CN1119290C

CN1119290C - 采用气体注射放电的净化系统和方法

Info

Publication number: CN1119290C
Application number: CN95191143A
Authority: CN
Inventors: 休.W.格林; 小保罗.E.奇兹姆
Original assignee: Scientific Utilization Inc
Current assignee: Scientific Utilization Inc
Priority date: 1994-01-11
Filing date: 1995-01-11
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2015-01-11
Also published as: US5464513A; PT739311E; EP0739311B1; CA2178963C; DE69516666D1; JP3983282B2; BR9506486A; EP0739311A1; GR3033835T3; JPH09507428A; ES2147284T3; CN1138316A; WO1995018768A1; DE69516666T2; EP0739311A4; CA2126935A1; CA2126935C; ATE192416T1; DK0739311T3; CA2178963A1

Abstract

本发明公开一种液体净化方法和装置：至少一个净化单元；容纳待处理水的净化腔装置，该净化腔装置整合到所述净化单元；至少一个阳极组件，该阳极组件包括一个阳极部件，至少一个阴极组件，该阴极组件包括一个阴极部件，所述阳极部件和阴极部件位于所述净化腔装置中相对的两侧，并在它们之间限定了一个电弧放电区域；引导水流通过接近电弧放电区域的所述净化腔装置的水流装置；向电弧放电区域的水注入气体的气体注射器装置，所述气体注射器装置含有一个整合到所述阳极组件上的气体喷嘴，气体通过阳极进行注射；和在所述阳极部件和阴极部件之间产生一系列电弧的脉冲发生器装置。

Description

采用气体注射放电的净化系统和方法

技术领域

本发明通常涉及一种用于对水、污泥和其它液体进行净化和去除污染物的方法和系统，上述水、污泥和其它液体中含有有毒或不希望的化学物质及病菌。更具体地说，本发明涉及一种液体净化系统，藉此在流动的液体中通过放电分解和/或去除污染物。

技术背景

近年来在环境治理方面做了大量的探索和研究，尤其是针对地下水、废水和饮用水的净化和去除污染物。水的净化与工业废水的连续处理不同，它是在一个地点对水池或水塘中污水进行一次性处理。因此，这些方法对大、小规模的处理都要可行。

在已有技术中，已经采用了各种各样的技术分解或除去水中的污染物和毒性物质。这些方法包括使用超声波振动产生的冲击波和对水进行紫外线辐照。电也可以作为一种净化剂，例如在水流中引入正电荷离子，使颗粒物质混凝并分离出来，通过在有流动液体的腔中通入电流，使在阳极和阴极之间流动的电流对微生物有杀伤作用。

众所周知，加氯能够有效地抑制有限的细菌和微生物的生长，但是，它对有机物却没有什么作用。相反活性炭过滤器能够除去有机物，但是，这种过滤器非常昂贵并且需要定期维护。

注入臭氧也是一种有效的方法。然而，要想提高效率，臭氧设施必须非常大。因此，它的费用和体积使得它不适于治理少量被污染的地下水和现场废水。还可以使用注入过氧化氢的系统，一些系统带有紫外线闪烁灯活化，以便产生与有机化合物相结合所需要的氢氧根离子。这些技术提供了合适的治理污染物和有机物的方法，但是，由于需要大量的高纯度过氧化氢，使得处理费用非常昂贵，由于紫外线闪烁灯的表面易被沾染，所以又需要定期维护，因为这种沾染会妨碍过氧化氢接受紫外线的能量。

活性炭过滤器对有机物也是一种合适的处理手段，但是，它相当昂贵并且需要经常更换，根据国家标准不能保证解决问题。

在相关问题上，全国成千上万的工厂都在与对公众或当地环境有害的副产品或副作用作斗争。生产过程本身也会产生对环境和人类有害的有机物或其它污染物。在食品工业这个问题经常出现，许多粮食食品引起或采用食用后会对人体有害的细菌和/或生物体。病原菌(包括沙门氏菌属、病毒、细菌等等)在生产过程的某些时刻以及在运到销售点之前，都对生产者提出了挑战。在大多数情况下，生产商要使用化学杀菌剂或利用一种处理过程，切实消除产品污染而可能出现的问题。这对最后的消费者是非常好的，但是这又出现了另一个环境问题，如果这些杀菌剂或化学试剂从工厂排放到附近的水体或土地填筑场，它们会渗入地下水系统。

用于这类工艺的杀菌剂和化学试剂有许多。最有效的一种是酚基杀菌剂。酚能够杀死病菌和其它有害化合物，已被许多工业广泛采用。由于它具有很高的生物需氧量(BOD)，所以使用酚基杀菌剂的副作用对环境存在威胁。当将其排放到环境中时，BOD会与其它长链有机物争夺氧气。对在环境中排放苯酚，环境保护机构通常都在执行日平均限度为0.5ppm和最大值限度为1.0ppm的标准。苯酚的这一浓度对本国的天然食物链显然没有威胁，因此被政府采纳作为控制标准。然而，许多工厂在将杀菌剂释放到环境中之前，或是不遵从这一规定，或是用成本很高的替代品分解这些杀菌剂。因此许多工厂都建造了室内废水处理装置，使它们的产品既对最后的消费者安全，也对环境安全。

在家禽良种、家禽制品和蛋类的生产过程中，许多农场和工场都采用酚作为杀菌剂。某些工场正在实施无沙门氏菌属方法，它对整个工业都是极好的。这种方法保护了使用者和最后的消费者免受沙门氏菌属的污染。一部分生产过程需要使用酚作为杀菌剂，清洗设备、机器和其它设施。通常将清洗流出的含有酚的水收集并就地排放到的小水体中。因为酚的浓度通常取决于环境保护机构制定的就地排放限量，所以这就提出了一个问题，经常会产生酚浓度为20PPM或更高、体积为8,700加仑/周的清洗水。

在美国成千上万的废水处理场中，污泥脱水设备还存在另一个问题。在美国，大量的污水处理装置都采用生物处理法或采用被称之为“细菌”的活的生物体作为污水处理系统或工业废水处理系统的最后处理手段。最终的结果是在处理之后唯一剩下的固体物质就是“细菌”本身。这种含这些细菌的水在最终处理池中被称之为污泥。这种废物处理方法产生了一个问题，在处理后的水能被循环或排放到河流或水体之前，必须除去剩余的固体物质。

限制运行能力的因素是脱水速率。污泥中有机体细胞组织含有水，要想除去这些水需要大量的能量和时间。在许多情况下，常规处理设备不能彻底除去水，以便使处理后的污泥转变为滤饼，无需干燥便可进行土地填埋。如果将湿的污泥型废物运送到土地填筑场进行填埋处理，估计其费用比处置费用要高得多。

许多脱水设备都是将固体物质物理地从污泥中分离出来。这种脱水设备的例子包括：皮带挤压机、板框挤压机和离心分离机。一旦用这种脱水设备将固体物质分离出来，便可用某些方法进行处置。主要的方法是将这些污泥运到土地填筑场。这种方法的限制因素是在脱水处理后物理去除水和挤压的物料或滤“饼”干燥所需的时间和能量。如果脱水步骤太慢，必须使用额外设备来处理流动的污泥。如果滤饼干燥不充分，在填埋场必须对这种污泥作进一步处理或加工，这需要花费更多的费用。如果建造能够接收较湿的滤饼的掩埋场，那么由于多余的水分没被除去，肯定会显著地增加运输较重污泥的费用。最后的结果是如果脱水速率能够提高一倍，那么用一半的脱水设备就能够在一半的时间内处理相同数量的污泥。如果滤饼较干，就能以最少的费用处置所有固体物质。因此这样的方法才能够显著地节省设备投资和运行费用。

于是需要有一种液体净化和除去污染物系统，该系统能够以相对低的费用有效地分解或除去各种有机物和化学毒性物质，它无需添加其它化学试剂或对污水进行进一步处理，且适用于大小规模的操作中。还需要一种一次运行既能够解决污泥脱水问题，又能够解决滤饼干燥问题的污泥处理方法。这种系统在已有技术中是没有的。

本发明公开

本发明的目的之一是提供一种水净化系统，它既能有效地除去细菌和微生物，也能有效地除去有机物质，所述水净化系统包括：

a.至少一个净化单元；

b.容纳待处理水的净化腔装置，该净化腔装置整合到所述净化单元；

c.至少一个阳极组件，该阳极组件包括一个阳极部件，至少一个阴极组件，该阴极组件包括一个阴极部件，所述阳极部件和阴极部件位于所述净化腔装置中相对的两侧，并在它们之间限定了一个电弧放电区域；

d.引导水流通过接近电弧放电区域的所述净化腔装置的水流装置；

e.向电弧放电区域的水注入气体的气体注射器装置，所述气体注射器装置含有一个整合到所述阳极组件上的气体喷嘴，气体通过阳极进行注射；

和f.在所述阳极部件和阴极部件之间产生一系列电弧的脉冲发生器装置。

本发明的另一个目的是提供一种间歇水处理系统，在大小规模的操作运行中，都是有效而经济的，所述处理系统包括：

a、一个预处理池；

b、一个储罐；

c、将增强化合物的离子和游离基团从所述储罐输送到所述预处理池的装置；

d、将未处理水输送到所述预处理池中的装置；

e、一个净化腔，所述净化腔包括位于该腔中的一对阳极和阴极，在所述净化腔中的所述阳极和阴极之间限定了一个电弧放电区域；

f、一个在电弧放电区域中的所述阳极和阴极之间产生一系列电弧的脉冲发生器装置；

g、在电弧放电区域的所述净化腔中注入气体的装置；

h、一个氧化剂塔，该塔包括一个在流过该塔的水中分布氧化剂的装置；

i、将水从所述预处理池输送到所述净化腔中的装置；

j、将水从所述净化腔输送到所述氧化剂塔中的装置；

k、一个后处理存储池；

l、将水从所述氧化剂塔输送到所述后处理池中的装置；和m、从所述后处理池排放处理后水的装置。

本发明的再一个目的是使用一种液体净化方法，它无需增加系统本身的复杂性，就可同时用几个不同的净化模式进行处理，所述方法包括：

a、使被净化的液体通过第一净化腔中；

b、在第一净化腔中的第一对电极之间通入气泡，气体通过所述阳极注入；和

c、在第一净化单元中的电极之间产生一系列的脉冲放电电弧，其能量要足够高，以便在脉冲过程中在液体内保持该电弧，在该液体中产生一系列的脉冲机械冲击波。

本发明的再一个目的是提供一种低费用地处理污水和污泥的净化系统，所述系统包括：

a、处理单元，该处理单元包括第一处理腔；

b、安装在所述第一处理腔内两相对位置上的第一阳极组件和第一阴极组件，并在所述第一阳极组件和所述第一阴极组件之间限定了第一放电区域；

c、将未处理的污泥输送到所述第一处理腔中的装置；

d、向所述第一处理腔中输送气体的装置，它包括通过第一阳极组件向第一电弧放电区域注射气体的第一气体注射装置；

e、从所述处理单元中排走处理后污泥的装置；和

f、第一固态开关装置，它给第一阳极组件和第一阴极组件产生系列电弧脉冲，所述脉冲有足够的电压和电流，以在污泥中产生电弧。

为了实现这些目的和其它目的，本发明的系统采用了在待处理液体中将紫外线辐照、脉冲机械冲击波和流动液体离子化协同结合的净化及除去污染物的方法。将待处理液体引入一个或多个串联或并联连接的净化单元中。一对电极横向延伸跨过并穿过位于净化单元中的净化腔，在其中限定了一个电弧缝隙或放电区域。从进水口将被污染的液体引入净化腔和净化单元，在净化腔中穿过或靠近放电区域。采用大功率固态开关的脉冲发生器迅速传递穿过电极电脉冲引发的电弧，由此在电极之间的放电区域产生一系列的放电电弧。电弧具有足够高的能量，从而使脉冲引发电弧能够穿过电极之间的液体，产生具有直接杀死微生物和削弱其它微生物的致死能量的紫外线辐照，以及机械冲击波。进一步，靠近放电区域的水分子被离解成受激基团，包括氢氧根离子和游离氧，它们能够与有机物相结合，以便从水中去除它们。

为了在电极之间产生电弧，穿过阳极组件向放电区域注入气体。进一步提供了一个低流量间隙水处理系统的实施方案，包括在电弧放电处理之前的预处理池中注入过氧化氢，并在进入后处理池之前提高通过液体的臭氧分布。

本文描述的系统代表了一个重大的科学突破，它在单一方法中提供了其它技术所有的主要净化/处理的效果(UV、O₃、OH、O₂、冲击、电杀伤)，它提供了一个其它任何系统都没有达到的协同效果。

图1a是本发明液体净化系统第一实施方案的示意图，其中净化单元是剖视图。

图1b是带有喷射气体部件的本发明液体净化系统第二实施方案的示意图，其中净化单元是剖视图。

图2是透过图1a的本发明实施方案所示净化单元观察的端视图。

图3是图1a或1b的实施方案所示脉冲发生器的示意图。

图4是用于低流量间歇污水处理的液体净化系统第三实施方案的管线系统及其组件的示意图。

图5是图4所示低流量间歇污水处理系统实施方案的电路及其组件系统的示意图。

图6a是用于图4所示污水处理系统的净化单元中阴极组件的平面图。

图6b是图6a的阴极组件的侧视图。

图7a是用于图4所示污水处理系统的净化单元中阳极组件的仰视图。

图7b是图7a的阳极组件的侧视图。

图8是图4所示低流量间歇污水处理系统的净化单元的剖透视图。

图9是用于污泥处理的液体净化系统第四实施方案的控制柜的透视图。

图10a、10b和10c是图9所示污泥处理系统的管线及其组件的示意图，分别表示净化单元是一个单独的处理腔、两个串联的处理腔、两个并联的处理腔的情况。

图11a、11b和11c是图9所示污泥处理系统的净化单元的透视图，对应图10a、10b和10c分别表示净化单元是一个单独的处理腔、两个并联的处理腔、两个串联的处理腔的情况。

图12是图10a和11a所示单独一个处理腔的透视图，用虚线表示内双电极腔。

图13a是图12双电极腔的放大透视图。

图13b是图9到12所示污泥处理系统实施方案阳极组件和阴极组件的放大图，表示它们在图13a所示处理腔中的安装位置。

图14是如图13a所示处理腔的侧视图。

图15是图13a所示处理腔的部分剖视前视图，表示位于电极对之间的电弧放电区域。

图16是如图13a所示处理腔的俯视图。

图17是如图13a所示处理腔的剖视图，显示的是缓冲板的位置。

图18是图9所示污泥处理系统采用变型的净化单元的剖视图，它带有如图10b和11c所示的串联电极处理腔。

图19a是如图15所示阴极组件的放大截面图，表示的是将绝缘体紧固在处理腔顶板上的情况。

图19b是图19a的电极端的平面图.

图20表示的是用于图4所示低流量间歇污水处理系统和图10b所示污泥处理系统实施方案的液体净化系统中脉冲发生器的示意图。

图21表示的是液体净化系统在污泥处理系统实施方案的电路及其组件系统的示意图。

实现本发明的最佳方式

本发明的液体净化方法采用了三种不同方式对水或其它液体进行净化和去除污染物，这些方式相结合形成了去除或分解有机物和化学毒物的协同方式。每一种净化方式的开始都在流动液体中产生脉冲电弧。采用的放电电压在10kV-50kV之间，弧峰电流为70A，在邻近放电区域的净化室中产生了等离子效应。立即使局部温度达到10,000-15,000K，局部等离子压力为100-1000MPa。首先，随着放电的进行，电弧本身产生很强的紫外线辐照，这种紫外线辐照可以杀死水流中的许多存活的生物体。其次，高温使环境水迅速膨胀然后冷却，并在净化单元中产生了机械冲击波，结果立即杀死了许多细菌和微生物，还打碎了微生物的保护壳和其它保护膜，从而使它们暴露在紫外线辐照或其它杀伤作用之中。再次，放电使水分解成水合电子、离子和受激自由基团，包括：H、OH、HO₂和O⁺。这些基团直接攻击细菌和病毒，然后与有机物相结合从而去除它们，这与上述注入过氧化氢和臭氧的系统是相似的。

因此，本发明的显著特点是在水中产生了高能电弧。产生这种电弧的系统10如图1a所示。在净化过程中，在一个或多个净化单元12内对经过它的地表水、废水或饮用水进行净化并除去污染物。在一个优选实施方案中，净化单元12有一个圆柱形的腔壁14，它与进水口16和出水口18相连，并在其中限定了一个内含净化腔13的流动液体。在系统10的第一实施方案中，优选的用Lexan塑料材料的制成的净化单元12，其内径大约为3cm.

横穿两相对的腔壁14安装有引发电弧的电极：阳极组件22和阴极组件30。阳极组件22包括一个优选用钨制成的阳极部件23(见图2)，它是一个圆柱体，直径大约为1/8英寸，有一个尖端。阳极组件22插入地穿过腔壁14并由TeflonPTFE制成的绝缘体24支承住，并且还要装配得易于取下阳极组件22并可调节它在净化腔13中的位置。

阴极组件30有一个矩形电弧板或阴极部件32，它大体上横向布置在靠近腔壁14内表面的地方。从阴极部件32的末端垂直延伸的是阴极组件30的电极接线端34。一个液体密封件(图中未示)以常规方式放置在接线端34的周围，以防止污水从净化单元12内释放出来。

参见图1a和图2，在阴极部件32平面和靠近阳极部件23末端区域之间限定了一个电弧放电区域26。该电弧放电区域26的长或阳极部件23的末端与阴极部件32的末端之间的距离，对净化系统10的正常运行是至关重要的。然而上述空间应当最大，以优化流速，并使其与在阳极部件23和阴极部件32之间产生和维持可靠放电和电弧27的能力相协调。在本系统的一个优选实施方案中，放电区域26的长大约为1.0cm。

阳极部件23是本系统唯一的一个需要定期更换的部件。因此，使用耐用性强的材料加工阳极组件是很重要的。已经发现可用来制作阳极部件23的金属包括钨钍合金和铬钼合金。

阴极部件32可用任何适宜长期运行的耐用金属制成，例如可用不锈钢制成。阴极组件30的阴极部件32的尺寸可大约为2cm×2cm，厚为0.2cm。

为了在阳极部件23和阴极部件32之间产生电弧27，借助于一个正电缆20使阳极组件22与脉冲发生器50(见图1)相连。负电缆19使阴极组件30的接线端34与脉冲发生器50的负侧相连。

为了实现在净化单元12的净化腔13内重复产生冲击波，随后产生电弧27的目的，采用了一个脉冲电弧部件。参见图3，它提供了脉冲发生器50的详细结构。优选地，脉冲发生器50是电容放电型的脉冲发生器，它有一个放电电容器54，其电容量在3,500伏测量大约为40微法。借助于大功率固态开关56使电容器54放电，适当地设计和选择该固态开关56以使该电容器在一微秒内放电到输出脉冲转换器58中。

为了在放电区域26产生足够高能量的电弧27，脉冲变压器58必须根据放电电容54为1,500伏、1,100安培的脉冲，在阳极组件22产生一个40,000伏、30安培的脉冲。因此，在一个优选实施方案中，半导体开关56必须能接收到一个来自电子定时板60的触发信号，该电子定时板60有能在每秒产生1-6个触发信号的电路。通过一级变压器63和整流器64，穿过电阻61放电电容54在几毫秒内充电到1,500伏，它连接着常规220伏交流电源线62。

在本装置的一个优选实施方案中，定时板60能穿过放电区域26每秒产生30个电弧，峰值功率为1.2兆瓦。电弧信号的脉冲宽度大约为5微秒，一个弧隙或间距大约为1.0厘米的放电区域26可提供每个脉冲大约为7.0焦耳的能量。

可以调节水穿过净化单元12的流速，这取决于达到最佳净化效果单位体积的水所需要的能量。在一个优选实施方案中，水的能量密度为1.0J/cm³时，水能得到适当的净化处理，允许水穿过净化单元12的流速大约为每秒12升。

本领域技术人员都知道可以根据被净化水的种类和需要的流速适当地调节净化单元12的尺寸和容积。此外，为了提供净化能力，可同时并联运行多个净化单元12，从一个污水源注入到一组排水口。而且，为了提高净化效果，还可以使多个净化单元12串联运行，从第一净化单元12的出水口18流出的净化后的水再立即流入第二净化单元12的进水口16，等等。

对采用本文所述方法和装置的试验系统进行试验，采用3.5J/cm³或1KWH/M³的能量密度，可达到99.5％的净化率，并适合于净化饮用水。为了满足环境保护标准，要想达到可使处理后的水排放到环境中去的净化率，适宜的能量密度为0.3KWH/M³。

对一个除去普通有机污染物的优选实施方案进行试验，结果表明电弧能量在10-30J/cm³之间时可降低污染物的浓度，对初始浓度为.1克/升的杀虫剂，0.1-40克/升的烃，和0.2-20克/升的石油产物去除率达到90-95％。

气体注入

为了在液体中产生所需要的电弧，应当向电弧放电区域26注入气体。参见图1b，在系统10的第二优选实施方案中，在阳极组件22中插入一个高压气体喷射管21。穿过在阳极部件23中的、引向阴极组件30的小喷嘴注入高压气体，从而可形成一个潜入水中的气体喷射通道。这种空气或气体通道形成了一个实际上的阳极，成为初始电弧穿过的通路。这是因为空气或大多数气体的击穿电压都高于水的击穿电压。

待净化水穿过放电的净化腔13并靠近放电区域26流动。被净化水的流速是每单位体积所需能量的函数。假设1.0焦耳/厘米³是守恒的，则流速应当为12L/m。优选地，在流速大约为5CFM，具有足够高压力的情况下输送气体，以便在液体中产生气泡。通常，合适的压力是净化腔13内的气体压力高出液体压力大约6-8PSI。

在本实施方案中脉冲发生器50也是一个电容放电单元，它被设计用来将非常快的高压高电流脉冲传递到净化腔13的电极上。放电电容54(见图3)是一个40.0微法的脉冲放电型电容，设计电压为3500伏。通过使用一个具有足够di/dt和峰值电流容量的大功率固态开关56使电容器54放电，在大约1.0微秒的时间内使电容器54上的电荷排放到输出脉冲变压器上。可设计输出脉冲变压器，使其在实际阳极部件23产生40,000伏的电压、70安培的脉冲电流，该实际阳极部件23是通过潜入水中的气体喷射管21的高压形成的，以便在放电区域26剧烈放电。脉冲变压器58的这一输出值要求电容器54和开关56的输入值为1500伏、1100安培。开关56接到信号就打开一个每秒钟能产生50-100个脉冲的电子定时板60。脉冲放电电容器54在几毫秒的时间内通过电源变压器63和整流器64充电到1500伏的直流电压，该变压器63和整流器64从电源线62获得电能。脉冲电源系统50的设计必须包括常规工程所需要的瞬时保护器件，以防止开关56过早地失效。

脉冲电源系统50在放电区域26中将产生所需要的高能放电或电弧27。这种放电每秒钟大约出现60次，峰值功率为1.2兆瓦。脉冲宽度大约为5微秒(全宽度一半的最大值)，每个脉冲的功率为7.0焦耳。在靠近形成放电区域26的阳极部件23和阴极部件32的末端之间的间隙大约为2.0cm。

净化腔13中有部分高能脉冲，结果穿过气体或空气通道产生了剧烈脉冲电弧27。该气体通道浸没在被净化的液体(水)中。净化腔13的尺寸是获得希望的净化度所必需的总平均放电能量和穿过该净化腔流速的函数。局部脉冲压力在100-1000MPa之间，局部温度大约为10,000-15,000K。

一旦电弧27在冷气体通道中形成，它会很快膨胀，然后当其迅速冷却时，它又会收缩。结果产生了不同的压力波，在净化腔13内可以看到冲击波。冲击波是净化过程开始时的一种最初效果，它可以直接杀死一些微生物和细菌，并且可以打破在许多病毒和细菌上看到的外部保护壳。产生电弧的冲击波还可以产生高度集中的脉冲。这种脉冲是一种很强的紫外线(UV)辐照源，它本身就可以杀死许多细菌和病毒，并能够产生一些改变化学污染物/毒性所需要的受激原子团。脉冲还能够将冷气体通道中的氧气转化成臭氧。众所周知臭氧是一种很强的氧化剂，使用它可确实达到净化水的目的。

电弧的另一个主要效果是产生了水合电子、离子和受激原子团，如：H、OH、HO₂、H₂O₂等等。这些原子团能够直接作用于细菌和病毒，并用不同方式改变其化学毒性。这部分净化过程的作用很象已有技术的注入H₂O₂(过氧化氢)系统，利用紫外线UV将H₂O₂分解成需要的受激原子团，但费用又很低。此外，与其它作用(臭氧、紫外线、脉冲和冲击)的协同作用进一步提供了净化能力。

建造一个实验系统10，对该处理方法的有效性进行试验。用大肠杆菌测试对细菌影响。当严重污染的水流过本系统10时，在试验过程中大肠杆菌明显减少或消失了。在实验过程中还要确定系统的能量效率。将废水的净化程度与能量消耗和能量效率作一比较。下列数据表示的是净化实验的结果和得到这些结果所需要消耗的能量。满足饮用水要求消耗的能量

W＝3.5J/cm³(1kWh/m³)—净化到饮用水标准(99.5％)满足环境要求消耗的能量

W＝1J/cm³(0.3kWh/m³)—满足环境排放标准的净化程度。

净化单元12中的净化腔13带有阴极组件30和阳极组件22，在阴极组件和阳极组件上产生了高电压和高电流电弧。单个净化腔13带有一个或多个放电区域26，该放电区域26是由一对或多对阴极和阳极组件30、22，或多对阳极组件22与一对阴极组件30限定的。系统10带有一个或多个串联或并联排列的净化单元12，其数量和排列方式由水的流速和一次通过净化系统10所要达到的净化程度来确定。净化腔13的尺寸取决于水穿过净化腔13的流速，和对电弧产生的冲击波净化腔12的机械共振程度。氢气注入

系统10产生的强烈电弧将许多水分子分解成氢氧根离子和游离氢。这些离子的作用相当于强氧化剂，并且在水中可以与有机烃类相结合，形成可释放到大气中的二氧化碳。不幸的是发生了产生不良副产物的氧化过程。在这种情况下，就要取消或避免使用这种氧化剂，并突出不同净化作用。

这种电弧很热，接近15000K，高温本身就可以杀死任何活有机体或分解大多数与电弧相接触的化合物。如果在电弧中注入氢气，或者在水穿过电弧之前将氢气溶解在水中，可以提供净化效果，因为氢和任何一种氧化剂结合都可以生成水或过氧化氢，由此消除了进一步氧化存在的元素或化合物的可能性。该过程非常有效，它能将被氧化的元素还原成水的碱性形式，作为最终副产物。

能够被高温电弧的电子还原成其碱性元素的化合物的两个例子是溴酸钾和氯仿。溴酸钾是一种危险的致癌物，当用臭氧进行净化的水中存在溴元素时，就会产生溴酸钾。它将这种安全的元素氧化生成了不安全的化合物。

过氧化氢注入

已有技术中采用的一种净化水的方法是加入过氧化氢。该方法采用过氧化氢(H₂O₂)和紫外线UV闪烁灯以产生氢氧根。这些氢氧根离子可与任何有机化学物质相结合，以有效地氧化这些化学物质，生成作为最终产物的二氧化碳(CO₂)。最近有关该方法的报告表明，过氧化氢的量比最初设想的多得多。现实中在使水经受紫外线照射之前，常加入过氧化氢进行预处理，以降低水的浊度，因为紫外线不能穿过混浊的水。加入过氧化氢直到混合物的pH接近5.5。这需要10-15％的过氧化氢。通常隐藏了预处理的费用，它不会加到所公布的每加仑水所需要的费用上。已有技术的系统具有从水中除去有机化合物的功能，但处理费用高。使用过氧化氢和紫外线闪烁灯方法的一个主要缺点是紫外线灯由于很快被盖住而失效了。尤其是在溶解金属(如铁)浓度很高的时候。本发明系统的特点在于，由于电弧直接产生了紫外线，并且没有可以被溶解金属弄赃的玻璃壳。事实上，新系统能够通过在电弧中注入气体如：氩气，以增加紫外线的输出量。这就相当于有一个不带玻璃壳的紫外线闪烁灯。因为杀死病菌需要紫外线，这种在紫外线中注入气体的方法还可以应用到细菌和病毒(大肠杆菌)的消毒器上。

本发明的系统还可以通过放电过程提高过氧化氢注入的利用率，产生一个用紫外线将过氧化氢分解成氢氧根(与有机化合物反应)的电化学分解与电振动、紫外线照射、离子再生和机械冲击相结合的协同效应。这种效应是初始的/通过高能放电连同注入少量过氧化氢一起产生的。

电弧和过氧化氢的注入产生了高强度的紫外线辐照，紫外线辐照以前就显示出具有杀死活有机体的功效。注入的过氧化氢直接被电弧产生的紫外线激活，这能显著地降低对过氧化氢的需求量，并且能防止在已有技术的系统中发现的紫外线灯被污染和失效的现象。

放电将水本身分解成受激氢氧根离子和游离氧，游离氧可以与有机化合物相化合，可用与单独使用过氧化氢相同的方式除去这些化合物。当经受高强度紫外线辐照时，所注入的少量过氧化氢会分解成氢氧根离子，该氢氧根离子与电效应协同作用，从而将污染物降低到接近零的水平。

通过加入二氧化钛，然后用紫外线辐照进行催化可以得到类似的提高净化效率的效果。这样将会增加在未处理水中氢氧根离子的浓度。进一步，为得到类似的效果，可在净化腔13的内壁表面涂覆二氧化钛。

废水的低流量间隙处理

图4-8表示的是本发明液体净化系统的第三个实施方案，它是为废水的低流量间隙处理而建造的。在本实施方案中，在三个独立阶段首先在预处理池40、然后在净化单元12、接下来在后处理池41对水进行处理。储槽76用于储存在预处理池40注入到废水中的过氧化氢。加入过氧化氢(或类似反应物)的目的是增加直接攻击细菌和病毒的受激原子团的浓度。在水进入净化单元12之后，采用一个包括循环泵82、循环管线84和止回阀83的水循环系统对水进行循环，以延长污水在净化单元12的净化腔13中经受电弧产生的紫外线辐照的时间。穿过阳极组件22注入净化腔13的空气从空气储罐88通到到净化单元12中，上述空气储罐88由压缩机90提供空气。过滤器91从空气中除去尘土，开关89使压缩机90根据对空气的需求在开和关状态下运行。调节器87使气体的压力保持在高于净化单元12处理压力的最佳值，以便在电弧放电区域得到稳定的气泡。

在水从排放口18离开净化单元12之后，它穿过净化单元排放管92流动并流过臭氧塔93。当水在臭氧塔93中时，分配板94打碎水中气泡，以加速释放和分配净化单元12中电弧产生的臭氧。然后水流入后处理池41中。从这里水通过排水泵97穿过处理水排放管100排走。当后处理池41排空后，启动后处理池中的低水位浮动开关98。

当系统10运行时，在现场储罐15中充满污水，储罐76中充满过氧化物。将储罐的低液位浮动开关77放置在“开”的位置。预处理池40和后处理池41都是空的。启动储槽泵的开关112、启动排水管的开关111、启动电弧的开关110、启动过氧化物泵的开关120、启动警报开关117和启动压缩机的开关118都被接到其“开”的位置。当启动电弧开关处于“开”位置时，关闭产生电弧的继电器114。启动过氧化物泵的开关120可关闭继电器125。如果现场储罐15是满的，浮动开关43就可被接通。然后穿过预处理池低水位浮动开关71接通电源。这样就锁住了继电器101(见图5)，打开了储罐泵42和过氧化物泵79。未处理水穿过原水管线45流动，并流过筛网过滤器44。然后过氧化物穿过过氧化物供应管78、止回阀80、过氧化氢流动控制阀并在进口48流入预处理池40。在系统10的使用者使用定时器102设定了预处理的时间期限后，关掉过氧化物泵79。当浮动开关108探测到预处理池40是满的时，打开继电器101，关掉储槽泵42，并使螺管启动的空气阀85与电源接通。当空气流动开关86探测到空气已流入净化单元12中时，流量总线105接通电源。

当流量总线105与电源接通时，启动预处理池泵70和循环泵82，并打开流量阀73。水穿过预处理池排放管的流动引起水流探测器开关74对净化单元12的水流进行探测，由此启动电源脉冲单元50(见图5)。

水从净化单元12流过臭氧塔93、后处理池进水管95并流入后处理池41。净化单元12中的一部分水穿过循环管84、止回阀83、和循环泵82循环流动，以增加经受紫外线照射的时间。当后处理池41充满后，后处理池高水位浮动开关103使脉冲单元50和流量总线105与电源断开。然后开启定时器106。当定时器106在大约8分钟后完成一个操作过程时，定时器继电器124关闭。自锁继电器107关闭并打开螺管启动的排水阀99，排水泵97开始排走后处理池41中的水。然后处理后的水通过排放管100从系统中排走。

在给定时器106通电时，也给自锁继电器101通电了，使其又开始了一个新周期的运行。在初始运行周期之后，随着后处理池41的排空，预处理池40将被充满。

预处理池40和后处理池41分别设置有一个通风口47和96，以排放空气和系统中的其它气体。此外，还有一个空气抽吸管49从废水循环管84连接到预处理池40，用于从净化单元12除去过量的气体。

在系统10的某种应用中，在排放管72中使用了一个增压泵75，以使废水能以适当的流速从预处理池40流动到净化单元12。

图5是控制系统的示意图，用于控制脉冲发生器50以及各种阀门和图4中的其它组件。通过主开关123使系统10与常规的220伏交流电源62相连。然后主电源变压器36为总线121提供120V的交流电，并为总线122提供220V的交流电。当总线122由开关器126保护时，总线121则受环路开关器127的保护。预处理池低液位开关71(假设预处理池40是空的)使继电器101闩锁住，并接通储罐泵42和过氧化物泵79。定时器102使过氧化物泵79运行大约20秒，然后关掉它。使用者可以适当地调节过氧化物泵79的运行时间。当预处理池高液位浮动开关108探测到预处理池40是满的时，打开继电器101。这样就关掉了储罐泵42，并使螺管控制的空气阀85与电源接通。当空气流量开关86探测到空气流入净化单元12时，使流量总线105接通电源。通电的流量总线105启动预处理池泵70和循环泵82，并打开废水流量阀73。使流入的废水从预处理池40流动到净化单元12中。

设置一个报警系统116以监测净化单元12缺少电弧或其它非正常运行状况。在报警状态下，使用者可以选择使用超越开关113，跨过报警继电器115。另一方面，在报警情况被校正之后，系统10能够使用重复启动开关109而重新启动。当系统控制柜的柜门(未示出)敞开时，使用者可以用动力联锁超越开关119启动系统10。

图8是用于低流量间歇处理系统10的净化单元12的放大示图。矩形外壳14包容着一个圆柱形的内部净化腔13。阳极组件22和阴极组件30固定在两相对的位置上，在靠近阳极部件23和阴极部件32的末端区域之间限定了一个放电区域26。未处理水在入口16流入净化单元12，处理后的水从穿过阴极组件30的排放管18流出。适当地选择净化单元12的净化腔13的尺寸，使净化腔13与净化腔13内部产生的近60HZ频率的冲击波声学共振。在低流量间歇处理系统中，净化单元12的一个最佳实施方案是净化单元12的外壳14是20″×24″×2″。于是净化腔13的直径为20″。

图6a和6b是阴极组件30的放大图，图7a和7b是阳极组件22的放大图。阳极组件22包括绝缘体24，它最好由单块TeflonPTFE或类似的非导电材料制成。同心设置在绝缘体24内的是阳极部件23，它主要由铜管或类似的金属管制成。并带有一个气体喷嘴21，因此可允许空气和其它气体穿过阳极组件22进入净化腔13中，阳极部件23有一个环状小孔，该小孔穿过阳极部件23的中心通到对面的阴极组件30，小孔的开口开在净化腔13中。由于在电弧发生期间铜容易迅速分解，因此阳极部件23的末端有一个钨或类似金属的凸出部分(未示出)，它能够用最小的磨损经受重复产生的电弧。该凸出部分最好是设置在阳极部件23内侧的一环状物，它大约向里延伸四分之一英寸(1/4″)，凸出部分的顶表面与阳极部件23的一端平齐。阳极部件23与绝缘体24之间的接合处用密封圈28进行密封防止液体流出，参见图7a。将伸出净化腔13的阳极部件23的末端加工成或设置一个装配部件，以便于安装空气阀85的软管。

下面参见图6a和图6b，阴极组件30也有一个绝缘体33，它围绕阴极部件32同心设置。最好阴极部件32也由带凸出部分(未示出)的铜管制成，该凸出部分可由钨或类似金属制成，形成电弧接收区域。阴极部件32的末端有一个弯管，该弯管构成了排水口18，将它加工得或者另一方面使它适合与净化单元的排水管92(见图4)相连。另外与阴极部件32相连的装配部件17连接到循环管84上(见图4)，以便允许水在净化腔13内循环，并从净化单元12中除去空气。在阴极部件32与绝缘体33的接合处设置了一个密封圈35，以防止水从净化腔13的内部泄漏。由于在本实施例中阴极部件32没有一个密封端，处理后的水穿过阴极部件32流出净化腔13。实际上电弧与阴极部件32的周围接触。

这一特殊系统需要的平均输入功率只有500瓦，包括净化腔13、多个泵、和多个控制器。唯一的消耗材料是注入的过氧化物，它消耗42加仑/周。当系统运行实验时，在处理前后对污水进行测试得到下列结果：

处理前的浓度 19.2PPM

处理后的浓度＜0.05PPM

对该单元进行现场实验表明处理前的浓度是22PPM，处理后的浓度是0.6PPM。

为了防止化学污染物污染地下水，为大型工程进行进一步实验。该项处理包括在冲洗水和暴雨径流水污染地下水之前，对它们进行处理。在待处理水中监测到大量的各种各样的有机物。最昂贵的处理方法是加入.1％的过氧化氢，以增加氢氧根离子的数量和滞留时间使氢氧根离子与臭氧充分反应。本发明系统能够非常有效地解决下述化学物质的污染问题。被处理的主要化学物质和处理结果如下：

化学物质处理前处理后

三氯氟甲烷 71.85ppm ＜1ppb

四氯化碳 84.30ppm 未检出

苯 57.09ppm ＜1ppb

三氯乙烯 66.26ppm ＜1ppb

四氯乙烯 117.5ppm 未检出

甲苯 77.03ppm ＜1ppb

1，1，2，2-四氯乙烷 126.4ppm ＜1ppb

1，4-二氯苯 139.5ppm 0.02ppm

萘 134.8ppm 未检出

污泥处理

图9-21表示的是本发明的第四个实施方案，它特别适合于处理污泥。系统10的三个基本污水管道布置如图10a，10b和10c所示。未处理污泥通过进水管55进到处理腔13中。阀门73使处理腔13与其它设备隔离开以便于维修。另一方面，打开阀门73，使污泥在入口16流入处理单元12的处理腔13。设置一个排水阀65以排空处理腔13内的所有污泥进行维修。通过螺管控制的空气阀85从外部给处理腔13提供空气或其它气体。使用空气有两种目的。第一，如前所述穿过阳极组件22为处理腔13内的电弧放电区域26提供空气，帮助产生电弧。第二，在阳极部件23和阴极部件32之间的区域吹入空气，以便去除积累在那里的渣滓。

污泥在处理单元12中处理之后，通过排放口18和应急排放阀99排放到处理后污泥排放管100中。

图10b表示的是系统10的另一种布置，其中两个处理腔13a和13b串联设置在处理单元12中，第一处理腔13a的出水口是第二处理腔13b的进水口。然后既在第一处理腔13a通入空气，也在第二处理腔13b通入空气。

图10c表示的是本实施方案的另一种改进，其中两个处理腔13a和13b并联运行而不是串联运行。

图11a、11b和11c分别是对应于如图10a、10c、和10b所示污泥处理系统不同实施方式的处理单元12的透视图。处理腔13(未示出)包在外壳11内，该外壳11包括带有法兰29的位于外壳一端的进口16，和位于另一端的也带有法兰29的排水口18。图11b显示的是图10c所示系统10的实施方案，它有两个排放口18，每一个排放口都有法兰29，它们分别与第一处理腔13a和第二处理腔13b相连。在外壳11的一个侧壁上设置有开口141以使各种所需的控制电缆穿入处理腔12。

图12是对应于图10a所示实施方案的处理单元12的进一步放大图，虚线表示的是内部处理腔13。图12还显示出在处理单元12的外壳11上安装了一个冲击探测器147，用于探测处理腔13内有还是没有电弧。在外壳11上还为吹除阀159(见图21)和装配部件143安装了一个吹除阀门组件142，以便与阳极空气阀174相连，安装在阳极气体管上的球状调节器144将气体的压力保持在比处理腔13内污泥压力高出大约6-8PSI的水平上。这样有利于在电弧放电区域26内产生气泡以保持电弧的持续产生。在如图12所示，外壳11的顶壁上安装一个连接器145，以便使该连接器同心地连接在脉冲发生器50(未示出)上，将第一和第二阳极组件22以及第一和第二阴极组件30安装在处理腔13内。

图13a是用于污泥处理系统10的处理腔13的放大图，它有污泥进口16和出口18，处理腔13的顶部和底部密封有顶板135和底板136。在底板136上安装有第一和第二阳极组件22(见图13b)。顶板135上安装着第一和第二阴极组件30(见图13b)。顶板135和底板136与处理腔13的侧壁154相连接。此外，处理腔13的尺寸应当能够在60Hz或接近60Hz的频率下与冲击波共振，从而提高电弧产生冲击波的效率。另一方面，应当将它的尺寸制造的尽可能的小，以使尽可能多的污泥经受冲击波的处理而不会限制污泥的流动。在污泥处理系统的一个实施例中，处理腔13的尺寸是高10″，深大约5″，宽7″。

图13b是阴极组件30和阳极组件22的放大图，它们位于图13a处理腔13的两相对的顶板和底板上，并在它们之间限定了两个电弧放电区域26。阳极组件22的绝缘体24包括一个近似圆锥形的部分37、圆柱形的末端部分38和中心法兰部分39。优选地，阳极组件22由单块TeflonPTFE制成或由类似的不导电材料制成。阳极部件23穿过绝缘体24中心的中心孔，允许空气穿过阳极组件22进入放电区域26。

阴极组件30也包括一块由圆柱形末端部分38构成的绝缘体33、一个近似圆锥形的部分37、和一个法兰39。阴极部件32也穿过绝缘体33的中心进入电弧放电区域26，只是在本实施方案中将其端部密封住，不让污泥穿过阴极组件30。

图14和15提供了处理腔13的附加技术特征。在处理腔13的侧壁上设置有一对吹除管接头138，以便与净化单元吹除管装配部件142(见图12)的空气管相连。然后，将空气通入每一个电弧放电区域26以便除去积累的渣滓。调节器入口管接头139连接到球形调节器144上(见图12)，用于提供处理腔13内的压力数据。类似的，冲击波探测器接头137使处理腔13与冲击波探测器147相连。

图16是处理腔13和顶板135的俯视图。

图17是显示处理腔13内缓冲板153位置的剖视图，缓冲板153的作用是使未处理污泥最大限度地暴露在处理腔13的每一个电弧放电区域26。

图18显示的是如图10b所示在单个处理单元12内串联连接的两个处理腔13a和13b。注意，正电缆20与每一个阳极组件22相连，而负电缆19与每一个阴极组件30相连。空气管接头140与空气源相连，以穿过阳极组件22提供空气。

图19a和19b提供了如何将阳极组件22和阴极组件30固定在处理腔13的顶板135上的详细情况。阴极组件30的绝缘体33的法兰部分39用于装配顶板135的顶板表面。紧固板150放置在法兰部分39的上面，并且被紧固螺母151沿向下的方向紧固住。垫块152焊接并装配在紧固板150的下表面和顶板135的顶表面之间，以便为紧固它们提供杠杆作用。阳极组件在底板136上的紧固也可以采用类似紧固方式。

图20是本实施方案系统使用的脉冲发生器50的示意图。在该最佳实施方案中，如果在每一个处理腔13内都有两个阳极组件和阴极组件，那么就要有两个脉冲发生器50a和50b。通过固态开关56穿过脉冲变压器58产生电弧。电源整流部分64为开关单元56供电。定时回路60在固态开关56的SCR门产生适当的脉冲，以便接通和关闭电弧。通过第一继电器51、热回路总闸53和延时继电器52使脉冲发生器单元50通电。延时继电器52有6秒的延时以便完成吹除放电区域26的操作，并且在给固态开关56通电之前稳定定时回路60的脉冲触发器。最佳脉冲频率是60Hz，脉冲宽度是15微秒。每一电弧的峰值电压是35kv，峰值电流是70安培。固态开关必须是一种设备，例如一种有很快上升时间的可控整流器(SCR)。该可控硅整流器的模拟数是TR220CH12FHO，Westcode公司出售的商品适合本发明。它的额定容量为4000伏，20KA。

优选地，将系统布置得使每一净化腔中的每对电极同步运行，在每一净化腔中设置两个电弧放电区域26。两个净化腔都有备份以便长期运行，每一个净化腔13a和13b都通过两个相同的脉冲发生器50接通电源，一个净化腔有一对电极。每对脉冲发生器50构成了一个电路。因此，本文描述的脉冲发生器50a或50b本身就包括两个一起工作的单元，单个单元如图20所示。图9显示的是系统10控制柜130中某些组件的位置和子系统，包括主闸123、主电源变压器36、鼓风机继电器156和第一和第二电路脉冲发生器50a和50b，每一个电路都有两个单元。

图21是本发明污泥处理系统10的控制系统的示意图。转换开关155可将系统10要么置于关的状态，选择对应于第一处理腔13a的电路1运行，对应于第二处理腔13b的电路2运行，一个自动转换器，它每30分钟在电路1和电路2之间进行自动转换，要么置于联合转换模式，其中电路1(净化腔13a)和电路2(净化腔13b)同时运行。

如果将系统10置于自动转换模式，则首先给电路1(图10c的净化腔13a)通电。给鼓风机继电器156通电以接通换气扇157。然后，第一电路吹除定时器158a使吹除阀159a启动两秒，以便为第一净化腔13a的电弧放电区域26提供吹除用的空气(优选的在100到120PSI)。这样，可以除去任何积累在净化腔13a靠近放电区域的渣滓。同时也给故障电路通电，其目的是在探测不到电弧时要么关掉系统10，要么使它自动转换到另一电路。因此，使第一电路故障自锁继电器的定时器160a延时30秒，使第一电路故障自锁继电器162a接通电源，以便允许第一电路脉冲发生器50a产生并形成稳定的电弧。在这一延时之后，第一电路振动探测器147a漏检的电弧会使第一电路故障自锁继电器162a关闭。

同时，给第一电源继电器51a通电，它又使第一电路脉冲发生器50a与电源接通。在脉冲发生器单元50a(图21中的时间延时继电器52a)中建立6秒的延时。使装有30分定时的定时器167接通电源。在定时时序的最后，定时器167使电路选择继电器171通电，使电路1断电(第一脉冲发生器单元50a)，并使电路2(第二脉冲发生器单元50b)接通电源，整个时序运行结束。

假设第一和第二电路能使开关172a或172b接通，在运行的处理腔13a或13b中损失的电弧会在冲击波探测器147a或147b上产生很大的信号。这样要么使继电器162a要么使162b接通电源和自锁，由此切断定时器167，开关171要么接通电源要么重新启动，选择另一电路。重新启动开关166会使系统10在探测到故障之后重新启动。此外，如果在按动重新启动开关166之前两个电路都出现了故障，在探测到故障的内电路中，不自锁的继电器(要么是162a要么是162b)将会使整个系统10关闭。这样可防止系统10在两个死电路之间重复摆动。在正常运行时，污泥处理系统10是连续运行的。

在杀死病菌对污水进行处理时，出现了许多也许是较显著的副作用。实际上用于污水处理的活有机物或“细菌”在处理过程中被改变了。还发现改变的细菌组织明显缩短了脱水时间，并在当今绝大多数处理场都采用的污泥处理过程中增加了水的去除率。根据这种论点，在实际污水处理场对污泥进行脱水实验。结果新系统10能够以两倍于单独使用常规设备的速度对生物污泥进行脱水。系统10能够使用现有的或新的脱水设备，并以两倍的速度运行，或以一半的时间运行一个周期。这样可以应用所有现有技术的脱水方法和设备，包括皮带挤压机、压滤机和离心脱水设备。它是用电的且需要很少的能量，包装尺寸小，且初始的硬设备造价低。

污泥处理的重要作用是通过电弧产生的非常剧烈的冲击波。过压达到5000大气压。正是这种剧烈的振动破坏了细菌的外壳组织。在污泥进入脱水运行之前，对污泥进行振动处理可迫使大量的有机物脱除所含的水分。可以通过破坏细胞膜释放液泡中的液体达到上述目的。结果加速了脱水过程并可得到干燥的滤饼。

在水中产生电弧是该方法的关键。由于水是很好的非导电材料，所以很难在水中产生电弧。以脉冲方式，水的介电常数是47。因为现实中的水都是不纯的，所以水也有很高的导电率，由于降低了预期的有效电压和激发电弧需要的电应力集中量级的电阻，即使很困难还是产生了电弧。只有通过使用高峰值功率和具有很快上升时间的短脉冲才能克服这些问题。开始时就可以看到显著效果所需要的峰值功率是每个脉冲1兆瓦。由于本系统使用的是短脉冲，所以总能量消耗低，运行费用也相当低。例如平均3000瓦的功率可以每分钟处理100加仑。粗略地估计相当于一个家庭热水器。

用不同来源的污泥对本系统进行测试，并使脱水时间从2倍减小到4倍。实验室试验表明，300瓦功率每分钟能够连续处理70-150加仑的污泥，无需附加能量和化学处理剂。

结果表明本发明的新系统能够改进所有类型的生物污泥和某些类型的非生物污泥的脱水效率。在处理过程中还可往电弧中注入空气和氧气以产生臭氧。这种臭氧是一种强氧化剂，因此当细胞壁被破坏内部液体流出时，它有助于抑制BOD和COD的增加；然而，当细胞壁被破坏，含有氮和磷的内部液体流出时，增加了水中的营养物质。通常磷的浓度增加了四倍，或大约0.2-0.8ppm。由于磷是“细菌”基本的营养物质，所以希望磷能够毫无问题地返回到处理装置的首端，以便节省运行费用。在磷成问题的情况下，在滤液返回系统之前，可加入生石灰或熟石灰以使磷沉淀出来。在使用熟石灰的情况下，中和1.0ppm的磷需要0.85ppm的熟石灰，或每百万加仑的水大约需要8镑。

本系统重力脱水的速率是单独使用常规设备的两倍。最后滤饼的干燥度改进了3.5-10％。应当注意滤饼干燥度的增加与适当地选择聚合物的种类和数量有关。当用电弧系统处理污泥时，与其相连接的负电荷较少，因而为了进行中和需要聚合物的正电荷就较少。需要聚合物的量也将减少。重要的一点在于处理前后理想的聚合物是不同的。对该系统进行实验，并验证下列实验结果：滤饼干燥度增加、生产能力增加、聚合物需求量减少、聚合物组成改变、水需求量减少、滤出水中的TSS、杀死的病菌、滤液中磷和氮的含量、COD和BOD。在整个扩展实验期间平均结果如下：

-滤饼的干燥度增加了3.5％。

-滤出水中的TSS减少了80％。

-每天从TSS减少的回流固体为2.9吨。

-聚合物用量减少29％。

-滤液中大肠杆菌数从每100ml2200个菌落减少到200个菌落。

-每天降低聚合物稀释用水28,800加仑。

-滤液中磷浓度从0.19ppm增加到0.71ppm。

-COD为400。

杀死包括大肠杆菌和其它细菌和病毒在内的病菌主要靠的是水下电弧产生的紫外线照射。为了得到每个脉冲的最大紫外线能量，需要的电弧温度大约为15000k，它发出250到270毫微米之间的柔紫外线。大规模的紫外线研究表明当能量集中在260nm时，杀死病菌的效率最大。这与本发明系统是一致的。

在常规处理系统中，经常在污泥中加入聚合物“凝聚”污泥，也就是说，使悬浮物质凝聚并且要么悬浮要么沉淀。一旦污泥流过本发明的系统，要求的聚合物就要改变。由于被处理的物质使污泥电荷中负电荷较少，所以所需要的聚合物的种类将不同，并且由于细胞组织已经改变，所以聚合物的数量也会不同。与聚合物需求量相关的最重要的一点是要认识到对处理前后的污泥，聚合物的种类是不同的。

在本系统以外的优选的聚合物是多正电荷和低分子量的聚合物。在处理过程之后，最佳聚合物是低正电荷、高分子量型。根据所选择的聚合物的种类，可降低聚合物用量(20％-40％)。

其它明显节省费用的地方已经证实过了，包括在滤液中大量地降低总悬浮固体(TSS)，和显著地减少附加处理水用量。来自皮带挤压机滤出水中的TSS通常为2000，在采用本发明的系统处理后大约为200。这使得数量减少的固体返回到处理装置的始端进行重复处理。由于TSS低，运行的挤压机非常清洁，因此显著地降低了冲洗水量。

特殊应用

上述系统可以用作现有水净化系统中的低能耗深度后处理器。它在处理含有较大微生物(如那些在许多Mexican供水中发现的微生物)的污水方面非常出色。该电弧系统还可以取代净化游泳池水的氯消毒系统。产生的OH基、紫外线辐照和臭氧能够非常有效地对水进行净化。

本系统还可以用于净化含有污染物的空气，如用于使用挥发物质或溶剂的场合。

因此，尽管本文描述了本发明的一些特殊实施方案，该实施方案采用新颍而有效的方法和装置，利用一种注入气体的电弧放电净化液体，但是这并不意味着限制了本发明的范围，下面的权利要求书阐明了本发明的范围。此外，尽管本文描述了优选实施方案中使用的某些尺寸和运行参数，但是这并不意味着这些尺寸限制了本发明的范围，本发明的范围还是由下面的权利要求书阐明。

Claims

1、一种水净化系统，包括：

a.至少一个净化单元；

e.向电弧放电区域的水注入气体的气体注射器装置，所述气体注射器装置含有一个整合到所述阳极组件上的气体喷嘴，气体通过阳极进行注射；和

f.在所述阳极部件和阴极部件之间产生一系列电弧的脉冲发生器装置。

2、如权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括在所述净化腔装置中循环水的水循环装置。

3、如权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括在水进入净化腔装置之前，向水中注入过氧化氢的装置。

4、如权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括在水离开净化腔装置之后，在水中增加过氧化氢分布的分配板。

5、如权利要求1所述的系统，其特征在于所述气体喷嘴包括一个出气孔，它延伸出所述净化腔，纵向穿过所述阳极部件，在电弧放电区域开有开口。

6、如权利要求5所述的系统，其特征在于所述阳极组件进一步包括一个设置在所述阳极部件周围的绝缘体，所述阳极部件包括一个导电管和一个用第二种金属制成的凸出部分，所述凸出部分插入所述管中，其靠近电弧放电区域，从而限定了一个靠近所述阴极部件末端的区域。

7、如权利要求6所述的系统，其特征在于所述阴极组件包括一个设置在所述阴极部件周围的绝缘体，所述阴极部件包括一个导电管和一个用第二种金属制成的末端，所述末端靠近电弧放电区域。

8、如权利要求7所述的系统，其特征在于所述阴极部件末端在所述金属管中限定了一个开口，形成了一个从所述净化腔装置内部流出并穿过所述阴极部件的水排放通道。

9、如权利要求8所述的系统，其特征在于所述阴极绝缘体和所述阳极绝缘体都有一个近似圆锥形的部分，它向里向所述电弧放电区域逐渐变细。

10、如权利要求9所述的系统，其特征在于所述阴极绝缘体和所述阳极绝缘体都有一个法兰部件，所述净化腔装置包括一个侧壁、与所述净化腔装置的所述侧壁相连的一个顶板和一个底板，所述净化单元进一步包括多个将所述阴极绝缘体的所述法兰紧固到所述顶板上，和将所述阳极绝缘体的所述法兰紧固到所述底板上的紧固装置。

11、如权利要求9所述的系统，其特征在于所述净化腔装置进一步包括多个位于所述净化腔内部每个角落上的的引导水流动的缓冲板。

12、一种液体净化方法，包括以下步骤：

a、使被净化的液体通过第一净化腔中；

13、如权利要求12所述的方法，其特征在于进一步包括向第一净化腔中的第二对电极之间通入气泡，气体通过所述阳极注入，在第一净化腔中的第二对电极之间产生一系列的脉冲放电电弧，其能量要足够高，以便在脉冲过程中在液体内保持该电弧，在该液体中产生一系列的脉冲机械冲击波。

14、如权利要求13所述的方法，其特征在于进一步包括在液体进入净化腔之前，向液体中注入过氧化氢的步骤。

15、如权利要求14所述的方法，其特征在于进一步包括在液体离开净化腔之后，增加过氧化氢在液体中分布的步骤。