CN1944240B

CN1944240B - 等离子体臭氧发生器

Info

Publication number: CN1944240B
Application number: CN2006100545282A
Authority: CN
Inventors: 廖振方; 杨胜凡
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-10-26
Also published as: CN1944240A

Abstract

一种等离子体臭氧发生器涉及水处理的臭氧发生器，用于江河水、富营养化的湖泊水体、工业废水或城市生活污水处理工程中的杀菌、消毒、净化和对有机物的降解。本发明包括电抗器、调压变压器、高压变压器、高压硅堆、空气开关、反应器、电容器、限流电阻、隔离开关，其中反应器内成对地安装了喷嘴电极和与喷嘴电极对应相对的板式电极。本发明将水中高压脉冲放电所产生的各种功能：高温、高压、强紫外线、空化流、强磁场与臭氧紧密结合起来，对水体的杀菌、消毒更加彻底，对有机废水的降解率大大提高，克服了目前臭氧处理水体运营费用高和处理效果不好等缺点，比目前的臭氧处理系统所需要的能耗降低30％以上。

Description

等离子体臭氧发生器

技术领域：

本发明涉及水处理的臭氧发生器，用于江河水、富营养化的湖泊水体、工业废水或城市生活污水处理工程中的杀菌、消毒、净化和对有机物的降解。

背景技术：

目前的国内外的臭氧净化处理装置，都采用四级系统：1、臭氧发生器产生臭氧的系统；2、运送臭氧的一套传输系统；3、将臭氧喷射进水中的臭氧喷射系统；4、臭氧与被处理水发生反应的反应装置。这种处理系统的不足之处在于一是损失很大一部分臭氧，二是系统中的任一环节出现问题，都将造成该系统的瘫痪。

发明专利公开号为CN1046317A，发明创造名称为“电液压脉冲工业废水处理装置”。该装置包括调压变压器、高压变压器、高压硅堆、限流电阻、电容器、空气开关、反应器，其中反应器内安装了正、负尖状电极(如图7所示)。该装置将两根电源线分别与调压变压器的两个输入端连接，调压变压器的两个输出端分别与高压变压器的两个输入端连接，高压变压器的两个输出端中的接地端接地，另一端与高压硅堆的正极相连，高压硅堆的负极与限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端分别与空气开关的一端和电容器的一端相连，空气开关的另一端连接反应器中的一正极尖状电极，电容器的另一端接地，反应器中的另一负极尖状电极接地。该装置的缺点是能耗大、噪声大，没有臭氧产生，整个电路没有自我保护能力。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种等离子体臭氧发生器。该发生器将高压脉冲在水中放电与具有强氧化性的臭氧紧密结合起来，在放电的瞬间它们同时作用于水，进一步提高了对水的杀菌、消毒和净化以及对有机废水的降解能力，大幅度地降低能耗和噪声。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案为：

一种等离子体臭氧发生器，包括电抗器、调压变压器、高压变压器、高压硅堆、空气开关、反应器、电容器、限流电阻、隔离开关，其特征在于该发生器电源线的火线与一个电抗器的一端串联，该电抗器的另一端与调压变压器的一个输入端连接，电源线的零线与调压变压器的另一输入端连接，调压变压器的两个输出端分别与高压变压器的两个输入端连接，高压变压器的一输出端与一个高压硅堆的负极、一个空气开关的一端、另一个电抗器的一端、反应器上的各板式电极的一端连接后接地，一个限流电阻的一端与一个电容器的一端串联后，一个限流电阻的另一端与高压变压器的另一输出端连接，电容器的另一端与隔离开关的一端连接，该隔离开关的另一端与一个高压硅堆的正极和另一个高压硅堆的负极连接，另一个限流电阻的一端与另一个高压硅堆的正极连接，另一个限流电阻的另一端与一空气开关的另一端和另一个电容器的一端连接，另一电容器另一端与另一个电抗器的另一端和另一个空气开关的一端连接，另一个空气开关的另一端与反应器上的各喷嘴电极的一端连接，各板式电极和各喷嘴电极的一端密封可拆卸连接在反应器上，各板式电极的板端和与各板式电极的板端对应相对的各喷嘴电极的喷嘴端位于反应器内，每一板式电极由导电金属杆和位于该导电金属杆一端的导电金属板组成，每一喷嘴电极包括导电金属管和与该导电金属管一端密封固定连接的导电金属喷嘴，位于反应器内的喷嘴电极段上套有绝缘套，导电金属管的外直径为10～15mm，内直径为4～7mm，导电金属喷嘴内有一同轴圆孔和锥角为10°～26°的锥孔组成的通孔，喷嘴的锥孔端外形为锥台体，该锥台体端面面积为25～35mm²，锥台体端面上的锥孔直径为1.5～2.5mm，每一导电金属板的面积为与此相对应的喷嘴电极锥孔端锥台体端面面积的80～120倍，板的厚度为5～8mm；当该发生器工作时，通过每一喷嘴电极内的通孔向反应器内对应的导电金属板上喷空气或氧气，每一电抗器的电感为1～50H，调压变压器的输出电压为80～220V或80～380V，高压变压器的输出电压为60～100kV，每一限流电阻的电阻值为75kΩ～2MΩ，每一电容器的容量为2000～7000pF，隔离开关能承受的电压为150kV～200kV，每一高压硅堆的击穿电压为150～200kV，每一空气开关间隙距离为30～85mm，反应器内各喷嘴电极的喷嘴端面与其对应相对的各板式电极的板面间的距离为20～50mm，每一喷嘴电极和与之对应相对的板式电极的放电电压为60～80kV，放电频率为40～80次/min。

本发明是这样实现发明目的：当各板式电极和喷嘴电极在反应器中进行脉冲放电时，产生冲击波、强紫外线、高温、高压、空化流和大量自由基，由于空气或氧气喷射进等离子体通道内，产生大量臭氧，在它们瞬间联合作用下完成杀灭病菌以及对有机物降解，同时与现有的臭氧处理系统相比能够降低能耗和噪声。

本发明具有以下技术效果：

1、本发明不仅具有水中高压脉冲放电所产生的各种功能：高温、高压、强紫外线、空化流、强磁场、冲击波、大量自由基、超临界水等，而且能直接在水体中高效、快捷地产生臭氧，将电液压脉冲与臭氧紧密结合起来，大大提高了对水体的杀菌、消毒和对有机废水的降解能力，克服了目前臭氧处理水体运营费用高和处理效果不好等缺点，它可广泛用于水的杀菌、消毒、净化。实验表明：本发明对于球状细菌、链状细菌和杆状细菌的杀灭率高达90％以上，特别是对于大肠杆菌的杀灭率达到了95～98％，其杀菌、消毒效果非常好。

2、本发明与现有的电液压脉冲工业废水处理装置相比：在电路方面，调压变压器与配电盘之间串联一个电抗器可以对整个电路和配电盘加以保护，电容器的容量可以大大减小节约成本，放电噪声可以降到60分贝以下，与反应器并联的电抗器与放电电容器形成LC振荡回路可以加速电容器的充电过程。此外，通过此电路可以用很小的输入电压就可得到很高的输出电压。

3、本发明与目前的臭氧处理系统相比：在能耗方面，当从喷嘴电极喷射氧气时，能耗为8～10KWh/kgO₃；当喷射空气时，能耗为13～15KWh/kgO₃，目前国内外现有的臭氧发生器所需要的能耗为20～22KWh/kgO₃，相比之下本发明装置节约能耗30％以上。

4、臭氧的产生和反应均在反应器的水中完成，其处理能力的适应性强，它可根据用户需要，在反应器内配置几对或几十对或几百对相同的喷嘴电极和板式电极，以满足用户需要的臭氧量，从每小时处理几吨水到几千吨水。

附图说明：

图1为等离子体臭氧发生器的电原理图，

图2为反应器内共有6对相同的板式电极和喷嘴电极时的装配主剖视图，

图3为图2的俯视图，

图4为一个喷嘴电极的主剖视图，

图5为一个板式电极的主视图

图6为图5的俯视图

图7为现有的电液压脉冲工业废水处理装置的电原理图，

在图1至图7中：

1-电抗器 2-调压变压器 3-高压变压器

4-高压硅堆 5-空气开关 6-电抗器

7-板式电极 8-反应器壳体 9-喷嘴电极

9-1-导电金属管 9-2-绝缘套 9-3-喷嘴

10-空气开关 11-电容器 12-限流电阻

13-高压硅堆 14-隔离开关 15-电容器

16-限流电阻 17-电源线 18-电源线

19-电源线 20-电源线 21-电源线

22-电源线 23-调压变压器 24-高压变压器

25-高压硅堆 26-限流电阻 27-电容器

28-空气开关 29-正尖状电极 30-反应器壳体

31-负尖状电极

图2中反应器左边的水平箭头表示处理前水流入反应器内的通道

图2中反应器右边的水平箭头表示处理后水流出反应器的通道

图2中反应器底部的垂直向上的箭头表示通过喷嘴电极向反应器内喷入空气或氧气

具体实施方式：

在附图1中，一种等离子体臭氧发生器，包括电抗器、调压变压器、高压变压器、高压硅堆、空气开关、反应器、电容器、限流电阻、隔离开关，其特征在于该发生器电源线的火线与一个电抗器的一端串联，该电抗器的另一端与调压变压器的一个输入端连接，电源线的零线与调压变压器的另一输入端连接，调压变压器的两个输出端分别与高压变压器的两个输入端连接，高压变压器的一输出端与一个高压硅堆的负极、一个空气开关的一端、另一个电抗器的一端、反应器上的各板式电极的一端连接后接地，一个限流电阻的一端与一个电容器的一端串联后，一个限流电阻的另一端与高压变压器的另一输出端连接，电容器的另一端与隔离开关的一端连接，该隔离开关的另一端与一个高压硅堆的正极和另一个高压硅堆的负极连接，另一个限流电阻的一端与另一个高压硅堆的正极连接，另一个限流电阻的另一端与一空气开关的另一端和另一个电容器的一端连接，另一电容器另一端与另一个电抗器的另一端和另一个空气开关的一端连接，另一个空气开关的另一端与反应器上的各喷嘴电极的一端连接，各板式电极和各喷嘴电极的一端密封可拆卸连接在反应器上，各板式电极的板端和与各板式电极的板端对应相对的各喷嘴电极的喷嘴端位于反应器内，每一板式电极由导电金属杆和位于该导电金属杆一端的导电金属板组成，每一喷嘴电极包括导电金属管和与该导电金属管一端密封固定连接的导电金属喷嘴，位于反应器内的喷嘴电极段上套有绝缘套，导电金属管的外直径为10～15mm，内直径为4～7mm，导电金属喷嘴内有一同轴圆孔和锥角为10°～26°的锥孔组成的通孔，喷嘴的锥孔端外形为锥台体，该锥台体端面面积为25～35mm²，锥台体端面上的锥孔直径为1.5～2.5mm，每一导电金属板的面积为与此相对应的喷嘴电极锥孔端锥台体端面面积的80～120倍，板的厚度为5～8mm；当该发生器工作时，通过每一喷嘴电极内的通孔向反应器内对应的导电金属板上喷空气或氧气，每一电抗器的电感为1～50H，调压变压器的输出电压为80～220V或80～380V，高压变压器的输出电压为60～100kV，每一限流电阻的电阻值为75kΩ～2MΩ，每一电容器的容量为2000～7000pF，隔离开关能承受的电压为150kV～200kV，每一高压硅堆的击穿电压为150～200kV，每一空气开关间隙距离为30～85mm，反应器内各喷嘴电极的喷嘴端面与其对应相对的各板式电极的板面间的距离为20～50mm，每一喷嘴电极和与之对应相对的板式电极的放电电压为60～80kV，放电频率为40～80次/min。

当该发生器用于江河水的杀菌、消毒和净化时，反应器容积为0.3m³，安装了4对相同的板式电极和喷嘴电极，在反应器内均匀排成一行，两个电抗器的电感分别为5H、20H，每一限流电阻的阻值为1MΩ，两个电容器的容量均为4000pF，两个空气开关间隙距离分别为45、70mm，反应器内各喷嘴电极的喷嘴端面与其对应相对的各板式电极的板面间的距离为35mm，每一喷嘴电极和与之对应相对的板式电极的放电电压为65kV，放电频率为50～70次/min，导电金属管的外直径为10mm，内直径为5mm，喷嘴内锥孔的锥角为20°，喷嘴锥台体端面面积为30mm²，端面上的锥孔直径为1.5mm，各板式电极的导电金属板的面积为喷嘴电极锥孔端锥台体端面面积的100倍，板的厚度为5mm，被处理水在反应器内停留15～20min后流出，如果处理量大可以安装更多对电极呈阵列分布。

当该发生器用于处理工业废水中的焦化废水时，反应器容积为0.5m³，安装了6对相同的板式电极和喷嘴电极，在反应器内均匀排成两行每行3对，两个电抗器的电感分别为10H、35H，限流电阻的阻值为1.5MΩ，两个电容器的容量均为6500pF，两个空气开关间隙距离分别为50、75mm，反应器内各喷嘴电极的喷嘴端面与其对应相对的各板式电极的板面间的距离为35mm，每一喷嘴电极和与之对应相对的板式电极的放电电压为70kV，放电频率为60～80次/min，导电金属管的外直径为12mm，内直径为6mm，喷嘴内锥孔的锥角为26°，喷嘴锥台体端面面积为35mm²，端面上的锥孔直径为2mm，各板式电极的导电金属板的面积为喷嘴电极锥孔端锥台体端面面积的120倍，板的厚度为6mm，被处理水在反应器内停留15～20min后流出，如果处理量大可以安装更多对电极呈阵列分布。

Claims

1.一种等离子体臭氧发生器，包括电抗器、调压变压器、高压变压器、高压硅堆、空气开关、反应器、电容器、限流电阻、隔离开关，其特征在于该发生器电源线的火线与一个电抗器的一端串联，该电抗器的另一端与调压变压器的一个输入端连接，电源线的零线与调压变压器的另一输入端连接，调压变压器的两个输出端分别与高压变压器的两个输入端连接，高压变压器的一输出端与一个高压硅堆的负极、一个空气开关的一端、另一个电抗器的一端、反应器上的各板式电极的一端连接后接地，一个限流电阻的一端与一个电容器的一端串联后，一个限流电阻的另一端与高压变压器的另一输出端连接，电容器的另一端与隔离开关的一端连接，该隔离开关的另一端与一个高压硅堆的正极和另一个高压硅堆的负极连接，另一个限流电阻的一端与另一个高压硅堆的正极连接，另一个限流电阻的另一端与一空气开关的另一端和另一个电容器的一端连接，另一电容器另一端与另一个电抗器的另一端和另一个空气开关的一端连接，另一个空气开关的另一端与反应器上的各喷嘴电极的一端连接，各板式电极和各喷嘴电极的一端密封可拆卸连接在反应器上，各板式电极的板端和与各板式电极的板端对应相对的各喷嘴电极的喷嘴端位于反应器内，每一板式电极由导电金属杆和位于该导电金属杆一端的导电金属板组成，每一喷嘴电极包括导电金属管和与该导电金属管一端密封固定连接的导电金属喷嘴，位于反应器内的喷嘴电极段上套有绝缘套，导电金属管的外直径为10～15mm，内直径为4～7mm，导电金属喷嘴内有一同轴圆孔和锥角为10°～26°的锥孔组成的通孔，喷嘴的锥孔端外形为锥台体，该锥台体端面面积为25～35mm²，锥台体端面上的锥孔直径为1.5～2.5mm，每一导电金属板的面积为与此相对应的喷嘴电极锥孔端锥台体端面面积的80～120倍，板的厚度为5～8mm；当该发生器工作时，通过每一喷嘴电极内的通孔向反应器内对应的导电金属板上喷空气或氧气，每一电抗器的电感为1～50H，调压变压器的输出电压为80～220V或80～380V，高压变压器的输出电压为60～100kV，每一限流电阻的电阻值为75kΩ～2MΩ，每一电容器的容量为2000～7000pF，隔离开关能承受的电压为150kV～200kV，每一高压硅堆的击穿电压为150～200kV，每一空气开关间隙距离为30～85mm，反应器内各喷嘴电极的喷嘴端面与其对应相对的各板式电极的板面间的距离为20～50mm，每一喷嘴电极和与之对应相对的板式电极的放电电压为60～80kV，放电频率为40～80次/min。

2.根据权利要求1所述的等离子体臭氧发生器，其特征在于当该发生器用于江河水的杀菌、消毒和净化时，反应器容积为0.3m³，安装了4对相同的板式电极和喷嘴电极，在反应器内均匀排成一行，两个电抗器的电感分别为5H、20H，每一限流电阻的阻值为1MΩ，两个电容器的容量均为4000pF，两个空气开关间隙距离分别为50、75mm，反应器内各喷嘴电极的喷嘴端面与其对应相对的各板式电极的板面间的距离为35mm，每一喷嘴电极和与之对应相对的板式电极的放电电压为65kV，放电频率为50～70次/min，导电金属管的外直径为10mm，内直径为5mm，喷嘴内锥孔的锥角为20°，喷嘴锥台体端面面积为30mm²，端面上的锥孔直径为1.5mm，各板式电极的导电金属板的面积为喷嘴电极锥孔端锥台体端面面积的100倍，板的厚度为5mm。

3.根据权利要求1所述的等离子体臭氧发生器，其特征在于当该发生器用于处理工业废水中的焦化废水时，反应器容积为0.5m³，安装了6对相同的板式电极和喷嘴电极，在反应器内均匀排成两行每行3对，两个电抗器的电感分别为10H、35H，限流电阻的阻值为1.5MΩ，两个电容器的容量均为6500pF，两个空气开关间隙距离分别为50、75mm，反应器内各喷嘴电极的喷嘴端面与其对应相对的各板式电极的板面间的距离为35mm，每一喷嘴电极和与之对应相对的板式电极的放电电压为70kV，放电频率为60～80次/min，导电金属管的外直径为12mm，内直径为6mm，喷嘴内锥孔的锥角为26°，喷嘴锥台体端面面积为35mm²，端面上的锥孔直径为2mm，各板式电极的导电金属板的面积为喷嘴电极锥孔端锥台体端面面积的120倍，板的厚度为6mm。