專利名稱：沿面諧振脈沖放電等離子體液體殺菌消毒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理及消毒滅菌技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
隨著環(huán)境的不斷惡化，由環(huán)境中微生物引起的污染日益增多，給整個(gè)生態(tài)環(huán)境和 人類健康帶來了潛在的危害。飲用水，食品醫(yī)藥工業(yè)用水，液態(tài)食品等直接關(guān)系到人體的健 康，必須進(jìn)行嚴(yán)格的消毒滅菌。城市生活污水，醫(yī)療系統(tǒng)廢水，工業(yè)廢水等引起的微生物污 染則可能導(dǎo)致傳染病的大規(guī)模爆發(fā)，必須進(jìn)行微生物的控制。有些工業(yè)循環(huán)用水污染微生 物后還會對設(shè)備造成腐蝕，或改變水體的物理化學(xué)性質(zhì)，影響工業(yè)生產(chǎn)。船舶壓載水的處理 不當(dāng)還會引起微生物物種入侵。
目前液體消毒的主要方法是投加化學(xué)消毒劑，如飲用水常用的氯化消毒法，存在 化學(xué)物質(zhì)的殘留和有害消毒副產(chǎn)物的問題。臭氧消毒日益普遍，但價(jià)格昂貴，且只能現(xiàn)場生 產(chǎn)。紫外線消毒主要用于氣體的殺菌，紫外線消毒對液體的澄清度有較高要求，并受水中具 有紫外吸收的化學(xué)物質(zhì)的影響，且紫外線在液體中穿透力有限。膜過濾的方式也能濾除部 分微生物，但微生物沒有被殺死，還會繼續(xù)在膜上繁殖，存在較大的潛在危險(xiǎn)。
低溫等離子體殺菌技術(shù)是是目前新型的液體非熱殺菌技術(shù)之一，結(jié)合了自由基、 臭氧、過氧化氫、紫外線輻射、強(qiáng)電磁場等多重物理化學(xué)殺菌因素，同時(shí)破壞細(xì)胞體和遺傳 物質(zhì)，具有快速高效和無殘留等特點(diǎn)，并能同時(shí)分解液體中的多種微量有機(jī)污染物。
目前的高電壓脈沖放電低溫等離子體液體殺菌消毒方法，由于任何單個(gè)反應(yīng)器都 無法同脈沖電源實(shí)現(xiàn)理想的匹配，所以在脈沖放電時(shí)只有部分能量通過等離子體注入反應(yīng) 器用于液體處理，造成能量利用率偏低，而且其余能量由于反應(yīng)器的容性儲存在反應(yīng)器中， 并反向充電回脈沖電源，對脈沖電源造成損壞。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高效的沿面諧振脈沖放電等離子體液體殺菌消毒方 法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是通過磁開關(guān)將脈沖電源和直流電 源連接，在所述脈沖電源和磁開關(guān)之間連接第一高壓電極，在所述直流電源和磁開關(guān)之間 連接第二高壓電極，將第一高壓電極和第二高壓電極置于待處理液體的液面的上方，所述 第一高壓電極、第二高壓電極與所述待處理液體的液面的距離>0，待處理液體接地作為地 電極；由所述脈沖電源單獨(dú)供電，或由所述脈沖電源疊加直流電源供電，使得在第一高壓電 極、第二高壓電極與待處理液體的液面之間分別產(chǎn)生一段低溫等離子體，對待處理液體進(jìn) 行殺菌消毒。
進(jìn)一步地，本發(fā)明可向所述待處理液體中通入氣體和/或加入液相催化劑。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述氣體為空氣、惰性氣體、氧氣中的任一種或任幾種的組合。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述液相催化劑為納米金、納米銀、碳納米管、二氧化鈦等中的任一種或任幾種的組合。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是脈沖電源提供的脈沖能量一部分在第一 高壓電極與待處理液體之間形成一段等離子體，另一部分脈沖能量通過磁開關(guān)的諧振作用 轉(zhuǎn)移到第二高壓電極，從而在第二高壓電極與待處理液體之間再形成一段等離子體，使得 能量得以充分利用，使殺菌速度和效率大大提高，同時(shí)，也避免了脈沖電源的損壞。由脈沖 電源疊加直流電源供電時(shí)，在直流基壓的基礎(chǔ)上，疊加一定頻率的脈沖電壓，可以在同樣功 率下獲得更好的等離子體效果，或在產(chǎn)生同樣效果的情況下，放電電壓大幅度下降，對電子 元器件的要求降低，能耗也相應(yīng)下降。


圖1脈沖諧振放電等離子體液體殺菌消毒方法示意圖。
其中，1.脈沖電源，2.直流電源，3.諧振磁開關(guān)，4第一高壓電極，5.第二高壓電 極，6.待處理液體。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明沿面諧振脈沖放電等離子體液體殺菌消毒方法是將脈沖電源 1和直流電源2通過諧振磁開關(guān)3連接，在脈沖電源1和諧振磁開關(guān)3之間連接第一高壓 電極4，在直流電源2和諧振磁開關(guān)3之間連接第二高壓電極5，將第一高壓電極4和第二 高壓電極5置于待處理液體6的液面的上方，待處理液體6接地作為地電極，第一高壓電極 4、第二高壓電極5與待處理液體6的液面的距離> 0，待處理液體接地作為地電極；由脈沖 電源單獨(dú)供電，或由所述脈沖電源疊加直流電源供電，使得在第一高壓電極4、第二高壓電 極5與待處理液體6的液面之間產(chǎn)生兩段低溫等離子體，從而對待處理液體進(jìn)行凈化處理。
本發(fā)明可采取不同的操作電壓、脈沖波形及頻率、諧振磁開關(guān)參數(shù)、以及高壓電極 到液面的不同距離，在數(shù)秒至數(shù)分鐘的短時(shí)間內(nèi)有效地殺滅待處理液體中的微生物。在待 處理液體中鼓入氣體和/或使用液相催化劑可提高殺菌效率。其中，氣體催化劑可以是空 氣、惰性氣體、氧氣中的任一種或任幾種的組合；液相催化劑可以是納米金、納米銀、碳納米 管、二氧化鈦等中的任一種或任幾種的組合。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)等離子體功率、等離子體處理 時(shí)間和待處理液體的流速，可凈化處理不同特性的液體。
以下以具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案及其技術(shù)效果。
實(shí)施例1:
以水為待處理液體，以消毒學(xué)指示菌大腸桿菌ATCC25922為殺滅對象進(jìn)行水體殺 菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù)法(HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源單獨(dú)供電，脈沖峰值 電壓為15KV，脈沖頻率為2pps，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離為3mm，靜止 處理2L水，細(xì)菌初始濃度為106cfu/mL，處理時(shí)間為lmin，結(jié)果顯示，水中的細(xì)菌殺死率為 99. 5%。
實(shí)施例2:
以水為待處理液體，以消毒學(xué)指示菌大腸桿菌ATCC25922為殺滅對象進(jìn)行水體殺 菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù)法(HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源單獨(dú)供電，脈沖峰值電 壓為15KV，脈沖頻率為20pps，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離為3mm，水體流速為2L/min，細(xì)菌初始濃度為106fu/mL，2L/min水流從電極下流過時(shí)，處理時(shí)間為10s，結(jié) 果顯示，水中的細(xì)菌殺死率為99.9%。
實(shí)施例3:
以水為待處理液體，以消毒學(xué)指示菌大腸桿菌ATCC25922為殺滅對象進(jìn)行水體殺 菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù)法(HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源單獨(dú)供電，脈沖峰值電 壓為20KV，脈沖頻率為15pps，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離為4mm，水體流 速為lL/min，細(xì)菌初始濃度為105cfu/mL，lL/min水流從電極下流過，同時(shí)在水中通入2L/ min的空氣，處理時(shí)間為10s，結(jié)果顯示，水中的細(xì)菌殺死率為99. 99%。
實(shí)施例4
以水為待處理液體，以消毒學(xué)指示菌大腸桿菌ATCC25922為殺滅對象進(jìn)行水體殺 菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù)法(HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源單獨(dú)供電，脈沖峰值 電壓為10KV，脈沖頻率為30pps，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離為2mm，水體 流速為4L/min，細(xì)菌初始濃度為105cfu/mL，4L/min水流從電極下流過時(shí)，同時(shí)在水中通入 2L/min的氧氣，處理時(shí)間為3s，結(jié)果顯示，水中的細(xì)菌殺死率為99. 95%。
實(shí)施例5
以水為待處理液體，以釀酒酵母為殺滅對象進(jìn)行水體殺菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù)法 (HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源單獨(dú)供電，脈沖峰值電壓為25KV，脈沖頻率為 lOpps，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離為5mm，水體流速為3L/min，細(xì)菌初始 濃度為105cfu/mL，3L/min水流從電極下流過，同時(shí)在水中通入lL/min的氦氣，處理時(shí)間為 4s，結(jié)果顯示，水中的酵母菌殺死率為99. 93%。
實(shí)施例6
以水為待處理液體，以枯草芽孢桿菌為殺滅對象進(jìn)行水體殺菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù) 法(HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源單獨(dú)供電，脈沖峰值電壓為30KV，脈沖頻率 為5pps，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離均為6mm，水體流速為5L/min，細(xì)菌 初始濃度為107cfu/mL，5L/min水流從電極下流過，同時(shí)通入4L/min的體積比為1比1的 氦氣與氧氣的混合氣體，處理時(shí)間為2s，結(jié)果顯示，水中的細(xì)菌殺死率為99. 98%。
實(shí)施例7
以牛奶為待處理液體，以乳酸桿菌為殺滅對象進(jìn)行液體殺菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù)法 (HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源單獨(dú)供電，脈沖峰值電壓為40KV，脈沖頻率為 lpps，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離為8mm，液體流速為lL/min，細(xì)菌初始 濃度為104cfu/mL，lL/min牛奶從電極下流過，電極下方加入固定化納米金催化劑lg，處理 時(shí)間為10s，結(jié)果顯示，牛奶中的細(xì)菌殺死率為99.9%。
實(shí)施例8:
以水為待處理液體，以釀酒酵母為殺滅對象進(jìn)行水體殺菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù)法 (HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源單獨(dú)供電，脈沖峰值電壓為50KV，脈沖頻率為 lpps，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離為12mm，水體流速為5L/min，細(xì)菌初始 濃度為104cfu/mL，5L/min水流從電極下流過，電極下方加入固定化納米銀催化劑0. 5g，處 理時(shí)間為5s，結(jié)果顯示，水中的細(xì)菌殺死率為99. 7%。
實(shí)施例9
以海水為待處理液體，以小球藻為殺滅對象進(jìn)行水體殺菌試驗(yàn)，用分光光度法和 血球計(jì)數(shù)法檢測殺藻前后的變化。由脈沖電源單獨(dú)供電，脈沖峰值電壓為25KV，脈沖頻率為 4pps，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離為3mm，水體流速為2L/min，小球藻初 始濃度為IO5個(gè)/mL，2L/min水流從電極下流過，電極下方加入固定化碳納米管催化劑2g， 處理時(shí)間為20s，結(jié)果顯示，水中的小球藻殺死率為99. 99%。
實(shí)施例10
以水為待處理液體，以消毒學(xué)指示菌大腸桿菌ATCC25922為殺滅對象進(jìn)行水體殺 菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù)法(HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源單獨(dú)供電，脈沖峰值電 壓為10KV，脈沖頻率為30pps，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離為2mm，水體流 速為3L/min，細(xì)菌初始濃度為105cfu/mL，3L/min水流從電極下流過時(shí)，電極下方加入固定 化二氧化鈦催化劑3g，處理時(shí)間為2s，結(jié)果顯示，水中的細(xì)菌殺死率為99. 99%。
實(shí)施例11
以水為待處理液體，以消毒學(xué)指示菌大腸桿菌ATCC25922為殺滅對象進(jìn)行水體殺 菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù)法(HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源單獨(dú)供電，脈沖峰值 電壓為15KV，脈沖頻率為20pps，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離為3mm，水 體流速為3L/min，細(xì)菌初始濃度為105cfu/mL，3L/min水流從電極下流過，電極下方加入固 定化二氧化鈦和碳納米管催化劑各0. 5g，處理時(shí)間為2s，結(jié)果顯示，水中的細(xì)菌殺死率為 99. 94%。
實(shí)施例12
以水為待處理液體，以消毒學(xué)指示菌大腸桿菌ATCC25922為殺滅對象進(jìn)行水體殺 菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù)法(HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源單獨(dú)供電，脈沖峰值電 壓為15KV，脈沖頻率為20pps，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離為3mm，水體流 速為lL/min，細(xì)菌初始濃度為105cfu/mL，lL/min水流從電極下流過，電極下方加入固定化 二氧化鈦催化劑lg，同時(shí)在水中通入2L/min的氧氣，處理時(shí)間為6s，結(jié)果顯示，水中的細(xì)菌 殺死率為100%。
實(shí)施例13
以水為待處理液體，以消毒學(xué)指示菌大腸桿菌ATCC25922為殺滅對象進(jìn)行水體殺 菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù)法(HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源和直流電源疊加供電， 脈沖電源單峰值電壓為5KV，脈沖頻率為lOpps，直流電源為5KV，控制第一高壓電極、第二 高壓電極到水面距離為5mm，水體流速為3L/min，細(xì)菌初始濃度為105cfu/mL，3L/min水流 從電極下流過，處理時(shí)間為2s，結(jié)果顯示，水中的細(xì)菌殺死率為99. 92%。
實(shí)施例14
以水為待處理液體，以釀酒酵母為殺滅對象進(jìn)行水體殺菌試驗(yàn)，用平板計(jì)數(shù)法 (HPC)檢測殺菌前后菌落的變化。由脈沖電源和直流電源疊加供電，脈沖電源單峰值電壓 為5KV，脈沖頻率為lOpps，直流電源為5KV，控制第一高壓電極、第二高壓電極到水面距離 為5mm，水體流速為3L/min，釀酒酵母初始濃度為105cfu/mL，3L/min水流從電極下流過，處 理時(shí)間為2s，結(jié)果顯示，水中的細(xì)菌殺死率為99. 95%。
權(quán)利要求
1.一種沿面諧振脈沖放電等離子體液體殺菌消毒方法，其特征在于通過磁開關(guān)將脈 沖電源和直流電源連接，在所述脈沖電源和磁開關(guān)之間連接第一高壓電極，在所述直流電 源和磁開關(guān)之間連接第二高壓電極，將第一高壓電極和第二高壓電極置于待處理液體的液 面的上方，所述第一高壓電極、第二高壓電極與所述待處理液體的液面的距離>0，待處理 液體接地作為地電極；由所述脈沖電源單獨(dú)供電，或由所述脈沖電源疊加直流電源供電，使 得在第一高壓電極、第二高壓電極與待處理液體的液面之間分別產(chǎn)生一段低溫等離子體， 對待處理液體進(jìn)行殺菌消毒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沿面諧振脈沖放電等離子體液體殺菌消毒方法，其特征在 于向所述待處理液體中通入氣體和/或加入液相催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的沿面諧振脈沖放電等離子體液體殺菌消毒方法，其特征在 于所述氣體為空氣、惰性氣體、氧氣中的任一種或任幾種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的沿面諧振脈沖放電等離子體液體殺菌消毒方法，其特征在 于所述液相催化劑為納米金、納米銀、碳納米管、二氧化鈦等中的任一種或任幾種的組合。
全文摘要
本發(fā)明公開一種沿面諧振脈沖放電等離子體液體殺菌消毒方法，它是通過磁開關(guān)將脈沖電源和直流電源連接，在所述脈沖電源和磁開關(guān)之間連接第一高壓電極，在所述直流電源和磁開關(guān)之間連接第二高壓電極，將第一高壓電極和第二高壓電極置于待處理液體的液面的上方，所述第一高壓電極、第二高壓電極與所述待處理液體的液面的距離＞0，待處理液體接地作為地電極；由所述脈沖電源單獨(dú)供電，或由所述脈沖電源疊加直流電源供電，使得在第一高壓電極、第二高壓電極與待處理液體的液面之間分別產(chǎn)生一段低溫等離子體，對待處理液體進(jìn)行殺菌消毒。本發(fā)明能夠快速高效地殺滅液體中的細(xì)菌、病毒、寄生蟲、藻類等微生物。
文檔編號C02F1/50GK102040265SQ20101053668
公開日2011年5月4日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者徐羽貞, 鄭超, 閆克平 申請人:浙江大學(xué)