專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于廢水處理的脈沖液相等離子體電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于廢水處理的脈沖液相等離子體電源裝置。
背景技術(shù)：
針對(duì)目前工業(yè)生產(chǎn)中所排放的大量工業(yè)廢水，其種類(lèi)繁多，成分復(fù)雜，化學(xué)需氧量(COD)濃度高，可生化性差，有毒有害等特點(diǎn)，采用常規(guī)物化或生化處理技術(shù)已很難有效地控制與治理。因此，高級(jí)氧化技術(shù)成為當(dāng)今處理難生物降解及有毒有害工業(yè)廢水的新技術(shù)和新方法。
高級(jí)氧化技術(shù)利用各種活性自由基攻擊工業(yè)廢水中的大分子有機(jī)物，破壞其分子結(jié)構(gòu)，從而使有機(jī)廢水得以降解。但是，由于高級(jí)氧化技術(shù)存在反應(yīng)條件苛刻、選擇性差、成本高等缺點(diǎn)，致使其在進(jìn)一步推廣上具有一定的局限性和適應(yīng)范圍。最近，一種新型的高級(jí)氧化技術(shù)，液相電脈沖技術(shù)由于高壓脈沖放電在電子傳輸過(guò)程能量釋放的多樣性和其在環(huán)境污染治理方面的應(yīng)用引起了廣泛的關(guān)注。
液相電脈沖技術(shù)一般采用高壓脈沖電源形成等離子體，它集合高能電子輻射、濕式氧化、化學(xué)氧化、光催化氧化等高級(jí)氧化技術(shù)于一體，系統(tǒng)不需要外加氧化劑，反應(yīng)體系無(wú)需輔以高溫、高壓或外加光源等技術(shù)手段，是一種全新概念的污水處理新技術(shù)。水中高壓脈沖放電電壓上升時(shí)間短(＜100ns)，脈沖寬度窄(＜200ns)，因而可以在不使電場(chǎng)內(nèi)的離子加速的情況下，單使電子加速，從而形成無(wú)需屏蔽的高能自由電子，這些高能自由電子將促使有機(jī)物的激發(fā)裂解或電離。這一過(guò)程同時(shí)具有物理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，物理效應(yīng)可形成紫外光和沖擊波，其強(qiáng)度取決于放電的能量；化學(xué)效應(yīng)主要促使活性物質(zhì)的形成，如OH·、O·、H2O2、O3等各種活性自由基，因而高壓脈沖放電處理廢水可利用放電形成的紫外光、沖擊波以及活性自由基，形成高能電子、紫外線、臭氧等多因素的協(xié)同降解作用，增強(qiáng)處理效果，是集光、電、化學(xué)氧化于一體的新型水處理技術(shù)。
目前研發(fā)簡(jiǎn)易、易控和安全的高壓脈沖電源是液相電脈沖技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與開(kāi)發(fā)核心問(wèn)題。而國(guó)內(nèi)外大多數(shù)用由電子電路控制的觸發(fā)開(kāi)關(guān)或閘流管開(kāi)關(guān)產(chǎn)生高壓脈沖放電，設(shè)備昂貴，電源器件(特別如觸發(fā)開(kāi)關(guān)或閘流開(kāi)關(guān))容易損耗。另外，電子電路控制系統(tǒng)復(fù)雜，容易出現(xiàn)電路故障。從而限制了液相電脈沖技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用低的用于廢水處理的脈沖液相等離子體電源裝置。
本發(fā)明的用于廢水處理的脈沖液相等離子體電源裝置，主要包括可調(diào)升壓變壓器、整流濾波電路、單向硅、限流電阻、旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)、脈沖形成電容和兩個(gè)放電電極，其中旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)具有第一觸點(diǎn)、第二觸點(diǎn)和第三觸點(diǎn)，可調(diào)升壓變壓器的輸出端接整流濾波電路的輸入端，整流濾波電路的高電位輸出端與單向硅的正極相連，單向硅的負(fù)極和限流電阻的一端相連，限流電阻的另一端與旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)的第一觸點(diǎn)連接，旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)的第二觸點(diǎn)與脈沖形成電容的一端相連，旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)的第三觸點(diǎn)與一個(gè)放電電極連接，另一個(gè)放電電極與脈沖形成電容的另一端及整流濾波電路的接地端共接。
上述的旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)由絕緣筒、八個(gè)金屬球和與八個(gè)金屬球處于同一平面的旋轉(zhuǎn)金屬棒組成，八個(gè)金屬球均布固定于絕緣筒的內(nèi)壁，其中錯(cuò)位間隔的兩對(duì)金屬球中的兩個(gè)金屬球構(gòu)成第一觸點(diǎn)，另兩個(gè)金屬球構(gòu)成第三觸點(diǎn)，與錯(cuò)位間隔的四個(gè)金屬球相對(duì)應(yīng)的另四個(gè)金屬球構(gòu)成第二觸點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)金屬棒的兩端與八個(gè)金屬球之間的間隙在1-2mm之間。
本裝置使用時(shí)，工頻交流電經(jīng)可調(diào)升壓變壓器升至20-30千伏后，由整流濾波電路和單向硅產(chǎn)生單向直流高壓，利用旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)作為脈沖放電觸發(fā)開(kāi)關(guān)，對(duì)高壓脈沖形成電容實(shí)施充放電，在一對(duì)電極上形成高頻率脈沖電壓，產(chǎn)生冷等離子體，在水體中激發(fā)產(chǎn)生活性物質(zhì)，降解去除廢水中的污染物。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)節(jié)升壓變壓器電壓、旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)中旋轉(zhuǎn)金屬棒的轉(zhuǎn)速，及其與八個(gè)金屬球之間的間隙，可以控制脈沖峰值電壓、脈沖放電頻率和脈沖起始電壓，較大地降低液相電脈沖技術(shù)的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用，開(kāi)辟高壓脈沖液相等離子體電源的實(shí)際應(yīng)用前景，對(duì)于液相電脈沖技術(shù)的發(fā)展有著十分重要的意義。


圖1是脈沖液相等離子體電源裝置的電路圖；圖2是旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1為電動(dòng)機(jī)，2為導(dǎo)線，3為絕緣轉(zhuǎn)軸，4為直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，5為旋轉(zhuǎn)金屬棒，6為支撐銅鈴球的絕緣筒壁，7-14分別為旋轉(zhuǎn)空氣隙開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)。
圖3是本裝置產(chǎn)生的脈沖電壓波形圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，用于廢水處理的脈沖液相等離子體電源裝置主要包括可調(diào)升壓變壓器T、整流濾波電路D、單向硅D1、限流電阻R、旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)Q、脈沖形成電容C2和兩個(gè)放電電極H和G，其中旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)Q具有第一觸點(diǎn)K1、第二觸點(diǎn)K2和第三觸點(diǎn)K3，可調(diào)升壓變壓器T的輸出端接整流濾波電路D的輸入端，整流濾波電路D的高電位輸出端與單向硅D1的正極相連，單向硅D1的負(fù)極和限流電阻R的一端相連，限流電阻R的另一端與旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)的第一觸點(diǎn)K1連接，旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)的第二觸點(diǎn)K2與脈沖形成電容C2的一端相連，旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)的第三觸點(diǎn)K3與一個(gè)放電電極H連接，另一個(gè)放電電極G與脈沖形成電容C2的另一端及整流濾波電路D的接地端共接。
旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)見(jiàn)圖2所示，旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)由絕緣筒6、八個(gè)金屬球和與八個(gè)金屬球處于同一平面的旋轉(zhuǎn)金屬棒5組成，絕緣筒可以采用聚氟乙烯塑料圓筒，八個(gè)金屬球均布于絕緣筒的內(nèi)壁，圖示實(shí)例中，采用將八個(gè)銅鈴球焊接到金屬桿上，并螺旋固定于絕緣筒壁，其中錯(cuò)位間隔的兩對(duì)銅鈴球中的兩個(gè)銅鈴球9、11構(gòu)成第一觸點(diǎn)K1，另兩個(gè)銅鈴球10、12構(gòu)成第三觸點(diǎn)K3，與錯(cuò)位間隔的四個(gè)銅鈴球相對(duì)應(yīng)的另四個(gè)銅鈴球13、7、14、8構(gòu)成第二觸點(diǎn)K2，此例中，在旋轉(zhuǎn)金屬棒的兩端分別連接有銅鈴球，旋轉(zhuǎn)金屬棒的銅鈴球與八個(gè)銅鈴球之間的間隙在1-2mm之間。為了實(shí)現(xiàn)空氣火花放電的穩(wěn)定性，通常使旋轉(zhuǎn)金屬棒5兩端的銅鈴球與八個(gè)銅鈴球的大小相同。旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)中的旋轉(zhuǎn)金屬棒5的中心與位于絕緣筒軸線的直流電動(dòng)機(jī)的絕緣軸3相連，直流電動(dòng)機(jī)與直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源4電連接。
本裝置實(shí)施過(guò)程中，打開(kāi)直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源4使旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)中的旋轉(zhuǎn)金屬棒5旋轉(zhuǎn)，改變旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)速(0-700r/min)，可實(shí)現(xiàn)脈沖放電頻率(50Hz-200Hz)。在工頻交流下，調(diào)節(jié)升壓變壓器T的電壓，產(chǎn)生上升前沿為100ns左右的放電脈沖，脈沖峰值電壓達(dá)到10-40KV，脈沖初始電壓為100-400V。本脈沖液相放電等離子體電源裝置自身消耗的功率僅10W左右，總出入功率可達(dá)700W左右，有效功率可達(dá)90％以上。
實(shí)例1采用旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)，升壓變壓器升至19.4KV時(shí)，水體中放電電極間距為2mm，水體電導(dǎo)率為40.35us/cm時(shí)，高壓液電體系放電電極的電壓波形通過(guò)Lecroy公司LT264數(shù)字存儲(chǔ)式示波器和150-GL/5k高壓探頭(1/5000)測(cè)量的電壓波形圖如圖3所示。脈沖波上升前沿為103ns左右，脈沖峰值電壓達(dá)到22.1KV，脈沖初始電壓為115.1V。
實(shí)例2利用高壓脈沖液相放電電源處理含有難生物降解及持久性有機(jī)污染物(POPs)和印染廢水，采用旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)和針一板式電極反應(yīng)器，溶液體積為200mL，電極間距為2mm，實(shí)驗(yàn)條件和測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果如表1所示，此裝置用于廢水處理，具有較高的污染物去除效率。
表1

權(quán)利要求
1.用于廢水處理的脈沖液相等離子體電源裝置，其特征在于主要包括可調(diào)升壓變壓器(T)、整流濾波電路(D)、單向硅(D1)、限流電阻(R)、旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)(Q)、脈沖形成電容(C2)和兩個(gè)放電電極(H、G)，其中旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)(Q)具有第一觸點(diǎn)(K1)、第二觸點(diǎn)(K2)和第三觸點(diǎn)(K3)，可調(diào)升壓變壓器(T)的輸出端接整流濾波電路(D)的輸入端，整流濾波電路(D)的高電位輸出端與單向硅(D1)的正極相連，單向硅(D1)的負(fù)極和限流電阻(R)的一端相連，限流電阻(R)的另一端與旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)的第一觸點(diǎn)(K1)連接，旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)的第二觸點(diǎn)(K2)與脈沖形成電容(C2)的一端相連，旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)的第三觸點(diǎn)(K3)與一個(gè)放電電極(H)連接，另一個(gè)放電電極(G)與脈沖形成電容(C2)的另一端及整流濾波電路(D)的接地端共接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖液相等離子體電源裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)由絕緣筒(6)、八個(gè)金屬球和與八個(gè)金屬球處于同一平面的旋轉(zhuǎn)金屬棒(5)組成，八個(gè)金屬球均布固定于絕緣筒的內(nèi)壁，其中錯(cuò)位間隔的兩對(duì)金屬球中的兩個(gè)金屬球(9、11)構(gòu)成第一觸點(diǎn)(K1)，另兩個(gè)金屬球(10、12)構(gòu)成第三觸點(diǎn)(K3)，與錯(cuò)位間隔的四個(gè)金屬球相對(duì)應(yīng)的另四個(gè)金屬球(13、7、14、8)構(gòu)成第二觸點(diǎn)(K2)，旋轉(zhuǎn)金屬棒的兩端與八個(gè)金屬球之間的間隙在1-2mm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖液相等離子體電源裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)中的旋轉(zhuǎn)金屬棒(5)的中心與位于絕緣筒軸線的電動(dòng)機(jī)的絕緣軸(3)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖液相等離子體電源裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)金屬棒(5)的兩端具有金屬球，該金屬球與八個(gè)金屬球大小相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于廢水處理的脈沖液相等離子體電源裝置，主要包括可調(diào)升壓變壓器、整流濾波電路、單向硅、限流電阻、旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)、脈沖形成電容和兩個(gè)放電電極。本裝置利用工頻交流電產(chǎn)生單向直流高壓，采用旋轉(zhuǎn)空氣隙觸發(fā)開(kāi)關(guān)在一對(duì)電極上產(chǎn)生高頻率脈沖電壓，產(chǎn)生冷等離子體，在水體中激發(fā)產(chǎn)生活性物質(zhì)，降解去除廢水中的污染物。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用較低，可調(diào)控脈沖峰值電壓、脈沖放電頻率和脈沖起始電壓，作為高壓脈沖等離子體電源應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)以及化工領(lǐng)域水體中有毒有害難降解污染物的控制與治理。
文檔編號(hào)C02F1/46GK1673103SQ20051004945
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者雷樂(lè)成, 周明華, 郝小龍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)