形状，并且包括被布置在容器16中的一个或更多个内部光学装置539。光学装置539包括被布置在处理容器的体积内的凹面反射器537和被安装在处理容器16的管状壁上的凸面反射器538。光学装置539被配置成引导、分裂、和聚焦穿过处理中的废水15的所述液压冲击波。为此，凹面反射器537的主轴线540基本上沿着处理容器16的管状主体的纵向轴线(未示出)被引导。凹面反射器537反射由呈电弧火花隙形式的第一液压冲击源539a产生的波，所述电弧火花隙由两对电极522a和电极522b之间的空间界定。液压冲击源539a优选地被布置在凹面反射器537的焦点处。凸面反射器538反射由呈电弧火花隙形式的第二液压冲击源539b产生的波，所述电弧火花隙由两对电极(未示出)之间的空间界定。

图5I图示出了根据本发明的另外的实施方案的处理容器(图5A中的16)的一部分。处理容器16配备有电极522a和电极522b，电极522a和电极522b被定位成形成间隙，用于通过处理中的废水15传送辉光至电弧脉冲。应该理解，当需要时，可以提供多个电极对(未示出)。处理容器16包括入口气体歧管540和鼓风机541，所述鼓风机541用于提供从大气收集的空气流或含有氧气的气体混合物以穿过歧管540。可控阀542位于歧管540中，用于控制流过其中的气体的速度。在歧管540的末端543处，提供喷嘴544以允许气体流(由箭头545指示)与液体流(由箭头546指示)混合以形成多个气泡547。气泡547通过液体流被输送至电极522a和电极522b之间的间隙548。气体中含有的氧气可以显著地增强在放电期间发生的氧化过程。

系统30的操作通过由电压供应装置311对通用电容器组312充电来开始。通用开关313和工作开关321均处于关闭的位置。在操作中，通用电容器组312被永久地充电，因为它被永久地连接至电压供应装置311。

通用电容器组312可以通过闭合(接通)通用开关313而被部分地放电，以向脉冲形成组314供应高电压。由于这种放电造成的跨越通用电容器组312的电压的降低可以被估计高达2C_w/(C_g+2C_w)，用于单独的电荷转移，并且实际上它甚至更低。由于条件C_g>>C_w，因此这种损失相对小，即2C_w/(C_g+2C_w)<<1。因此，跨越通用电容器组312的电压的下降可以通过从电压供应装置311对通用电容器组充电被容易地补偿。一旦脉冲形成组314的充电过程完成，就应当关闭通用开关313以便通过脉冲形成组314断开通用电容器组312和电极34a之间的连接，并且由此避免通用电容器组312与脉冲形成组314一起进一步放电。

闭合工作开关321导致脉冲形成组314的放电以及通过电极34a和电极34b之间的火花隙中的处理中的污泥或其他流体产生瞬态电流脉冲。

瞬态电流脉冲通过流体提供辉光至电弧放电。

图3B示出了根据本发明的实施方案的辉光至电弧脉冲放电的典型的波形。由在跨越电极的间隙上的脉冲放电的辉光至电弧作用产生的电压函数以具有梯形形状的高电压开始。梯形电压的特征在于快速上升(i)和电压尖峰过冲(ii)，并且然后是斜坡的顶部DC平台。平台包括电离区(iii)和电子耗尽区(iv)。平台之后是由于介电击穿的急剧的电压降(v)。此外，电压函数的特征在于以截止(vii)结束的振荡衰减(vi)。因此，由于流体介质的电阻R的值通过介质击穿的阶段而变化，所以从DC行为开始的电流随着RC衰减而变化，并且然后是RLC振荡行为。

应该注意的是，阶段(i)至阶段(iv)在流体中提供了电场驱动的现象，并且必须具有足够的电场强度和持续时间用于分子活化、分子拉伸和/或细胞的和絮状物型有机结构的解缠、和电穿孔。尽管阶段(v)必须为上面列出的电弧驱动的现象提供足够的动力，但是阶段(iv)可能在实践中被省略，或者被用于促进更多的自由基形成、更好的空化或更好的冲击相互作用。

伴随着经处理的流体内的强烈的光辐射、电化学反应和热化学反应，在处理中的流体内形成高强度电场和电液冲击波。

当放电电路32的参数使得瞬态电流和电压包括振荡时，可以跨越脉冲形成组314出现对应于振荡瞬态电压的负反向分量的反向电压U_w(^-)。该反极性电压总是小于原始充电电压U。与振荡瞬态电压相关的相应负电荷Q_w(^-)＝C_wU_w(^-)具有显著小于存储在通用电容器组312中的正电荷Q_g(⁺)＝C_gU₀(⁺)的幅度。因此，跨越通用电容器组312的总电荷将具有正幅度，从而防止振荡瞬态电压的破坏性负反向分量通过电压供应装置311。

例如，消毒一定体积的液体所需的能量在高达100J(焦耳)的范围内。例如，对于这种情况，脉冲形成组314的工作电容C_w可以是0.1μF(微法)，通用电容C_g可以是10μF，并且工作电压可以是30kV。因此，在脉冲形成组314中，所存储的能量为W＝C_wU²/2＝45J，并且电荷为Q_w＝C_wU＝3·10^-3Q(库伦)；而在通用电容器组312中，所存储的能量为450J，并且电荷为0.3Q。如可以理解的是，在这种情况下，电压的变化是由于可以被估计为Q_w/C_g＝300V的振荡瞬态电压的反向分量。因此，电压变化不超过1％。

参照图4B，示出了根据本发明的另一个实施方案的用于处理污染的液体的系统40的电气方案。系统40包括充电电路41和电耦合至充电电路41的多个等效放电模块42。为了简化说明，在图4B中仅示出了三个放电模块42，然而，可以使用任何期望数量的放电模块42。

充电电路41包括连接至通用电容器组412的高电压供应装置411和通过通用开关413耦合至通用电容器组412的多个脉冲形成组414。脉冲形成组414通过电流电阻元件415被彼此分开。

如图4B中所示，电流电阻元件415全部被布置在通过通用开关413串联耦合至高电压供应装置411的电位端子的电位电线(potential electric line)中。然而，当需要时，相应的电流电阻元件可以并联或串联布置在电位线和/或接地线中的脉冲形成组414之间。在这些情况下(图4B中未示出)，可以将电阻元件耦合至高电压供应装置411的接地端子417。电流电阻元件415的目的是将放电模块42彼此分开，如下文将描述的。

每个放电模块42包括与相应的脉冲形成组414串联的工作开关421和与工作开关421串联布置的相应的电位电极422a。电位电极422a与接地电极422b通过间隙分开。在操作中，应该将电极422a和电极422b浸入到液体15中并且分布在处理中的期望的体积上，用于在其各自的独立间隙内提供放电。如图4B中所示，只有所有放电模块42的电极422a通过被浸入到并分布到处理中的液体15中的工作端(由箭头指示)终止，而所有放电模块42的第二电极422b都被连接在一起并被耦合至容纳液体15的处理容器16的接地导电体或者与容纳液体15的处理容器16的接地导电体相关联。

出于安全原因，将高电压供应装置411的端子之一(优选地，被连接至处理容器16)永久地接地。根据本发明的实施方案，通用电容器组412和脉冲形成组414的所有接地端子可以通过公共接地总线43连接在一起，所述公共接地总线43被耦合至高电压供应装置411的接地端子。优选地，基于导电母线或最小电感总线或电缆来实施接地总线43。适合于公共导电母线的材料的实例包括但不限于铜和铝。适合于最小电感的常见结构的实例包括双线的、同轴的、高宽度到分离距离(width-to-separation distance)的双平面到三平面集电极等。

系统40的操作与系统30的操作类似，经必要的修改，并且其从通过电压供应装置411对通用电容器组412充电开始，其中通用开关413和工作开关421都处于它们的关闭状态。在操作中，通用电容器组412被永久地充电，因为它被永久地连接至电压供应装置411。通用电容器组412可以通过接通通用开关413而被部分地放电，以向脉冲形成组414提供高电压，同时保持工作开关421处于其关闭状态。一旦脉冲形成组414的充电过程完成，就应当关闭通用开关413，以断开通用电容器组412和通过脉冲形成组414到达电极422a的输出之间的连接，并且从而避免通用电容器组412与脉冲形成组414一起进一步放电。闭合一个或更多个工作开关421导致相应的脉冲形成组414的放电以及通过处理中的液体15在电极422a和电极422b之间产生瞬态电压和电流脉冲。

根据实施方案，通用开关413和工作开关421是三电极火花隙开关，所述三电极火花隙开关包括形成开关路径的两个开关电极和提供两个开关电极之间的高电流的产生和断开的机械活动触点。

根据实施方案，通用开关413和工作开关421例如可以是由公共点火电路(未示出)激活的真空开关(点火管)，以便提供其基本上同时的点火。然而，发现在实践中，工作开关421不能同时操作。因此，即使开关之一的轻微点火提前也可以导致脉冲形成组413上的电压降，从而将防止其余开关的点火。

为了排除这样的可能性，本实施方案教导通过电流电阻元件415将每个脉冲形成组414耦合至另一个脉冲形成组414。考虑当工作开关421中的一个在其他开关之前开始动作时的情况。跨越其中开关尚未被激活的放电模块42中的脉冲形成组414的电压U随时间t的变化可以通过以下来估计

U＝U_max exp(-t/RC)，

其中U_max是最大电压，R是电阻元件415的电阻，并且C是每个脉冲形成组414的电容。

根据本发明的实施方案，电阻R的幅度使得工作开关421之间的点火延迟τ将小于或等于脉冲形成组414的弛豫时间常数RC，即：τ≤RC。例如，在实践中，点火延迟可以在若干微秒的范围内。这样的设置可以防止跨越脉冲形成组414的太急剧的电压降低，并且因此能够实现所有工作开关421的同时操作。这种分离的附加功能是引导每个电容器组的所有放电电流通过其各自的开关，从而防止开关过载。

例如，用于系统40的部件的典型值及其操作的参数如下。放电模块42的数目可以例如在3至15的范围内，由高电压供应装置提供的标称电压是30kV，电阻元件415的电阻在1kOhm至10kOhm的范围内，通用电容器组412的电容C_g在4微法拉至12微法拉的范围内，并且脉冲形成组414的电容C_w在0.1微法拉至0.5微法拉的范围内。

根据另一个实施方案，每个高电流开关421可以由多个专用点火电路(未示出)激活，以便根据预定算法提供期望的电流开关421的激活顺序。

当需要时，所有的脉冲形成组414可以具有相同的电容值。可选择地，单独的脉冲形成组414的电容值C_w(i)可以是不同的(i＝1、2、...N；其中N是脉冲形成组414的数目)。

参照图6，示出了根据本发明的另外的实施方案的用于处理污染的液体的系统50的电气方案。系统50包括充电电路51和电耦合至充电电路51的多个等效放电模块52。系统50与系统(图4中的40)的不同之处在于以下事实：其还包括通过额外通用开关513在一个端子处被耦合至通用电容器组412的多个额外脉冲形成组514。额外脉冲形成组514通过布置在电位电力线中的额外电流电阻元件515被彼此分开。将额外脉冲形成组514的另一端子接地。

系统50还包括与相应的额外脉冲形成组514的电位端子串联的额外工作开关521，所述额外脉冲形成组514被耦合至浸入到液体15中的相应的电极422a。

根据本发明的实施方案，额外脉冲形成组514的额外电容量C_add大于脉冲形成组414的电容C_w，但小于通用电容器组412的电容C_g，即，C_w<C_add<<C_g。例如，通用电容器组的电容C_g可以在10μF至50μF(微法拉)的范围内，脉冲形成组414的电容C_w可以在0.01μF至0.5μF的范围内，并且额外脉冲形成组514的电容C_add可以在1μF至5μF的范围内。

应该注意的是，系统50实际上在其中所有放电模块52的电极422a稀疏地分布在处理中的液体15内的情况下是最有用的。

系统50的操作通过由电压供应装置411对通用电容器组412充电而开始。通用开关413、工作开关421和额外工作开关521都可以被保持在关闭的状态中。在操作中，通用电容器组412被永久地充电，因为它被永久地连接至电压供应装置411。通用电容器组412可以通过闭合(接通)通用开关413以向脉冲形成组414供应高电压并且通过闭合(接通)额外通用开关513以向脉冲形成组514供应高电压而被部分地充电。由于条件C_g>>C_add+C_w，由于这种放电，跨越通用电容器组412的电压的降低相对小。因此，跨越通用电容器组412的电压的下降可以通过从电压供应装置411对通用电容器组充电被容易地补偿。一旦脉冲形成组414的充电过程完成，就应当关闭通用开关413，以便将通用电容器组412与脉冲形成组414断开，并且由此避免通用电容器组412与脉冲形成组414一起进一步放电。

闭合一个或更多个工作开关421(但是将所有额外工作开关521保持在关闭的状态)导致相应的脉冲形成组414的放电以及通过处理中的液体15在电位电极422a和与容器16的本体相关联的接地电极422b之间产生瞬态电压和瞬态电流脉冲。该初步脉冲负责图3B中的阶段(i)至阶段(iv)。一旦离子化和电子耗尽结束而不损失额外脉冲形成组514中的电荷，则然后闭合(接通)一个或更多个额外工作开关521以便维持或增强液体内的电流放电，从而导致相应的额外脉冲形成组514的放电以及相应的电位电极422a和接地电极422b之间的改善的瞬态电流和电压。

应该注意的是，当使用某种类型的工作开关时，例如闸流管，于是开关电极之一必须被永久地接地。

参照图7，示出了根据本发明的另外的实施方案的用于处理污染的液体的系统60的电气方案。系统60包括充电电路61和被电耦合至充电电路61的放电模块62。充电电路61包括连接至通用电容器组612的高电压供应装置611和脉冲形成组614，所述脉冲形成组614通过通用开关613在一个端子处被耦合至通用电容器组612并且通过通用电阻元件616在另一个端子处被耦合至通用电容器组612，所述通用电阻元件616将通用电容器组612和脉冲形成组614的接地端子连接。

系统60的放电模块62包括与脉冲形成组614串联布置的工作开关621以及由与工作开关621串联的间隙分开的用于在间隙内提供放电的电极622b和电极622a。

如图7中所示，电极622a被连接至通用电阻元件616，所述通用电阻元件616被设计成用于防止高电压供应装置611过载。在这种情况下，将高电压供应装置611的电位电极与其接地电极断开，并且通过通用电阻元件616提供脉冲形成组614的充电。也可以限制充电电流和在脉冲形成组614的反向极性期间吸取的电流。

电极622a由被浸入到液体15中并被分布在期望体积的液体中的多个工作端终止，尽管也可以仅使用一个工作端。将工作端经由电缆连接至公共电位电极622a。第二电极622b被耦合至容纳液体15的处理容器16的接地导电体或者与容纳液体15的处理容器16的接地导电体相关联。

出于安全原因，将高电压供应装置611的端子之一(例如“负”端子)永久地接地。而且，将处理容器16的导电体也永久地接地。

系统60的操作通过由电压供应装置611对通用电容器组612充电而开始。在操作中，通用电容器组612被永久地充电，因为它被永久地连接至电压供应装置611。通用电容器组612可以通过闭合(接通)通用开关613而被部分地放电，以向脉冲形成组614供应高电压。由于这种放电，跨越通用电容器组612的电压的损失可以通过平均C_w/(C_g+C_w)来估计并且在最坏的情况下通过2C_w/(C_g+2C_w)来估计。由于条件C_g>>C_w，因此这种损失相对小，即2C_w/(C_g+2C_w)<<1。因此，跨越通用电容器组612的电压的下降可以通过从电压供应装置611对通用电容器组充电被容易地补偿。

脉冲形成组614可以通过打开(断开)通用开关613，并且然后闭合(接通)工作开关621以使脉冲形成组614放电而被放电，从而通过处理中的流体在电极622b和电极622a之间产生瞬态电压和电流脉冲。

用于处理废水污泥和污染的液体的本发明的系统和方法的上述实施方案中的每一个可以在废水处理装备的多级处理过程的各个处理阶段使用。

例如，为了在废活性污泥中产生电弧电流放电，可以使用具有在10kV/cm至200kV/cm的范围内的强度的脉冲电场。峰值脉冲电流可以例如在15kA至50kA的范围内。脉冲宽度可以例如在3微秒至10微秒的范围内，并且脉冲重复率(脉冲频率)可以例如在10pps至500pps(脉冲每秒)的范围内，应该注意的是，这些值取决于污泥的流量(flow rate)和固体量，以确保特定的能量/干吨固体被传送至处理的物质。

参考图8，图示出了根据本发明的一个实施方案的在WWTP(废水处理装备)80中处理城市废水污泥的示意图。WWTP 80与现有技术的WWTP(图1中的100)的不同之处在于以下事实：WWTP 80被配置成用于通过使用本发明的放电系统(由参考数字81指示)使离开二级澄清器105的废活性污泥(WAS)经受处理来处理所述废活性污泥(WAS)。

如图8中所示，放电系统81布置在二级浓缩器108的下游和厌氧消化器106的上游。然而，当二级浓缩器是可选的并且不包括在WWTP中时，可以将放电系统81直接布置在二级澄清器105的下游。

在操作中，可以将离开二级澄清器105的WAS的一部分作为回流活性污泥(RAS)返回至曝气池104以帮助保持需氧生物降解过程，同时将任何过量的污泥部分输送至放电系统81。当需要时，离开二级澄清器105的废活性污泥(WAS)可以任选地在二级浓缩器108处浓缩以增加固体浓度，并且仅在浓缩之后被提供给放电系统81。

在操作中，放电系统81通过电极之间的火花隙中的污泥产生具有适当的电压和电流波形的瞬态辉光至电弧电脉冲。在处理中的污泥内形成所需持续时间的快速变化的并且强的电场以及所需功率和强度的电液冲击波，所述电场以及电液冲击波伴随有上述的光辐射以及电化学现象和物理现象。

由于电弧电流的放电，废活性污泥中的细胞的和絮状物型的有机结构可以被破碎和破坏，从而释放富含营养物的细胞内流体和细胞间流体。可以将剩余的有机固体部分地水解，这可以增强它们的进一步消化。在释放细胞内的水和细胞间的水后，悬浮在溶液中的有机固体内容物的体积和质量减少，这可以简化污泥后处理过程。因此，在通过放电系统81处理WAS之后，当所处理的WAS被进料至厌氧消化器106时，产生的有机固体内容物变得作为用于消化的食物容易地可获得。

如图8中所示，将离开放电系统81的处理的废活性污泥和离开初级澄清器103的原始污泥(初级污泥)输送至厌氧消化器106，在厌氧消化器106中将它们暴露于用于厌氧消化的微生物，所述微生物进一步生物降解污泥。破坏微生物细胞的结构以及微生物细胞的絮状物用有机材料富集WAS。该材料被用作用于参与厌氧消化器106中的生物消化的微生物的食物。结果，产生的副产物气体中的甲烷的量可以被增加，而二氧化碳和硫化氢的量可以被降低。

在实验室测试和现场试点项目中，已经证明用于破坏衍生自城市废水处理的废活性污泥(WAS)中的生物质的放电的可行性和有效性。已经在产生WAS的废水处理装备开发并部署了用于测试的中试设备(pilot plant)。设计并建造了脉冲放电(PED)系统，所述脉冲放电(PED)系统可以处理高达每小时2.5立方米的WAS进料。这样的废水处理装备可以适合于处理约8,500立方米/天的城市污水的小型WWTP。该处理需要总共16kW(20kVA电源)。

具有四对电极的放电系统81被配置成并且能够产生30kV并且处理3微秒脉冲宽度的15kA以及10pps至50pps脉冲速率的峰值脉冲电流。WAS固体含量在总固体的2％至5％的范围内。

处理结果显示微生物细胞结构以及用被用作厌氧消化器106中的食物的有机材料富集WAS的微生物细胞的絮状物的破坏。因此，与不包括放电系统的现有技术装备(图1中的100)相比，消化时间缩短了20％，并且在总固体重量去除方面是40％更有效的。同样地，所进行的测试表明，在采用本发明的放电系统的废水处理装备中，甲烷产量可以被增加20％至60％，并且待去除的“干”固体的量可以被减少40重量％。

此外，发现当施加于WAS的处理能量大于每干吨800千瓦-时时，处理的污泥中的病原体数量急剧减少，将污泥转化为安全的“A”级生物固体废材料(根据EPA 503规定)，而无需煮沸或堆肥。“A”级的污泥对于用作肥料可以是安全的，产生以上额外的收益，并且进一步节省了驱逐卡车运输成本以及现有技术WWTP中使用的堆肥阶段所需的若干星期。

应该注意的是，在现有技术参考文献美国专利第6,491,820号、第6,540,919号、第6,709,594号以及第7,001,520号中描述的电穿孔设备上采用辉光至电弧放电的放电系统81的操作和功效方面存在显著的差异。如上所述，这些参考文献描述了用于通过脉冲电场系统处理生物活性废水污泥的系统和方法，该脉冲电场系统向污泥施加无电弧高电场。

与本申请的放电系统相反，由现有技术的电穿孔设备产生的电场不会在处理的废材料内提供电弧放电。在操作中，时变电场造成离子和其他带电微粒的加速，所述带电微粒与污泥中的细胞和絮状物碰撞，造成跨越微生物细胞的微电流，并且静电拉过细胞膜的分子，从而破坏它们的保水能力并且提供其结构的破坏。

此外，当所用电场的脉冲宽度的特性接近“结合”水分子的弛豫时间和/或接近其他极性有机分子的弛豫时间时，施加的脉冲电场可以产生热，主要是因为由时变电场引起的激发，其引起具有电偶极矩的极性分子由于通过时变电场放置在它们上的扭矩而来回旋转。当时变电场的参数不适合污泥分子的介电特性(例如弛豫时间)时，将不会产生热。因此，现有技术的电穿孔设备具有比本申请的放电系统的电穿孔设备低得多的效率。

应该注意的是，尽管在现有技术参考文献美国专利第6,491,820号、第6,540,919号、第6,709,594号和第7,001,520号中使用的时变电参数的电参数是使得它们可以在电极之间产生电弧放电，但是在这些现有技术参考文献中描述的系统避免使用有利于非电弧电压和脉冲宽度的电弧电场，这可能是由于与上面参照图2和图3的背景部分中描述的现有技术相关的问题。

参照图9，图示了根据本发明的另一个实施方案的在WWTP 90中处理城市废水污泥的示意图。WWTP 90与现有技术的废水处理装备(图1中的100)的不同之处在于以下事实：装备90被配置成用于通过使用本发明的放电系统(由参考数字91指示)处理离开初级澄清器103的初级污泥。系统90可用于分解初级污泥中的相对大的固体和有机物质，以便帮助在稍后阶段更容易地消化废物。

如图9中所示，将放电系统91布置在初级浓缩器107的下游和厌氧消化器106的上游。然而，当初级浓缩器107是可选的并且不包括在废水处理装备中时，可以将放电系统91直接布置在初级澄清器103的下游。

在操作中，如图9中所示，将离开初级澄清器103的初级污泥在初级浓缩器107处浓缩以增加固体浓度，并且在浓缩后被提供给放电系统91。然而，当初级浓缩器107是可选的时，将离开初级澄清器103的初级污泥直接地输送至放电系统91。

在操作中，放电系统91通过电极之间的火花隙中的初级污泥产生具有适当的电压和电流波形的瞬态辉光至电弧电脉冲。在处理中的污泥内形成的所规定的持续时间的快速变化的且强的电场以及所规定的功率和强度的电液冲击波伴随着光辐射连同上述的电化学现象和物理现象。

由于电弧电流放电的结果，可以将存在于初级污泥内的生物材料破碎并且将病原体破坏。在通过放电系统91的处理之后，将灭菌的初级污泥和离开二级浓缩器108的废活性污泥运输至厌氧消化器106，在厌氧消化器106中将它们暴露于用于厌氧消化的微生物，所述微生物进一步生物降解污泥。

应该注意的是，图9中所示的实施方案采用本发明的放电系统主要用于初级污泥的灭菌，而废活性污泥保持未处理，这可以防止驱动剂达到残留病原体的“A”级水平。

因此，图10A中所图示的本申请的WWTP的实施方案利用本发明的两个单独的放电系统用于分开处理初级污泥(PS)和废活性污泥(WAS)。具体地，如图10A中所示，WWTP 1000A与现有技术的WWTP(图1中的100)的不同之处在于以下事实：在WWTP 1000A中，将离开初级澄清器103的初级污泥(PS)和离开二级澄清器105的废活性污泥(WAS)两者在进入厌氧消化器106之前在本发明的两个单独的放电系统处通过脉冲放电处理。

根据图10A中所示的实施方案，WWTP 1000A包括第一放电系统1001a和第二放电系统1001b。离开初级澄清器103的PS通过初级浓缩器107处理，并且然后被进料至第一放电系统1001a。另一方面，离开初级澄清器103的WAS通过初级浓缩器107处理，并且然后被进料至第二放电系统1001b。第一放电系统1001a和第二放电系统1001b可以被配置成相应地进行适合于PS流和WAS流的最佳处理的具有不同电参数的处理。

参考图10B，图示了根据本发明的另外的实施方案的在WWTP 1000B中处理城市废水污泥的示意图。根据该实施方案，WWTP 1000B与废水处理装备(图10A中的1000A)的不同之处在于以下事实：从初级浓缩器107排出的PS流进入第一放电系统1001a，在该第一放电系统1001a中所述PS流被预处理到某一功率水平。然后将离开1001a的预处理的PS流与从二级浓缩器108排出的WAS流混合。然后，将混合的流进料至以适合于WAS的功率水平操作的公共放电系统1001b，该放电系统1001b还为预处理的PS提供剩余的所需功率水平。处理PS流以分解相对大的固体和有机物质以消毒初级污泥，从而进一步的消化可以更快，具有更多的沼气和更少的排空干污泥量。

参考图10C，图示了根据本发明的另外的实施方案的在WWTP 1000C中处理城市废水污泥的示意图。根据该实施方案，WWTP 1000C与现有技术的废水处理装备(图1中的100)的不同之处在于以下事实：将从初级浓缩器107排出的PS流和从二级浓缩器108排出的WAS流混合，并且然后将混合的流进料至以适合于处理PS或WAS的较高功率水平操作的公共放电系统1001c。当与图10B中所示的WWTP 1000B相比时，由于该装备(plant)仅利用一个排放系统，因此，该装备的维护比当使用两个排放系统时的维护更简单。

参考图10D，图示了根据本发明的还又一个实施方案的在WWTP 1000D中处理城市废水污泥的示意图。根据该实施方案，WWTP 1000D与现有技术的废水处理装备(图1中的100)的不同之处在于以下事实：将单独的初级浓缩器107和二级浓缩器108用单个公共浓缩器1002替代。

在操作中，将来自初级澄清器103的初级污泥和来自二级澄清器105的废活性污泥(二级污泥)首先输送至公共浓缩器1002，并且然后将初级污泥和废活性污泥的浓缩的混合物运输至单个公共放电系统1001d，所述公共放电系统1001d被布置在公共浓缩器1002的下游和厌氧消化器106的上游。然而，当公共浓缩器1002是可选的并且不包括在废水处理装备中时，将初级污泥和废活性污泥直接地进料至放电系统1001d。

在操作中，放电系统通过电极之间的火花隙中的污泥产生具有适当的电压和电流波形的瞬态辉光至电弧电脉冲。在处理中的污泥内形成的所规定的持续时间的快速变化的且强的电场以及所规定的功率和强度的电液冲击波伴随着上述的电化学反应、光辐射、以及其他物理现象。

由于电弧电流的放电，可以将存在于污泥混合物中的生物材料以及细胞的和絮状物型有机结构破碎和破坏。结果，细胞内的水和细胞间的水被释放并且病原体被破坏。在通过放电系统处理污泥混合物之后，当将处理的污泥混合物进料至厌氧消化器106时，产生的有机固体内容物变得作为食物容易获得，在厌氧消化器中其被暴露于用于厌氧消化的微生物，所述微生物进一步生物降解污泥。

参照图11，图示了根据本发明的还另一个实施方案的在废水处理装备(WWTP)1100中处理城市废水污泥的示意图。图11中所示的WWTP 1100与图8中的WWTP 80的不同之处在于以下事实，将本发明的放电系统111布置在二级澄清器105的下游以接收二级废水流出物，所述二级废水流出物包含比WAS更少的百分比的生物固体。如上所述，二级废水流出物可能被严重污染并且含有致病细菌和病毒。为了提供后续净化，将二级流出物运输至最终处理站121。根据图11中所示的实施方案，最终处理站121包括放电系统111，所述放电系统111被配置成用于消毒二级废水流出物以破坏病原体。取决于废水的质量，由放电系统111使用的功率可以例如在每立方米废水0.02KW至0.4KW的范围内。

应该理解的是，当需要时，最终处理站121还可以包括氯消毒和/或涉及使用紫外(UV)光或臭氧处理。所有这些消毒过程可以是同时的或连续的。

应该注意的是，本发明的放电系统可以在废水处理装备内的一个其他不同连接部处或同时地在多个其他不同连接部处使用，代替或者除了上面参照图8至图11描述的那些连接部处之外。

图12示出了废水处理装备1200的示意图，其中本发明的放电系统可以用于额外的益处。用于将放电系统集成到装备中的示例性位置由参考字母A到D标记。本发明的放电系统可以在这些位置中的每一个处理一部分废水流或整个流。

例如，可以将本发明的放电系统布置在穿过位置A的废水流的上游，即在预处理站102之后且在初级澄清器103之前。如上所述，通过预处理站102除去砂和砂砾。因此，放电系统的应用可以从研磨颗粒和絮状物中释放结合水，使得初级澄清器103的效率改进。

可选择地，本发明的放电系统可以布置在预处理站102的下游，以在离开初级澄清器103的废水污泥与回流活性污泥结合之前(位置B)或者在其与回流活性污泥结合之后(位置C)接收所述离开初级澄清器103的废水污泥。该设置可以帮助曝气过程并且通过消除或最小化进入曝气池104的有害细菌来改变曝气池104中的细菌比率。

作为另一种替代方案，本发明的放电系统可以布置在厌氧消化器106的下游(位置D)以接收沼渣(厌氧消化器106的产物)。应用放电来研磨颗粒和絮状物可以释放结合水，以便改进脱水压力机109的效率。同样，在其脱水之前，它进一步消毒沼渣以满足“A”级水平，导致“A”级驱动剂安全出售或被用作肥料。

已经发现，当与没有采用放电系统的现有技术的装备(图1中的100)相比，在通过本发明的放电系统处理沼渣后，可以将“干”固体材料中的水的浓度减少约30-40重量％。这减少了需要用卡车运走(trucked off)的驱动剂的体积，并且减少其焚烧所需的燃料，如果它如在现有技术的装备那样保持不安全的话(就内部包含的病原体、病毒和寄生虫而言“B”级)。

还发现，当应用至沼渣的处理能量大于每干吨800千瓦-时时，沼渣被转化为安全的“A”级生物固体废材料(根据EPA 503规定)。

因此，本发明所属领域的技术人员可以理解，虽然已经根据优选的实施方案描述了本发明，但是本公开内容所基于的概念可以容易地被用作用于设计用于实现本发明的若干目的的其他结构系统和过程的基础。

应理解的是，本文采用的措辞和术语是为了说明的目的并且不应当被视为是限制性的。

应该注意的是，如在整个所附权利要求中使用的词语“包含(comprising)”和“包括(including)”应被解释为意指“包括但不限于”。

因此，重要的是，本发明的范围不被解释为受到本文阐述的例证性实施方案的限制。在如所附权利要求限定的本发明的范围内，其他变化是可能的。特征、功能、要素和/或性质的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求或在本申请或相关申请中提出新权利要求来要求保护。这样的修改权利要求的或新的权利要求，无论它们涉及不同的组合或涉及相同的组合，无论是与原始权利要求在范围上不同、更宽、更窄或相同，也被认为包括在本说明书的主题内。

Claims (28)

1.一种废水处理装备，包括：

预处理站，所述预处理站被配置成用于接收废水流体并对所述废水流体筛选以防止较大的物体进一步通过下游；

初级沉降澄清器，所述初级沉降澄清器被布置在所述预处理站的下游并且被配置成用于接收离开所述预处理站的所述废水流体，并将所述废水流体分离成初级污泥和初级流出物；

曝气池，所述曝气池被配置成用于接收离开所述初级沉降澄清器的所述初级流出物，并且在泵送到所述曝气池中的空气的存在下处理所述初级流出物，从而产生经曝气的废水流出物；

二级沉降澄清器，所述二级沉降澄清器被布置在所述曝气池的下游，并且被配置成用于接收离开所述曝气池的所述经曝气的废水流出物，并将所述经曝气的废水流出物分离成废活性污泥和二级废水流出物；

放电系统，所述放电系统被配置成用于(i)接收选自所述初级污泥和所述废活性污泥的至少一种废水流体的至少一部分，以及(ii)通过所述至少一种废水流体产生瞬态电弧电流脉冲，所述瞬态电弧电流脉冲具有选自接近结合水分子的弛豫时间和/或接近污泥分子的弛豫时间的预定的宽度值，以便在所述至少一种废水流体中产生伴随有高电场、强烈的热和光辐射的电液冲击波；以及

厌氧消化器，所述厌氧消化器被布置在所述放电系统的下游，被配置成用于接收由所述放电系统处理的所述废水流体并且通过厌氧消化进一步降解所述废水流体，从而提供副产物气体和沼渣。

2.如权利要求1所述的废水处理装备，其中所述放电系统包括：

高电压供应装置，所述高电压供应装置具有至少一个电位端子和接地端子；

通用电容器组，所述通用电容器组被耦合至所述高电压供应装置；

至少一个通用开关，所述至少一个通用开关被连接至所述通用电容器组；

至少一个脉冲形成组，所述至少一个脉冲形成组通过所述通用开关被耦合至所述通用电容器组；

至少一个工作开关，所述至少一个工作开关与相应的脉冲形成组串联布置；

至少一个电位电极，所述至少一个电位电极被浸入所述至少一种废水流体中并且通过所述至少一个工作开关被耦合至所述至少一个脉冲形成组；以及

至少一个另外的电极，所述至少一个另外的电极选自接地电极和另外的电压电极，所述至少一个另外的电极与所述至少一个电位电极一起界定所述废水流体内的电弧火花隙，所述至少一个另外的电极与所述工作开关串联布置用于通过所述电弧火花隙中的所述废水流体的一部分提供电弧放电。

3.如权利要求2所述的废水处理装备，其中所述放电系统包括至少两个脉冲形成组；所述至少两个脉冲形成组通过工作电流电阻元件被彼此分开，所述工作电流电阻元件被配置成使在所述至少两个脉冲形成组的瞬态放电期间在所述至少两个脉冲形成组之间的电流流动最小化。

4.如权利要求2所述的废水处理装备，其中所述通用电容器组和所述至少一个脉冲形成组通过耦合至所述高电压供应装置的所述接地端子的公共接地总线被连接在一起。

5.如权利要求2所述的废水处理装备，其中所述放电系统还包括至少一个被布置在接地电线中的通用限制电阻器，以将所述通用电容器组与所述至少一个脉冲形成组分开。

6.如权利要求2所述的废水处理装备，其中，所述至少一个通用开关和所述至少一个工作开关是三电极火花隙开关，所述三电极火花隙开关包括形成开关路径的两个开关电极以及触发电极，所述触发电极被配置成用于在所述两个开关电极之间提供高电流的通道。

7.如权利要求2所述的废水处理装备，其中所述至少一个工作开关是半导体高电流开关。

8.如权利要求2所述的废水处理装备，其中所述至少一个通用开关和所述至少一个工作开关是三电极火花隙开关，所述三电极火花隙开关包括形成开关路径的两个开关电极以及机械移动触点，所述机械移动触点提供在所述两个开关电极之间的高电流的形成和断开。

9.如权利要求2所述的废水处理装备，其中所述放电系统还包括：

额外通用开关，所述额外通用开关被连接至所述通用电容器组；

至少一个额外脉冲形成组，所述额外脉冲形成组具有接地端子和通过所述额外通用开关耦合至所述通用电容器组的电位端子；

至少一个额外工作开关，所述额外工作开关与相应的额外脉冲形成组的电位端子和浸入到处理中的液体中的相应的电极串联布置并且被布置在相应的额外脉冲形成组的电位端子和浸入到处理中的液体中的相应的电极之间。

10.如权利要求9所述的废水处理装备，其中所述放电系统包括至少两个所述额外脉冲形成组，其中所述额外脉冲形成组通过布置在电位电力线中的额外电流电阻元件被彼此分开。

11.如权利要求9所述的废水处理装备，其中所述额外脉冲形成组的额外电容量(C_add)大于所述脉冲形成组的电容(C_w)，但低于所述通用电容器组的电容(C_g)。

12.如权利要求2所述的废水处理装备，其中所述放电系统包括处理容器，所述处理容器容纳处理中的液体并且配备有至少一对所述至少一个电位电极和至少一个其他电极，所述至少一个电位电极和所述至少一个其他电极被定位成形成间隙，用于通过处理中的所述液体传送辉光至电弧脉冲。

13.如权利要求12所述的废水处理装备，其中所述处理容器包括内部反射器，所述内部反射器被配置成反射、引导以及共振液压冲击波。

14.如权利要求13所述的废水处理装备，其中所述内部反射器具有椭圆形形状，并且其中所述电弧火花隙至少位于椭圆形反射器的一个焦点节点中。

15.如权利要求13所述的废水处理装备，其中所述内部反射器具有球形形状，并且其中所述电弧火花隙至少位于圆上的一个位置中，所述圆穿过球形反射器围绕球体轴线的焦点节点。

16.如权利要求13所述的废水处理装备，其中所述内部反射器具有圆柱形管状形状，并且其中至少一个所述电弧火花隙位于圆柱形管状反射器的纵向管轴线上。

17.如权利要求13所述的废水处理装备，其中所述内部反射器具有圆柱形管状形状，并且其中至少一个电弧火花隙位于围绕圆柱形管状反射器的纵向管轴线转动的螺旋形物上。

18.如权利要求13所述的废水处理装备，其中所述内部反射器具有椭圆形管状形状，并且其中至少一个所述电弧火花隙沿着由椭圆形管状反射器的焦点节点形成的轴线定位。

19.如权利要求12所述的废水处理装备，其中所述处理容器包括至少一个内部光学装置，所述至少一个内部光学装置被配置成引导、分裂并聚焦液压冲击波。

20.如权利要求12所述的废水处理装备，其中所述处理容器包括：入口气体歧管；鼓风机，所述鼓风机提供空气或含有氧气的气体混合物的流以穿过所述入口气体歧管；以及喷嘴，所述喷嘴被布置在所述入口气体歧管的末端并被配置成用于允许气体流与废水流混合。

21.如权利要求1所述的废水处理装备，还包括另外的放电系统，所述另外的放电系统被配置成用于接收二级废水流出物并且通过所述二级废水流出物产生辉光至电弧瞬态电压和瞬态电弧电流脉冲以在所述二级废水流出物内产生伴随有高电场、强烈的热和光辐射的电液冲击波。

22.如权利要求1所述的废水处理装备，还包括另外的放电系统，所述另外的放电系统被布置在所述预处理站的上游，并且被配置成用于接收并处理所述废水流体并在所述处理之后将所述废水流体提供给所述预处理站。

23.如权利要求1所述的废水处理装备，还包括另外的放电系统，所述另外的放电系统被布置在所述预处理站的下游，并且被配置成用于接收并处理离开所述预处理站的废水污泥流出物。

24.如权利要求1所述的废水处理装备，还包括另外的放电系统，所述另外的放电系统被布置在所述厌氧消化器的下游并且被配置成用于接收并处理所述沼渣。

25.一种用于在权利要求1所述的废水处理装备处理废水流体的方法，所述方法包括：

通过所述预处理站接收废水流体并对所述废水流体筛选以防止较大的物体进一步通过下游；

通过所述初级沉降澄清器接收离开所述预处理站的所述废水流体，并将离开所述预处理站的所述废水流体分离成初级污泥和初级流出物；

通过所述曝气池接收离开所述初级沉降澄清器的所述初级流出物，并且在泵送到所述曝气池中的空气的存在下处理所述初级流出物以产生经曝气的废水流出物；

通过所述二级沉降澄清器接收离开所述曝气池的所述经曝气的废水流出物，并将所述经曝气的废水流出物分离成废活性污泥和二级废水流出物；

通过所述放电系统接收选自所述初级污泥和所述废活性污泥的至少一种废水流体的至少一部分，并且通过所述至少一种废水流体产生瞬态电弧电流脉冲，所述瞬态电弧电流脉冲具有选自接近结合水分子的弛豫时间和/或接近污泥分子的弛豫时间的预定的脉冲宽度值，以便在所述至少一种废水流体中产生伴随有高电场、强烈的热和光辐射的电液冲击波；以及

通过所述厌氧消化器接收由所述放电系统处理的所述废水流体，并且通过厌氧消化进一步降解所述废水流体，从而提供副产物气体和沼渣。

26.如权利要求25所述的方法，其中通过所述放电系统对所述瞬态电弧电流脉冲的所述产生包括：

将至少一个通用开关和至少一个工作开关放置在关闭的位置；

通过连接至电压供应装置对通用电容器组充电；

接通所述至少一个通用开关以向至少一个脉冲形成组供应高电压，用于通过使所述通用电容器组部分地放电来对所述至少一个脉冲形成组充电；

接通所述至少一个工作开关，从而使所述至少一个脉冲形成组放电，并且在至少一个电位电极和至少一个接地电极之间产生瞬态电压和电流脉冲。

27.如权利要求26所述的方法，包括在接通所述至少一个工作开关的步骤之前关闭所述至少一个通用开关以断开所述通用电容器组和所述至少一个脉冲形成组之间的连接的步骤。

28.如权利要求26所述的方法，还包括：

提供额外通用开关并将所述额外通用开关连接至所述通用电容器组；

提供至少一个额外脉冲形成组并将所述至少一个额外脉冲形成组的端子之一耦合至地面并将另一个端子通过所述额外通用开关耦合至所述通用电容器组；

提供至少一个额外工作开关并将所述额外工作开关与相应的额外脉冲形成组的电位端子和浸入到处理中的流体中的相应的电位电极串联布置，并且被布置在相应的额外脉冲形成组的电位端子和浸入到处理中的流体中的相应的电位电极之间；

接通所述额外通用开关以向所述至少一个额外脉冲形成组供应高电压，用于通过使所述通用电容器组部分放电来对所述至少一个额外脉冲形成组充电；

接通所述至少一个额外工作开关以提供所述至少一个额外脉冲形成组的放电，并从而在相应的电位电极和接地电极或不同电位的电极之间保持瞬态电弧电流。

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