用於廢水處理的脈衝液相等離子體電源裝置的製作方法

2023-10-04 13:11:44 1

專利名稱：用於廢水處理的脈衝液相等離子體電源裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於廢水處理的脈衝液相等離子體電源裝置。
背景技術：
針對目前工業生產中所排放的大量工業廢水，其種類繁多，成分複雜，化學需氧量(COD)濃度高，可生化性差，有毒有害等特點，採用常規物化或生化處理技術已很難有效地控制與治理。因此，高級氧化技術成為當今處理難生物降解及有毒有害工業廢水的新技術和新方法。
高級氧化技術利用各種活性自由基攻擊工業廢水中的大分子有機物，破壞其分子結構，從而使有機廢水得以降解。但是，由於高級氧化技術存在反應條件苛刻、選擇性差、成本高等缺點，致使其在進一步推廣上具有一定的局限性和適應範圍。最近，一種新型的高級氧化技術，液相電脈衝技術由於高壓脈衝放電在電子傳輸過程能量釋放的多樣性和其在環境汙染治理方面的應用引起了廣泛的關注。
液相電脈衝技術一般採用高壓脈衝電源形成等離子體，它集合高能電子輻射、溼式氧化、化學氧化、光催化氧化等高級氧化技術於一體，系統不需要外加氧化劑，反應體系無需輔以高溫、高壓或外加光源等技術手段，是一種全新概念的汙水處理新技術。水中高壓脈衝放電電壓上升時間短(＜100ns)，脈衝寬度窄(＜200ns)，因而可以在不使電場內的離子加速的情況下，單使電子加速，從而形成無需屏蔽的高能自由電子，這些高能自由電子將促使有機物的激發裂解或電離。這一過程同時具有物理效應和化學效應，物理效應可形成紫外光和衝擊波，其強度取決於放電的能量；化學效應主要促使活性物質的形成，如OH·、O·、H2O2、O3等各種活性自由基，因而高壓脈衝放電處理廢水可利用放電形成的紫外光、衝擊波以及活性自由基，形成高能電子、紫外線、臭氧等多因素的協同降解作用，增強處理效果，是集光、電、化學氧化於一體的新型水處理技術。
目前研發簡易、易控和安全的高壓脈衝電源是液相電脈衝技術的實際應用與開發核心問題。而國內外大多數用由電子電路控制的觸發開關或閘流管開關產生高壓脈衝放電，設備昂貴，電源器件(特別如觸發開關或閘流開關)容易損耗。另外，電子電路控制系統複雜，容易出現電路故障。從而限制了液相電脈衝技術的實際應用。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種結構簡單，設備投資和運行費用低的用於廢水處理的脈衝液相等離子體電源裝置。
本實用新型的用於廢水處理的脈衝液相等離子體電源裝置，主要包括可調升壓變壓器、整流濾波電路、單向矽、限流電阻、旋轉空氣隙觸發開關、脈衝形成電容和兩個放電電極，其中旋轉空氣隙觸發開關具有第一觸點、第二觸點和第三觸點，可調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矽的正極相連，單向矽的負極和限流電阻的一端相連，限流電阻的另一端與旋轉空氣隙觸發開關的第一觸點連接，旋轉空氣隙觸發開關的第二觸點與脈衝形成電容的一端相連，旋轉空氣隙觸發開關的第三觸點與一個放電電極連接，另一個放電電極與脈衝形成電容的另一端及整流濾波電路的接地端共接。
上述的旋轉空氣隙觸發開關由絕緣筒、八個金屬球和與八個金屬球處於同一平面的旋轉金屬棒組成，八個金屬球均布固定於絕緣筒的內壁，其中錯位間隔的兩對金屬球中的兩個金屬球構成第一觸點，另兩個金屬球構成第三觸點，與錯位間隔的四個金屬球相對應的另四個金屬球構成第二觸點，旋轉金屬棒的兩端與八個金屬球之間的間隙在1-2mm之間。
本裝置使用時，工頻交流電經可調升壓變壓器升至20-30千伏後，由整流濾波電路和單向矽產生單向直流高壓，利用旋轉空氣隙觸發開關作為脈衝放電觸發開關，對高壓脈衝形成電容實施充放電，在一對電極上形成高頻率脈衝電壓，產生冷等離子體，在水體中激發產生活性物質，降解去除廢水中的汙染物。本裝置結構簡單，通過調節升壓變壓器電壓、旋轉空氣隙觸發開關中旋轉金屬棒的轉速，及其與八個金屬球之間的間隙，可以控制脈衝峰值電壓、脈衝放電頻率和脈衝起始電壓，較大地降低液相電脈衝技術的設備投資和運行費用，開闢高壓脈衝液相等離子體電源的實際應用前景，對於液相電脈衝技術的發展有著十分重要的意義。


圖1是脈衝液相等離子體電源裝置的電路圖；圖2是旋轉空氣隙觸發開關結構示意圖；圖中，1為電動機，2為導線，3為絕緣轉軸，4為直流穩壓穩流電源，5為旋轉金屬棒，6為支撐銅鈴球的絕緣筒壁，7-14分別為旋轉空氣隙開關的觸點。
圖3是本裝置產生的脈衝電壓波形圖。
具體實施方式
參照圖1，用於廢水處理的脈衝液相等離子體電源裝置主要包括可調升壓變壓器T、整流濾波電路D、單向矽D1、限流電阻R、旋轉空氣隙觸發開關Q、脈衝形成電容C2和兩個放電電極H和G，其中旋轉空氣隙觸發開關Q具有第一觸點K1、第二觸點K2和第三觸點K3，可調升壓變壓器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矽D1的正極相連，單向矽D1的負極和限流電阻R的一端相連，限流電阻R的另一端與旋轉空氣隙觸發開關的第一觸點K1連接，旋轉空氣隙觸發開關的第二觸點K2與脈衝形成電容C2的一端相連，旋轉空氣隙觸發開關的第三觸點K3與一個放電電極H連接，另一個放電電極G與脈衝形成電容C2的另一端及整流濾波電路D的接地端共接。
旋轉空氣隙觸發開關見圖2所示，旋轉空氣隙觸發開關由絕緣筒6、八個金屬球和與八個金屬球處於同一平面的旋轉金屬棒5組成，絕緣筒可以採用聚氟乙烯塑料圓筒，八個金屬球均布於絕緣筒的內壁，圖示實例中，採用將八個銅鈴球焊接到金屬杆上，並螺旋固定於絕緣筒壁，其中錯位間隔的兩對銅鈴球中的兩個銅鈴球9、11構成第一觸點K1，另兩個銅鈴球10、12構成第三觸點K3，與錯位間隔的四個銅鈴球相對應的另四個銅鈴球13、7、14、8構成第二觸點K2，此例中，在旋轉金屬棒的兩端分別連接有銅鈴球，旋轉金屬棒的銅鈴球與八個銅鈴球之間的間隙在1-2mm之間。為了實現空氣火花放電的穩定性，通常使旋轉金屬棒5兩端的銅鈴球與八個銅鈴球的大小相同。旋轉空氣隙觸發開關中的旋轉金屬棒5的中心與位於絕緣筒軸線的直流電動機的絕緣軸3相連，直流電動機與直流穩壓穩流電源4電連接。
本裝置實施過程中，打開直流穩壓穩流電源4使旋轉空氣隙觸發開關中的旋轉金屬棒5旋轉，改變旋轉空氣隙觸發開關的轉速(0-700r/min)，可實現脈衝放電頻率(50Hz-200Hz)。在工頻交流下，調節升壓變壓器T的電壓，產生上升前沿為100ns左右的放電脈衝，脈衝峰值電壓達到10-40KV，脈衝初始電壓為100-400V。本脈衝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700W左右，有效功率可達90％以上。
實例1採用旋轉空氣隙觸發開關，升壓變壓器升至19.4KV時，水體中放電電極間距為2mm，水體電導率為40.35us/cm時，高壓液電體系放電電極的電壓波形通過Lecroy公司LT264數字存儲式示波器和150-GL/5k高壓探頭(1/5000)測量的電壓波形圖如圖3所示。脈衝波上升前沿為103ns左右，脈衝峰值電壓達到22.1KV，脈衝初始電壓為115.1V。
實例2利用高壓脈衝液相放電電源處理含有難生物降解及持久性有機汙染物(POPs)和印染廢水，採用旋轉空氣隙觸發開關和針—板式電極反應器，溶液體積為200mL，電極間距為2mm，實驗條件和測試數據及結果如表1所示，此裝置用於廢水處理，具有較高的汙染物去除效率。
表1
權利要求1.用於廢水處理的脈衝液相等離子體電源裝置，其特徵在於主要包括可調升壓變壓器(T)、整流濾波電路(D)、單向矽(D1)、限流電阻(R)、旋轉空氣隙觸發開關(Q)、脈衝形成電容(C2)和兩個放電電極(H、G)，其中旋轉空氣隙觸發開關(Q)具有第一觸點(K1)、第二觸點(K2)和第三觸點(K3)，可調升壓變壓器(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矽(D1)的正極相連，單向矽(D1)的負極和限流電阻(R)的一端相連，限流電阻(R)的另一端與旋轉空氣隙觸發開關的第一觸點(K1)連接，旋轉空氣隙觸發開關的第二觸點(K2)與脈衝形成電容(C2)的一端相連，旋轉空氣隙觸發開關的第三觸點(K3)與一個放電電極(H)連接，另一個放電電極(G)與脈衝形成電容(C2)的另一端及整流濾波電路(D)的接地端共接。
2.根據權利要求1所述的脈衝液相等離子體電源裝置，其特徵在於旋轉空氣隙觸發開關由絕緣筒(6)、八個金屬球和與八個金屬球處於同一平面的旋轉金屬棒(5)組成，八個金屬球均布固定於絕緣筒的內壁，其中錯位間隔的兩對金屬球中的兩個金屬球(9、11)構成第一觸點(K1)，另兩個金屬球(10、12)構成第三觸點(K3)，與錯位間隔的四個金屬球相對應的另四個金屬球(13、7、14、8)構成第二觸點(K2)，旋轉金屬棒的兩端與八個金屬球之間的間隙在1-2mm之間。
3.根據權利要求2所述的脈衝液相等離子體電源裝置，其特徵在於旋轉空氣隙觸發開關中的旋轉金屬棒(5)的中心與位於絕緣筒軸線的電動機的絕緣軸(3)相連。
4.根據權利要求2所述的脈衝液相等離子體電源裝置，其特徵在於旋轉金屬棒(5)的兩端具有金屬球，該金屬球與八個金屬球大小相同。
專利摘要本實用新型涉及一種用於廢水處理的脈衝液相等離子體電源裝置，主要包括可調升壓變壓器、整流濾波電路、單向矽、限流電阻、旋轉空氣隙觸發開關、脈衝形成電容和兩個放電電極。本裝置利用工頻交流電產生單向直流高壓，採用旋轉空氣隙觸發開關在一對電極上產生高頻率脈衝電壓，產生冷等離子體，在水體中激發產生活性物質，降解去除廢水中的汙染物。本裝置結構簡單，運行費用較低，可調控脈衝峰值電壓、脈衝放電頻率和脈衝起始電壓，作為高壓脈衝等離子體電源應用於環境保護以及化工領域水體中有毒有害難降解汙染物的控制與治理。
文檔編號C02F1/48GK2786100SQ20052010117
公開日2006年6月7日 申請日期2005年3月24日 優先權日2005年3月24日
發明者雷樂成, 周明華, 郝小龍 申請人:浙江大學