一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置製造方法
2023-06-16 14:01:51
一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置製造方法
【專利摘要】一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，屬於放電等離子體化學應用【技術領域】，該裝置包括氧等離子體反應模塊組合系統、冷卻水循環系統和分區激勵電源三部分，通過將模塊化的氧等離子體反應模塊的氣體通路和冷卻水通路根據淨水工藝的需求進行合理的串聯和並聯組合，同時採用分區激勵供電技術，大幅度提高了活性氧粒子的濃度和產量，最高活性氧粒子的濃度可達200g/m3以上（以氧計），活性氧粒子的單機產量超過2kg/h，有效地解決了常規活性氧粒子發生裝置在高濃度下難以獲得高產量的難題，並可實現活性氧粒子的分路輸出，增加了使用的靈活性、機動性和方便性，進而為淨水廠飲用水淨化工藝的改善提供了新技術裝置。
【專利說明】一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於放電等離子體化學應用【技術領域】，涉及一種淨水廠飲用水安全保障技術裝置，尤其是一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置。
【背景技術】
[0002]水是人類賴以生存和發展的基本物質。然而，隨著我國工業的快速發展和城市化進程的加速，產生了大量的工業和生活汙水，這些汙水大部分被直接排放到受納水體中，致使82%的水域和93%的城市飲用水源被汙染，其中含有的致癌、致畸、致突變物質已經嚴重地危害到了人們的身體健康。水，已成為當前人們疾病發生和傳播的重要媒介。據統計，人體所得的各種疾病，80%與水有關，僅我國通過飲用水發生和傳播的疾病目前就已經超過50餘種ο
[0003]從目前來看，飲用水水源汙染物主要包括有機汙染物(如三滷甲烷)、重金屬汙染物(如鋅、鎳、銅、鉻、鎘)、氨氮和藻類等等。其中，三滷甲烷是飲用水中最普遍存在的有機化合物，是最主要的致癌、致畸、致突變物質，飲用水中的三滷甲烷主要來自淨水廠的氯法消毒工藝；重金屬汙染物主要來自城市汙水和工業企業排放的廢水；氨氮主要來自城市汙水和農耕過程中使用的化學肥料；藻類的繁殖和蔓延源於受汙染的水源水體富營養化物質增加，結果導致水源水體濁度和色度增高，嗅味濃重，而且藻類死亡還可能產生藻毒素，是近年來影響水源水質惡化的重要因素。
[0004]2012年7月I日新的國家《生活飲用水衛生標準》(GB5479-2006)開始強制執行，新標準中的飲用水水質指標由原標準的35項增至106項，增加了共71項，新標準對飲用水中的有機物、微生物和水質消毒等方面提出了異常嚴格的要求。然而，與新國家《生活飲用水衛生標準》(GB5479-2006)要求不相適應的是中國目前95%以上的淨水廠仍採用傳統的「混凝一沉澱一過濾一消毒」的傳統淨化工藝，這種工藝只能對濃度不高的懸浮顆粒物、細菌和微生物起作用，對高濃度藻類、氨氮和有機汙染物等無能為力，加之以氯作為消毒劑容易產生致癌物三氯甲烷，飲用水出水水質難以達到新標準要求。加大傳統淨水工藝中氯消毒劑的投加量可以在一定程度上殺滅藻類、細菌和去除少量有機物，但會導致三氯甲烷消毒副產物和藻毒素濃度的增加，降低了飲用水出水水質。水源汙染物的不斷增加以及人們對水源水質要求的提高使我國淨水廠的水處理工藝承受著前所未有的壓力和挑戰，發展飲用水安全保障技術對提高我國城鄉居民生存質量和可持續發展越來越重要。
[0005]近年來，高級氧化技術在飲用水淨水工藝中的應用研究取得了顯著進展，高級氧化技術的核心是羥自由基(.0H)的高效製備。羥自由基屬強氧化劑，氧化電位高達2.8V,僅次於氟，具有廣譜致死特性，反應速度極快，在數秒內即可完成整個生化反應過程。因此，羥自由基可快速高效去除飲用水中的致嗅物質和有機汙染物，脫色，致死藻類和病原微生物等，降低三氯甲烷的產生，剩餘的羥自由基可分解成O2和H2O,無任何有害殘留物，在飲用水淨水工藝中具有非常廣闊的應用前景。
[0006]然而,在飲用水淨水工藝中應用高級氧化技術必需使用大量的活性氧粒子(如O3、1OyCKO2^HOVH2O2等等)，常規的活性氧粒子發生裝置多採用的是同軸式介質阻擋放電結構，體積大，成本高，只能在數百Hz以下的低頻激勵下進行放電等離子體化學反應，因此產生的活性氧粒子濃度低，產量小，難以滿足飲用水高級氧化技術的需求。大連海事大學近期發明了一種分區激勵式大氣壓非平衡等離子體發生裝置(專利號ZL201110278484.2)，該裝置由一臺低壓高頻逆變電源提供激勵能量，再利用小型高頻高壓變壓器將激勵能量分配到各個獨立的大氣壓平板式介質阻擋放電反應器，因此有效提高了大氣壓非平衡等離子體發生裝置的固有諧振頻率，優化了非平衡等離子體發生單元的放電性能，為解決常規活性氧粒子發生裝置存在的問題奠定了良好的技術基礎。但該裝置將小型高頻高壓變壓器安裝在大氣壓平板式介質阻擋放電反應器上既增加了大氣壓平板式介質阻擋放電反應器的結構難度，又增大了佔用空間，限制了大氣壓非平衡等離子體發生陣列的組成容量，同時，大氣壓平板式介質阻擋放電反應器外表面結露還會降低小型高頻高壓變壓器的絕緣性能；另一方面，該裝置中大氣壓非平衡等離子體發生陣列的構成僅是將大氣壓非平衡等離子體發生單元模塊的冷卻水入口、冷卻水出口、原料氣體入口、反應氣體出口並聯連接，雖然能提高活性氧粒子的產量，但無法進一步提高活性氧粒子的濃度，且缺少大氣壓非平衡等離子體發生單元模塊氣體通路和冷卻水通路的獨立控制，降低了系統的可靠性。
[0007]本發明在前期工作的基礎上，充分考慮淨水廠飲用水高級氧化技術應用的需求，通過將模塊化的氧等離子體反應單元模塊的氣體通路和冷卻水通路根據淨水工藝要求進行合理的串聯和並聯組合，同時採用分區激勵供電技術，大幅度地提高了活性氧粒子的濃度和產量，有效地解決了常規活性 氧粒子發生裝置在高濃度下難以獲得高產量的難題，並可實現活性氧粒子的分路輸出，進而為淨水廠飲用水淨化工藝的改善提供了新技術裝置。
【發明內容】
[0008]本發明克服了現有淨水廠飲用水安全保障技術裝置的不足，提供一種飲用水高級氧化技術裝置，尤其是一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置。
[0009]本發明的技術方案是:
[0010]一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，該裝置由氧等離子體反應模塊組合系統、冷卻水循環系統和分區激勵電源三部分組成。其中，氧等離子體反應模塊組合系統是活性氧粒子發生的核心，由分區激勵電源為氧等離子體反應模塊組合系統中的各個氧等離子體反應模塊分配激勵能量，由冷卻水循環系統控制氧等離子體反應模塊組合系統中的各個氧等離子體反應模塊的氧等離子體化學反應溫度。除冷卻水循環系統中的冷卻水循環控制裝置外，模塊組合式活性氧粒子發生裝置的所有組件均安裝在同一箱體內。其中，分區激勵電源中的部分組件動力電接入端子、功率變換控制組件、功率輸出匯流母線、小型高頻高壓變壓器、功率繼電器和電流傳感器等安裝在箱體的左側；氧等離子體反應模塊組合系統及冷卻水循環系統中的部分組件氧等離子體反應模塊、入口電磁閥、氣體分流管路、原料氣輸入調節閥、氣態產物輸出調節閥、氣態產物匯流管路、出口電磁閥、冷卻水分流管路、冷卻水匯流管路等安裝在箱體的右側；氧等離子體反應模塊組合系統及分區激勵電源中的部分組件壓力調節閥、壓力表、氣體流量計、控制及顯示儀表組件安裝在前面板上；氧等離子體反應模塊組合系統中的部分組件原料氣總入口、氣態產物總出口、冷卻水總入口、冷卻水總出口安裝在後面板下部；冷卻水循環系統中的冷卻水循環控制裝置為獨立配套組件，就近單獨放置。
[0011]氧等離子體反應模塊組合系統是將氧等離子體反應模塊進行串聯和並聯的優化組合，以提升活性氧粒子的產生濃度和產量。氧等離子體反應模塊組合系統包括氧等離子體反應模塊、原料氣總入口、壓力調節閥、壓力表、氣體流量計、入口電磁閥、氣體分流管路、原料氣輸入調節閥、單元模塊原料氣入口、單元模塊氣態產物出口、氣態產物輸出調節閥、氣態產物匯流管路、出口電磁閥、氣態產物總出口。
[0012]提高活性氧粒子產生濃度的方法是將二至四個氧等離子體反應模塊串聯組成串聯組，以延長原料氣體在電離腔內的反應時間和反應路徑。即，當二個氧等離子體反應模塊串聯時，第一個氧等離子體反應模塊A的氣態產物出口通過聚四氟乙烯軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的原料氣入口，第一個氧等離子體反應模塊A的冷卻水入口通過PVC軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的冷卻水出口 ；當三個氧等離子體反應單元模塊串聯時，第一個氧等離子體反應模塊A的氣態產物出口通過聚四氟乙烯軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的原料氣入口，第二個氧等離子體反應模塊B的氣態產物出口通過聚四氟乙烯軟管連接到第三個氧等離子體反應模塊C的原料氣入口，第一個氧等離子體反應模塊A的冷卻水入口通過PVC軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的冷卻水出口，第二個氧等離子體反應模塊B的冷卻水入口通過PVC軟管連接到第三個氧等離子體反應模塊C的冷卻水出口；以此類推連接四個氧等離子體反應模塊組成的串聯組。氧等離子體反應模塊串聯組的第一個模塊的單元模塊原料氣入口前加裝原料氣輸入調節閥，原料氣輸入調節閥的出口端通過聚四氟乙烯軟管連接到第一個模塊的單元模塊原料氣入口。氧等離子體反應模塊串聯組的最後一個模塊的單元模塊氣態產物出口需加裝氣態產物輸出調節閥，氣態產物輸出調節閥的入口端通過聚四氟乙烯軟管連接到最後一個模塊的單元模塊氣態產物出口。通過調節原料氣輸入調節閥和氣態產物輸出調節閥可以控制相應模塊內反應氣體的壓力和流量，以保證各模塊在最優氣壓和流量的狀態下工作。正常工作狀態下，由二個氧等離子體反應模塊組成 的串聯組的活性氧粒子產生濃度和產量將比單模塊提高42%以上，由三個氧等離子體反應模塊組成的串聯組的活性氧粒子產生濃度和產量將比單模塊提高55%以上，由四個氧等離子體反應模塊串聯組成的串聯組的活性氧粒子產生濃度和產量將比單模塊提高65%以上，更多氧等離子體反應模塊的串聯雖然可以進一步提高活性氧粒子的產生濃度和產量，但隨著模塊串聯數量的增加，活性氧粒子的產生濃度和產量的增加卻越來越不明顯，經過優化比較，本發明選定的模塊串聯數量最多為四個。
[0013]提高活性氧粒子產量的方法是將由二至四個氧等離子體反應模塊串聯組成的串聯組再進行並聯組合，模塊組合式活性氧粒子發生裝置氣態產物僅需要一個輸出口時，每一串聯組的氧等離子體反應模塊串聯的數量需相同，以保證輸出的氧活性粒子濃度最高，模塊組合式活性氧粒子發生裝置氣態產物需要多個輸出口時，各串聯組的氧等離子體反應模塊串聯的數量可以不同，但同一輸出組成單元的各串聯組的氧等離子體反應模塊串聯的數量需相同。模塊組合式活性氧粒子發生裝置製備的活性氧粒子的產量為各模塊串聯組產量的算術和，氧等離子體反應模塊串聯組並聯組數越多，產量就越大。各個氧等離子體反應模塊串聯組進行並聯組合時，需將各原料氣輸入調節閥的入口通過聚四氟乙烯軟管連接到氣體分流管路的分流口，氣態產物輸出調節閥的出口端則通過聚四氟乙烯軟管連接到氣態產物匯流管路。[0014]構成氧等離子體反應模塊組合系統核心的氧等離子體反應模塊採用的是雙電離腔平板式介質阻擋放電結構。其中，高壓電極放置在兩個平板接地電極中間，高壓電極由兩層電介質層在內表面燒結銀漿製成，燒結成的銀電極可以是平板狀，也可以是網狀，如是網狀其網格間距應控制在0.5~1mm，網線寬0.5mm;電介質層由純度為96%~99%的a -AL2O3製成，電介質層厚度0.47~0.64mm ;氧等離子體反應模塊電離腔的放電間隙寬度為0.25~0.5mm。氧等離子體反應模塊的工作氣壓控制在90~IlOkPa,最大放電功率不高於260W。
[0015]模塊組合式活性氧粒子發生裝置的原料氣為氧氣或空氣，原料氣由模塊組合式活性氧粒子發生裝置的原料氣總入口輸入，原料氣總入口通過聚四氟乙烯軟管連接到壓力調節閥入口端，壓力調節閥出口端通過聚四氟乙烯軟管連接到壓力表和氣體流量計的入口端，氣體流量計的出口端通過聚四氟乙烯軟管連接到氣體分流管路的入口，然後經氣體分流管路分配到各個氧等離子體反應模塊串聯組。
[0016]各個氧等離子體反應模塊組成的串聯組輸出的活性氧粒子需要匯集到氣態產物匯流管路，氣態產物匯流管路可以設計成單路，也可以根據實際需要設計成多路，其中，每一路均由一定數量的氧等離子體反應模塊串聯組組成，具體數量根據應用現場需要制定，以滿足應用現場對活性氧粒子產生濃度和產量的不同需求，增加現場應用的靈活性、機動性和方便性。
[0017]冷卻水循環系統用於控制氧等離子體反應模塊的工作溫度，主要由冷卻水循環控制裝置、冷卻水總入口、冷卻水分流管路、冷卻水匯流管路、冷卻水總出口等組成。其中，冷卻水循環控制裝置的出水口通過PVC軟管連接到冷卻水總入口，冷卻水總入口再通過PVC軟管連接到冷卻水分流管路的入水口，冷卻水分流管路的分流口則通過PVC軟管分別接至各個模塊串聯組最後一個模塊的氧等離子體反應模塊的冷卻水入口，各個模塊串聯組第一個模塊的氧等離子體反應模塊的冷卻水出口則通過PVC軟管連接到冷卻水匯流管路的匯流入口，冷卻水匯流管路的出口則通過PVC軟管連接到冷卻水總出口，冷卻水總出口再通過PVC軟管連接到冷卻水循環控制裝置的入水口，完成冷卻水的循環。工作時，根據需要冷卻液的溫度設定在O~10°C之間，同等條件下，冷卻液溫度越低，產生的活性氧粒子濃度越高。本發明中要求使用的冷卻液冰點不高於-10°C，導熱係數大於0.5W/mK，無腐蝕性。
[0018]對氧等離子體反應模塊的激勵採用分區激勵工作模式。分區激勵電源包括動力電接入端子、功率變換控制組件、功率輸出匯流母線、小型高頻高壓變壓器、控制及顯示儀表組件、功率繼電器和電流傳感器。其中，動力電接入端子用於將AC380V/50HZ動力電接入到功率變換控制組件，功率變換控制組件採用IGBT全橋或半橋逆變技術將AC380V/50HZ動力電轉換成AC0-500V/5-20kHz的高頻交流電輸出到功率輸出匯流母線上，與氧等離子體反應模塊數量相同的小型高頻高壓變壓器經由功率繼電器和電流傳感器分別連接到功率輸出匯流母線上，小型高頻高壓變壓器的高壓端和接地端連接到相應的氧等離子體反應模塊，實現對各個氧等離子體反應模塊的獨立激勵，保證各氧等離子體反應模塊均工作在優化的放電模式下。小型高頻高壓變壓器的輸出電壓控制在5~10kV，輸出頻率控制在5~20kHz，短路阻抗控制在35~50%之間。
[0019]本發明的效果和益處是通過將模塊化的氧等離子體反應模塊的氣體通路和冷卻水通路根據淨水工藝的需求進行合理的串聯和並聯組合，同時採用分區激勵供電技術，大幅度提高了活性氧粒子的濃度和產量，最高活性氧粒子的濃度可達200g/m3以上(以氧計)，活性氧粒子的單機產量超過2kg/h，有效地解決了常規活性氧粒子發生裝置在高濃度下難以獲得高產量的難題，並可實現活性氧粒子的分路輸出，增加了使用的靈活性、機動性和方便性，進而為淨水廠飲用水淨化工藝的改善提供了新技術裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是二模塊串聯構成的模塊組合式活性氧粒子發生裝置示意圖。
[0021]圖2是三模塊串聯構成的模塊組合式活性氧粒子發生裝置示意圖。
[0022]圖3是四模塊串聯構成的模塊組合式活性氧粒子發生裝置示意圖。
[0023]圖4是模塊組合式活性氧粒子發生裝置組件布置示意圖。
[0024]圖中:I動力電接入端子；2功率變換控制組件；3功率輸出匯流母線；4小型高頻高壓變壓器；5氧等離子體反應模塊；6原料氣總入口 ；7壓力調節閥；8壓力表；9氣體流量計；10入口電磁閥；11氣體分流管路；12原料氣輸入調節閥；13單元模塊原料氣入口 ；14單元模塊氣態產物出口 ；15氣態產物輸出調節閥；16氣態產物匯流管路；17出口電磁閥；18氣態產物總出口 ；19冷卻水總入口 ；20冷卻水分流管路；21模塊冷卻水入口 ；22模塊冷卻水出口 ；23冷卻水匯流管路；24冷卻水總出口 ；25冷卻水循環控制裝置；26控制及顯示儀表組件；27功率繼電器；28電流傳感器。
【具體實施方式】
[0025]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的【具體實施方式】。
[0026]本發明所述的一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，分為三種組合結構:一是二模塊串聯構成的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，如附圖1所示；二是三模塊串聯構成的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，如附圖2所示；三是四模塊串聯構成的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，如附圖3所示。無論上述哪種組合結構，模塊組合式活性氧粒子發生裝置均由氧等離子體反應模塊組合系統、冷卻水循環系統和分區激勵電源三部分組成。其中，氧等離子體反應模塊組合系統是活性氧粒子發生裝置的核心，由分區激勵電源為氧等離子體反應模塊組合系統中的各個氧等離子體反應模塊5分配激勵能量，由冷卻水循環系統控制氧等離子體反應模塊組合系統中的各個氧等離子體反應模塊5的氧等離子體化學反應溫度。除冷卻水循環系統中的冷卻水循環控制裝置25外，模塊組合式活性氧粒子發生裝置的所有組件均安裝在同一箱體內，如附圖4所示。其中，分區激勵電源中的部分組件動力電接入端子1、功率變換控制組件2、功率輸出匯流母線3、小型高頻高壓變壓器4、功率繼電器27和電流傳感器28等安裝在箱體的左側；氧等離子體反應模塊組合系統及冷卻水循環系統中的部分組件氧等離子體反應模塊5、入口電磁閥10、氣體分流管路11、原料氣輸入調節閥12、氣態產物輸出調節閥15、氣態產物匯流管路16、出口電磁閥17、冷卻水分流管路20、冷卻水匯流管路23等安裝在箱體的右側；氧等離子體反應模塊組合系統及分區激勵電源中的部分組件壓力調節閥7、壓力表8、氣體流量計9、控制及顯示儀表組件26安裝在前面板上；氧等離子體反應模塊組合系統中的部分組件原料氣總入口 6、氣態產物總出口 18、冷卻水總入口 19、冷卻水總出口 24安裝在後面板下部；冷卻水循環系統中的冷卻水循環控制裝置25為獨立配套組件，就近單獨放置。[0027]其中，氧等離子體反應模塊組合系統包括氧等離子體反應模塊5、原料氣總入口
6、壓力調節閥7、壓力表8、氣體流量計9、入口電磁閥10、氣體分流管路11、原料氣輸入調節閥12、單元模塊原料氣入口 13、單元模塊氣態產物出口 14、氣態產物輸出調節閥15、氣態產物匯流管路16、出口電磁閥17、氣態產物總出口 18。
[0028]本發明所述的一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，當採用二個氧等離子體反應模塊5串聯時，第一個氧等離子體反應模塊A的單元模塊氣態產物出口 14通過聚四氟乙烯軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊原料氣入口 13，第一個氧等離子體反應模塊A的單元模塊冷卻水入口 21通過PVC軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊冷卻水出口 22。
[0029]本發明所述的一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，當採用三個氧等離子體反應單元模塊5串聯時，第一個氧等離子體反應模塊A的單元模塊氣態產物出口14通過聚四氟乙烯軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊原料氣入口 13，第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊氣態產物出口 14通過聚四氟乙烯軟管連接到第三個氧等離子體反應模塊C的單元模塊原料氣入口 13，第一個氧等離子體反應模塊A的單元模塊冷卻水入口 21通過PVC軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊冷卻水出口 22，第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊冷卻水入口 21通過PVC軟管連接到第三個氧等離子體反應模塊C的單元模塊冷卻水出口 22。
[0030]本發明所述的一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，當採用四個氧等離子體反應單元模塊5串聯時，第一個氧等離子體反應模塊A的單元模塊氣態產物出口14通過聚四氟乙烯軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊原料氣入口 13，第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊氣態產物出口 14通過聚四氟乙烯軟管連接到第三個氧等離子體反應模塊C的單元模塊原料氣入口 13，第三個氧等離子體反應模塊C的單元模塊氣態產物出口 14通過聚四氟乙烯軟管連接到第四個氧等離子體反應模塊D的單元模塊原料氣入口 13 ;第一個氧等離子體反應模塊A的單元模塊冷卻水入口 21通過PVC軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊冷卻水出口 22，第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊冷卻水入口 21通過PVC軟管連接到第三個氧等離子體反應模塊C的單元模塊冷卻水出口 22 ;第三個氧等離子體反應模塊C的單元模塊冷卻水入口 21通過PVC軟管連接到第四個氧等離子體反應模塊C的單元模塊冷卻水出口 22。
[0031]本發明所述的氧等離子體反應模塊串聯組的第一個模塊的單元模塊原料氣入口13前加裝原料氣輸入調節閥12，原料氣輸入調節閥12的出口端通過聚四氟乙烯軟管連接到第一個模塊的單元模塊原料氣入口 13。氧等離子體反應模塊串聯組的最後一個模塊的單元模塊氣態產物出口 14需加裝氣態產物輸出調節閥15，氣態產物輸出調節閥15的入口端通過聚四氟乙烯軟管連接到最後一個模塊的單元模塊氣態產物出口 14。通過調節原料氣輸入調節閥12和氣態產物輸出調節閥15可以控制相應模塊內反應氣體的壓力和流量。
[0032]本發明所述的一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，需要將由二至四個氧等離子體反應模塊5串聯組成的串聯組再進行並聯組合以提高活性氧粒子的產量，模塊組合式活性氧粒子發生裝置氣態產物僅需要一個輸出口時，每一串聯組的氧等離子體反應模塊5串聯的數量需相同，以保證輸出的氧活性粒子濃度最高，模塊組合式活性氧粒子發生裝置氣態產物需要多個輸出口時，各串聯組的氧等離子體反應模塊5串聯的數量可以不同，但同一輸出組成單元的各串聯組的氧等離子體反應模塊5串聯的數量需相同。各個氧等離子體反應模塊串聯組進行並聯組合時，需將各原料氣輸入調節閥的入口通過聚四氟乙烯軟管連接到氣體分流管路的分流口，氣態產物輸出調節閥的出口端則通過聚四氟乙烯軟管連接到氣態產物匯流管路。[0033]本發明所述的氧等離子體反應模塊5採用的是雙電離腔平板式介質阻擋放電結構。其中，高壓電極放置在兩個平板接地電極中間，高壓電極由兩層電介質層在內表面燒結銀漿製成，燒結成的銀電極可以是平板狀，也可以是網狀，如是網狀其網格間距應控制在
0.5~Imm,網線寬0.5mm ；電介質層由純度為96%~99%的a -AL2O3製成，電介質層厚度
0.47~0.64mm ;氧等離子體反應模塊電離腔的放電間隙寬度為0.25~0.5mm。氧等離子體反應模塊的工作氣壓控制在90~IlOkPa,最大放電功率不高於260W。
[0034]本發明所述的模塊組合式活性氧粒子發生裝置的原料氣為氧氣或空氣，原料氣由模塊組合式活性氧粒子發生裝置的原料氣總入口 6輸入，原料氣總入口 6通過聚四氟乙烯軟管連接到壓力調節閥7的入口端，壓力調節閥7的出口端通過聚四氟乙烯軟管連接到壓力表8和氣體流量計9的入口端，氣體流量計9的出口端通過聚四氟乙烯軟管連接到氣體分流管路11的入口，然後經氣體分流管路11分配到各個氧等離子體反應模塊串聯組。
[0035]本發明所述的一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，其中，各個氧等離子體反應模塊5組成的串聯組輸出的活性氧粒子需要匯集到氣態產物匯流管路16，氣態產物匯流管路16可以設計成單路，也可以根據實際需要設計成多路。其中，每一路均由一定數量的氧等離子體反應模塊串聯組組成，具體數量根據應用現場需要制定。
[0036]本發明所述的一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，其中，冷卻水循環系統用於控制氧等離子體反應模塊5的工作溫度，主要由冷卻水循環控制裝置25、冷卻水總入口 19、冷卻水分流管路20、冷卻水匯流管路23、冷卻水總出口 24等組成。其中，冷卻水循環控制裝置25的出水口通過PVC軟管連接到冷卻水總入口 19，冷卻水總入口 19再通過PVC軟管連接到冷卻水分流管路20的入水口，冷卻水分流管路20的分流口則通過PVC軟管分別接至各個模塊串聯組最後一個模塊的氧等離子體反應模塊5的冷卻水入口 21，各個模塊串聯組第一個模塊的氧等離子體反應模塊5的單元模塊冷卻水出口 22則通過PVC軟管連接到冷卻水匯流管路23的匯流入口，冷卻水匯流管路23的出口則通過PVC軟管連接到冷卻水總出口 24，冷卻水總出口再通過PVC軟管連接到冷卻水循環控制裝置25的入水口，完成冷卻水的循環。工作時，根據需要冷卻液的溫度設定在O~10°C之間。本發明中要求使用的冷卻液冰點不高於_10°C，導熱係數大於0.5ff/mK,無腐蝕性。
[0037]本發明所述的分區激勵電源包括動力電接入端子1、功率變換控制組件2、功率輸出匯流母線3、小型高頻高壓變壓器4、控制及顯示儀表組件26、功率繼電器27和電流傳感器28。其中，動力電接入端子I用於將AC380V/50HZ動力電接入到功率變換控制組件2，功率變換控制組件2採用IGBT全橋或半橋逆變技術將AC380V/50HZ動力電轉換成AC0-500V/5-20kHz的高頻交流電輸出到功率輸出匯流母線3上，與氧等離子體反應模塊5數量相同的小型高頻高壓變壓器4經由功率繼電器27和電流傳感器28分別連接到功率輸出匯流母線上，小型高頻高壓變壓器4的高壓端和接地端連接到相應的氧等離子體反應模塊5，實現對各個氧等離子體反應模塊的獨立激勵。小型高頻高壓變壓器4的輸出電壓控制在5~10kV，輸出頻率控制在5~20kHz，短路阻抗控制在35~50%之間。[0038]本發明將模塊化的氧等離子體反應模塊的氣體通路和冷卻水通路根據淨水工藝的需求進行合理的串聯和並聯組合，同時採用分區激勵供電技術，大幅度提高了活性氧粒子的濃度和產量，最高活性氧粒子的濃度可達200g/m3以上，活性氧粒子的單機產量超過2kg/h，有效地解決了常規活性氧粒子發生裝置在高濃度下難以獲得高產量的難題，並可實現活性氧粒子的分路輸出，增加了使用的靈活性、機動性和方便性，進而為淨水廠飲用水淨化工藝的改善提供了 新技術裝置。
【權利要求】
1.一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，其特徵在於，該裝置包括氧等離子體反應模塊組合系統、冷卻水循環系統和分區激勵電源三部分；其中，氧等離子體反應模塊組合系統是活性氧粒子發生裝置的核心，由分區激勵電源為氧等離子體反應模塊組合系統中的各個氧等離子體反應模塊(5)分配激勵能量，冷卻水循環系統控制氧等離子體反應模塊組合系統中的各個氧等離子體反應模塊(5)的氧等離子體化學反應溫度；除冷卻水循環系統中的冷卻水循環控制裝置(25)外，模塊組合式活性氧粒子發生裝置的所有組件均安裝在同一箱體內； 氧等離子體反應模塊組合系統包括氧等離子體反應模塊(5)、原料氣總入口(6)、壓力調節閥(7)、壓力表(8)、氣體流量計(9)、入口電磁閥(10)、氣體分流管路(11)、原料氣輸入調節閥(12)、單元模塊原料氣入口(13)、單元模塊氣態產物出口(14)、氣態產物輸出調節閥(15 )、氣態產物匯流管路(16 )、出口電磁閥(17 )、氣態產物總出口( 18 );氧等離子體反應模塊組合系統通過將氧等離子體反應模塊(5)串聯組合來提升活性氧粒子的產生濃度，每一串聯組的串聯數量為2~4個；通過將等離子體反應模塊(5)組成的串聯組並聯來提升活性氧粒子的產量；模塊組合式活性氧粒子發生裝置氣態產物出口為單路或多路； 氧等離子體反應模塊組合系統使用的氧等離子體反應模塊(5)採用的是雙電離腔平板式介質阻擋放電結構；其中，高壓電極放置在兩個平板接地電極中間，高壓電極由兩層電介質層在內表面燒結銀漿製成，燒結成的銀電極是平板狀或網狀，網狀其網格間距應控制在0.5~Imm,網線寬0.5mm ；電介質層由純度為96%~99%的a -AL2O3製成，電介質層厚度0.47~0.64mm ;氧等離子體反應模塊電離腔的放電間隙寬度為0.25~0.5mm。氧等離子體反應模塊的工作氣壓控制在90~IlOkPa,最大放電功率不高於260W ； 冷卻水循環系統包括冷卻水循環控制裝置(25)、冷卻水總入口( 19)、冷卻水分流管路(20),冷卻水匯流管路(23)、冷卻水總出口(24)等；其中，冷卻水循環控制裝置(25)的出水口通過PVC軟管連接到冷卻水總入口( 19)，冷卻水總入口( 19)再通過PVC軟管連接到冷卻水分流管路(20 )的入水口，冷卻水分流管路(20 )的分流口則通過PVC軟管分別接至各個模塊串聯組最後一個模塊的氧等離子體反應模塊(5)的冷卻水入口(21)，各個模塊串聯組第一個模塊的氧等離子體反應模塊(5)的單元模塊冷卻水出口(22)則通過PVC軟管連接到冷卻水匯流管路(23 )的匯流入口，冷卻水匯流管路(23 )的出口則通過PVC軟管連接到冷卻水總出口(24)，冷卻水總出口再通過PVC軟管連接到冷卻水循環控制裝置(25)的入水口，完成冷卻水的循環；使用的冷卻液冰點不高於_10°C，導熱係數大於0.5W/mK，無腐蝕性；分區激勵電源包括動力電接入端子(I)、功率變換控制組件(2)、功率輸出匯流母線(3)、小型高頻高壓變壓器(4)、控制及顯示儀表組件(26)、功率繼電器(27)和電流傳感器(28);其中，動力電接入端子(I)用於將AC380V/50HZ動力電接入到功率變換控制組件(2)，功率變換控制組件(2)採用IGBT全橋或半橋逆變技術將AC380V/50HZ動力電轉換成AC0-500V/5-20kHz的高頻交流電輸出到功率輸出匯流母線(3)上，與氧等離子體反應模塊(5)數量相同的小型高頻高壓變壓器(4)經由功率繼電器(27)和電流傳感器(28)分別連接到功率輸出匯流母線上，小型高頻高壓變壓器(4)的高壓端和接地端連接到相應的氧等離子體反應模塊(5)，實現對各個氧等離子體反應模塊的獨立激勵；小型高頻高壓變壓器(4)的輸出電壓控制在5~10kV，輸出頻率控制在5~20kHz，短路阻抗控制在35~50%之間。
2.根據權利要求1所述的一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，其特徵在於，當採用二個氧等離子體反應模塊(5)串聯時，第一個氧等離子體反應模塊A的單元模塊氣態產物出口( 14)通過聚四氟乙烯軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊原料氣入口(13)，第一個氧等離子體反應模塊A的單元模塊冷卻水入口(21)通過PVC軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊冷卻水出口(22)。
3.根據權利要求1所述的一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，其特徵在於，當採用三個氧等離子體反應單元模塊(5)串聯時，第一個氧等離子體反應模塊A的單元模塊氣態產物出口(14)通過聚四氟乙烯軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊原料氣入口(13)，第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊氣態產物出口(14)通過聚四氟乙烯軟管連接到第三個氧等離子體反應模塊C的單元模塊原料氣入口(13)，第一個氧等離子體反應模塊A的單元模塊冷卻水入口(21)通過PVC軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊冷卻水出口(22)，第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊冷卻水入口(21)通過PVC軟管連接到第三個氧等離子體反應模塊C的單元模塊冷卻水出口(22)。
4.根據權利要求1所述的一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，其特徵在於，當採用四個氧等離子體反應單元模塊(5)串聯時，第一個氧等離子體反應模塊A的單元模塊氣態產物出口(14)通過聚四氟乙烯軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊原料氣入口(13)，第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊氣態產物出口(14)通過聚四氟乙烯軟管連接到第三個氧等離子體反應模塊C的單元模塊原料氣入口(13)，第三個氧等離子體反應模塊C的單元模塊氣態產物出口(14)通過聚四氟乙烯軟管連接到第四個氧等離子體反應模塊D的單元模塊原料氣入口(13);第一個氧等離子體反應模塊A的單元模塊冷卻水入口(21)通過PVC軟管連接到第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊冷卻水出口(22)，第二個氧等離子體反應模塊B的單元模塊冷卻水入口(21)通過PVC軟管連接到第三個氧等離子體反應模塊C的單元模塊冷卻水出口(22);第三個氧等離子體反應模塊C的單元模塊冷卻水入口(21)通過PVC軟管連接到第四個氧等離子體反應模塊C的單元模塊冷卻水出口(22)。
5.根據權利要求1~4任一所述的一種用於淨水廠的模塊組合式活性氧粒子發生裝置，其特徵在於，所述的模塊組合式活性氧粒子發生裝置使用的原料氣體為氧氣或空氣。
【文檔編號】C02F1/30GK103466748SQ201310421285
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月15日 優先權日:2013年9月15日
【發明者】白敏冬, 張小芳, 田一平, 俞哲, 李日紅, 楊海東, 張芝濤 申請人:大連海事大學