水雾放电空气等离子体射流处理装置及其高压电源的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种水雾放电空气等离子体射流处理装置及高压电源，将待处理的水先雾化成细小的水珠和空气的混合物，在放电反应处理过程中有效提高放电产生的活性粒子与水中有毒害物种的碰撞频率，有效提高化学反应速率可调整的水雾射流的水-气混合比和水雾射流流速，调整其水雾射流在雾化反应器中产生的化学反应动力学，实现水处理系统运行的最高效最节能状态，将被处理的水经过多次循环处理，最终达到排放的要求，高压电源的输入和输出端的电压和电流检测电路，有效判断系统运行是否正常，实现输出端的放电功率大小、水雾射流速度、水-气混合比等物理参数与水处理的效果之间，开展水处理系统的进行最优化运行参数控制。
【专利说明】水雾放电空气等离子体射流处理装置及其高压电源
【技术领域】
[0001]本发明涉及废水处理【技术领域】，具体涉及一种水雾放电空气等离子体射流处理装置及其高压电源。
【背景技术】
[0002]传统的废水处理装置已不能满足日益提高的排放标准及处理效率，如专利CN102344217公开了一种等离子体和超声波集成污水处理装置，将超声波技术的高温高压并伴随强烈的激波等特点与电技术的电晕放电形成的等离子体的高能电子轰击、臭氧化、紫外光解等技术进行组合，综合处理污水，对高浓度难降解的有机物废水效果明显。但该装置能耗大、运行成本高，且没有充分利用等离子体的降解功能，且供电电源的没有检测电路，无法判断装置是否运行正常，获取高压电源系统的输入功率和输出端的放电功率，以至于无法实现电源输出端电压的调节，导致进行供电电源的放电功率大小、水雾射流速度、水-气混合比等物理参数与水处理的效果之间调节，因此，开发一种使用清洁能源、反应速率快的节能高效清洁的水处理装置确有必要。
【发明内容】
[0003]本发明所解决的技术问题是克服现有技术中的废水处理装置能耗大、运行成本高，无法自动调节，没有充分利用等离子体的降解功能的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
[0005]一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:包括水雾射流放电反应器、雾化喷嘴、压缩空气机、高压电源、废液池、液泵和水槽，所述水雾射流放电反应器通过支架固定在水槽上方，所述雾化喷`嘴位于水雾射流放电反应器的上方且输出端与水雾射流放电反应器相连接；所述雾化喷嘴设有液体和空气两路输入端，液体输入端连接供水管，并通过液泵与废液池相连通；空气输入端连接供气管，并通过高压电源与压缩空气机相连通；所述高压电源还与水雾射流放电反应器的电源输入端相连接；所述废液池还与水槽的进水口相连通。
[0006]前述的一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:所述雾化喷嘴的液体输入端与液泵之间在供水管上设有液体流量计，所述雾化喷嘴的空气输入端与高压电源之间在供气管上设有气体流量计；所述液体流量计采用电磁式流量计或转子流量计；所述气体流量计采用带有压力补偿的孔板流量计、小流量涡街流量计或V锥流量计。
[0007]前述的一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:所述液泵的供液端设有两条支路，一条支路通过第一阀门与废液池相连通，另一条支路通过第二阀门与水槽相连通。
[0008]前述的一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:水槽的出水口还
设有第三阀门。
[0009]前述的一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:所述压缩空气机与高压电源之间设有第四阀门。
[0010]前述的一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:所述雾化喷嘴包括喷嘴底座、固定螺帽和喷嘴，所述喷嘴通过固定螺帽安装在喷嘴底座上，所述喷嘴为锥形喷嘴；所述水雾射流放电反应器为圆筒形状的水雾射流放电反应器，包括圆筒状不锈钢材料制成的外电极B、位于外电极B的腔体内的电极A和位于外电极B内壁的一层石英玻璃管体，所述内电极A由两个直径不同的不锈钢球和不锈钢棒状材料构成，大直径的不锈钢球在上方，小直径的不锈钢球在下方，棒状不锈钢将两个不锈钢球焊接在一起。
[0011]前述的一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:所述雾化喷嘴包括喷嘴底座、固定螺帽和喷嘴，所述喷嘴通过固定螺帽安装在喷嘴底座上，所述喷嘴为扇形喷嘴；所述水雾射流放电反应器为扇形板状的水雾射流放电反应器，包括平板形状的电极B、带凸起弧形的电极A和位于电极B—侧的一层石英玻璃板体，所述带凸起弧形的电极A位于石英玻璃板体的上方。
[0012]使用在上述的水雾放电空气等离子体射流处理装置中的高压电源，其特征在于:包括EMI滤波及整流单元、功率因素校正单元、高压逆变单元、高压输出单元、输出电压及电流采样单元、输入电压及电流采样单元、电流检测电路、输出电流设定单元、气流监控电路和数据采集及控制单元，所述EMI滤波及整流单元外接市电，并依此连接功率因素校正单元、高压逆变单元、高压输出单元；所述EMI滤波及整流单元还通过输入电压及电流采样单元与数据采集及控制单元相连接；所述高压输出单元通过输出电压及电流采样单元与数据采集及控制单元相连接；所述高压逆变单元通过电流检测电路与数据采集及控制单元相连接；所述数据采集及控制单元还分别与功率因素校正单元、高压逆变单元、输出电流设定单元和气流监控电路相连接；所述输出电流设定单元通过电流检测电路与数据采集及控制单元相连接，形成电流检测回路；所述气流监控电路与输出电流设定单元相连接，所述气流监控电路设有压缩空气输入端和压缩空气输出端，用于将高压电源连接在水雾放电空气等离子体射流处理装置的供气管上。
[0013]前述的高压电源，其特征在于:还包括显示单元，所述显示单元与数据采集及控制单元相连接。
[0014]前述的高压电源，其特征在于:还包括显示单元，所述气流监控电路包括用于控制压缩空气机输出空气到雾化喷嘴的气流监控开关，所述气流监控开关包括通气管道和绝缘外壳，所述绝缘外壳位于通气管道的一侧，并与通气管道相连通；所述绝缘外壳内设有充气室，充气室的顶端有出气孔，出气孔的上方设有活动电极，所述活动电极与绝缘外壳的两壁之间设有气隙；所述活动电极还通过位于上方的软弹簧紧贴出气孔，软弹簧固定在绝缘外壳的顶部；所述活动电极的上方还设有两个电极触点，两个电极触点做为气流监控开关的输入端；在靠近出气端的通气管道内还设有空气挡板。
[0015]本发明的有益效果是:本发明的水雾放电空气等离子体射流处理装置，将待处理的水先雾化成细小的水珠和空气的混合物，在放电反应处理过程中有效提高放电产生的活性粒子(如高能电子、自由基、紫外线和臭氧)与水中有毒害物种(有机污染、重金属离子、病菌等)的碰撞频率，有效提高化学反应速率。可调整的水雾射流的水-气混合比和水雾射流流速，可以针对不同污染参数的水，调整其水雾射流在雾化反应器中产生的化学反应动力学是处于“扩散步骤控制”还是“活化步骤控制”，并最终将反应调整到“扩散步骤”与“反应速率”相近的参数点，从而实现水处理系统运行的最高效最节能状态，可以将被处理的水经过多次循环处理，最终达到排放的要求。高压电源的输入和输出端的电压和电流检测电路，有效获取高压电源系统的输入功率和输出端的放电功率，有效判断系统运行是否正常，也可实现输出端的放电功率大小、水雾射流速度、水-气混合比等物理参数与水处理的效果之间，开展水处理系统的进行最优化运行参数控制，具有良好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的水雾放电空气等离子体射流处理装置的结构示意图。
[0017]图2是本发明的雾化喷嘴实施例一的结构示意图。
[0018]图3是本发明的水雾射流放电反应器实施例一的结构示意图。
[0019]图4是本发明的雾化喷嘴实施例二的结构示意图。
[0020]图5是本发明的水雾射流放电反应器实施例二的结构示意图。
[0021]图6是本发明的高压电源的系统框图。
[0022]图7是本发明的EMI滤波及整流单元的电路图。
[0023]图8是本发明的功率因素校正单元的电路图。
[0024]图9是本发明的气流监控电路和输出电流设定单元的电路图。
[0025]图10是本发明的高压逆变单元的电路图。
[0026]图11是本发明的数据采集及控制单元的电路图。
[0027]图12是本发明的气流监控开关的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
[0029]如图1所示，本发明的水雾放电空气等离子体射流处理装置，将废水和压缩空气经过雾化喷嘴雾化后，在水雾射流放电反应器内产生放电，使用放电产生的高能电子、臭氧
(03)、紫外线(UV)、双氧水(H202)和自由基团(-H, -0H,.0)等活性物种直接包裹微小水珠，发生氧化、光解等协同作用，有效去除水中有机物等有毒害物质，具体包括水雾射流放电反应器1、雾化喷嘴2、压缩空气机3、高压电源4、废液池5、液泵6和水槽7，水雾射流放电反应器I通过支架8固定在水槽7上方，雾化喷嘴2位于水雾射流放电反应器I的上方，且输出端与水雾射流放电反应器I相连接；雾化喷嘴2设有液体和空气两路输入端，液体输入端连接供水管，并通过液泵6与废液池5相连通；空气输入端连接供气管，并通过高压电源4与压缩空气机3相连通；高压电源4还与水雾射流放电反应器的电源输入端相连接；废液池5与水槽7的进水口相连通；所述雾化喷嘴2的液体输入端与液泵6之间在供水管上设有液体流量计9，雾化喷嘴2的空气输入端与高压电源4之间在供气管上设有气体流量计10 ;所述液体流量计9采用电磁式流量计或转子流量计；所述气体流量计10采用带有压力补偿的孔板流量计、小流量涡街流量计或V锥流量计。
[0030]所述液泵6的供液端设有两条支路，一条支路通过第一阀门11与废液池5相连通，另一条支路通过第二阀门12与水槽7相连通，水槽7的出水口还设有第三阀门13 ;所述压缩空气机3与高压电源4之间设有第四阀门14。
[0031]穿过水雾射流放电反应器I的水雾射流的水-气混合比，通过调整液泵6的转速和第四阀门14的通量得到，具体量值从液体流量计9和气体流量计10中获得，其典型的水-气混合比为1:20到1:2之间可调；穿过水雾射流放电反应器I的水雾射流流速，通过调整液泵6的转速和第四阀门14的通量得到，具体实现穿过水雾射流放电反应器I内部放电区域的流速为1.0m/s~3.0m/s可调。
[0032]本发明的水雾放电空气等离子体射流处理装置的工作原理如下:高压电源4位于连接压缩空气机3和雾化喷嘴2的供气管中间，高压电源4能够检测到有气流通过时，启动高压输出通过高压电缆15给水雾射流放电反应器I供电，第四阀门14控制供气管内的气体流量；关闭第二阀门12和第三阀门13，打开第一阀门11和第四阀门14，将待处理的废液先放入废液池，启动液泵6和高压电源4，废液和压缩空气经过雾化喷嘴2转化为水雾后，在水雾射流放电反应器I内反应降解，经过一次放电反应降解的水雾在水槽7中收集；当废液池5中的废水处理完成后，关闭第一阀门11，开启第二阀门12，水槽7中的水通过液泵6再次循环注入雾化喷嘴2，并在水雾射流放电反应器I中循环处理；当废水处理完成时，关闭第二阀门12和第四阀门14，关闭液泵5和高压电源4，打开第三阀门13，排放出处理过的废水，其中雾化喷嘴2的压缩空气的输入过程为，压缩空气由供气管通过第四阀门14，先送入高压电源4，从高压电源4出来的压缩空气经过流量计10后送入雾化喷嘴2，当有压缩空气流过高压电源4时，高压电源4启动，水雾射流放电反应器I进入到放电工作状态；当压缩空气不通过或压缩空气压力较小时，高压电源4停止工作，水雾射流放电反应器I停止放电。
[0033]雾化喷嘴和水雾射流放电反应器的实施例一:
[0034]如图2所示，所述雾化喷嘴2包括喷嘴底座201、固定螺帽202和喷嘴203，喷嘴203通过固定螺帽202安装在喷嘴底座201上，喷嘴203为锥形喷嘴；如图3所示，水雾射流放电反应器I为圆筒形状的水雾射流放电反应器，包括圆筒状不锈钢材料制成的外电极B、位于外电极B的腔体内的电极A和位于外电极B内壁的一层石英玻璃管体C，内电极A由两个直径不同的不锈钢球和不锈钢棒状材料构成，大直径的不锈钢球在上方，小直径的不锈钢球在下方，棒状不锈钢将两个不`锈钢球焊接在一起。
[0035]雾化喷嘴2和水雾射流放电反应器I的实施例二:
[0036]如图4所示，所述雾化喷嘴2包括喷嘴底座201、固定螺帽202和喷嘴203，喷嘴
203通过固定螺帽202安装在喷嘴底座201上，所述喷嘴203为扇形喷嘴；如图5所示，所述水雾射流放电反应器I为扇形板状的水雾射流放电反应器，包括平板形状的电极B、带凸起弧形的电极A和位于电极B —侧的一层石英玻璃板体C，所述带凸起弧形的电极A位于石英玻璃板体C的上方。
[0037]水雾射流放电反应器I的放电电极之间的最小放电距离d与击穿电压Vb之间遵循帕邢定律，即:
Vb= —
[0038]
In丄
r
[0039]其中的A和B为常数，Vb为击穿电压，P为大气压强，d为放电间隙间距，Y为二次电子发射系数。
[0040]水雾射流放电反应器I的内侧放电区域类似于拉瓦尔喷管原理，截面积呈现“先缩小后扩张”的结构，水雾射流产生放电后，可以使水雾等离子体射流在扩张区域加速喷出，附着在放电电极内表面的水，具有两方面的作用，其一，是在放电条件下形成水放电电极，增强了放电处理效果；其二，是可以快速带走电极放电产生的热量，起到快速散热的作用，在实施例一和实施例二中，电极A和电极B分别使用高压电缆高压电源4上，在实施例二中，电极A和电极B侧面加装聚四氟乙烯挡板，实现电极间的绝缘和水雾散射阻挡作用，用Vg和V1分别表示空气和水的流量，用S表示放电区域横截面积，则水雾射流穿过反应器的放电区域的流速表达式为:
=
[0041]
【权利要求】
1.一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:包括水雾射流放电反应器、雾化喷嘴、压缩空气机、高压电源、废液池、液泵和水槽，所述水雾射流放电反应器通过支架固定在水槽上方，所述雾化喷嘴位于水雾射流放电反应器的上方且输出端与水雾射流放电反应器相连接；所述雾化喷嘴设有液体和空气两路输入端，液体输入端连接供水管，并通过液泵与废液池相连通；空气输入端连接供气管，并通过高压电源与压缩空气机相连通；所述高压电源还与水雾射流放电反应器的电源输入端相连接；所述废液池还与水槽的进水口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:所述雾化喷嘴的液体输入端与液泵之间在供水管上设有液体流量计，所述雾化喷嘴的空气输入端与高压电源之间在供气管上设有气体流量计；所述液体流量计采用电磁式流量计或转子流量计；所述气体流量计采用带有压力补偿的孔板流量计、小流量涡街流量计或V锥流量计。
3.根据权利要求1所述的一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:所述液泵的供液端设有两条支路，一条支路通过第一阀门与废液池相连通，另一条支路通过第二阀门与水槽相连通。
4.根据权利要求1所述的一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:水槽的出水口还设有第三阀门。
5.根据权利要求1所述的一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:所述压缩空气机与高压电源之间设有第四阀门。
6.根据权利要求1所述的一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:所述雾化喷嘴包括喷嘴底座、固定螺帽和喷嘴，所述喷嘴通过固定螺帽安装在喷嘴底座上，所述喷嘴为锥形喷嘴；所述水 雾射流放电反应器为圆筒形状的水雾射流放电反应器，包括圆筒状不锈钢材料制成的外电极B、位于外电极B的腔体内的电极A和位于外电极B内壁的一层石英玻璃管体，所述内电极A由两个直径不同的不锈钢球和不锈钢棒状材料构成，大直径的不锈钢球在上方，小直径的不锈钢球在下方，棒状不锈钢将两个不锈钢球焊接在一起。
7.根据权利要求1所述的一种水雾放电空气等离子体射流处理装置，其特征在于:所述雾化喷嘴包括喷嘴底座、固定螺帽和喷嘴，所述喷嘴通过固定螺帽安装在喷嘴底座上，所述喷嘴为扇形喷嘴；所述水雾射流放电反应器为扇形板状的水雾射流放电反应器，包括平板形状的电极B、带凸起弧形的电极A和位于电极B—侧的一层石英玻璃板体，所述带凸起弧形的电极A位于石英玻璃板体的上方。
8.一种使用在权利要求1所述的水雾放电空气等离子体射流处理装置中的高压电源，其特征在于:包括EMI滤波及整流单元、功率因素校正单元、高压逆变单元、高压输出单元、输出电压及电流采样单元、输入电压及电流采样单元、电流检测电路、输出电流设定单元、气流监控电路和数据采集及控制单元，所述EMI滤波及整流单元外接市电，并依此连接功率因素校正单元、高压逆变单元、高压输出单元；所述EMI滤波及整流单元还通过输入电压及电流采样单元与数据采集及控制单元相连接；所述高压输出单元通过输出电压及电流采样单元与数据采集及控制单元相连接；所述高压逆变单元通过电流检测电路与数据采集及控制单元相连接；所述数据采集及控制单元还分别与功率因素校正单元、高压逆变单元、输出电流设定单元和气流监控电路相连接；所述输出电流设定单元通过电流检测电路与数据采集及控制单元相连接，形成电流检测回路；所述气流监控电路与输出电流设定单元相连接，所述气流监控电路设有压缩空气输入端和压缩空气输出端，用于将高压电源连接在水雾放电空气等离子体射流处理装置的供气管上。
9.根据权利要求8所述的高压电源，其特征在于:还包括显示单元，所述显示单元与数据采集及控制单元相连接。
10.根据权利要求8所述的高压电源，其特征在于:还包括显示单元，所述气流监控电路包括用于控制压缩空气机输出空气到雾化喷嘴的气流监控开关，所述气流监控开关包括通气管道和绝缘外壳，所述绝缘外壳位于通气管道的一侧，并与通气管道相连通；所述绝缘外壳内设有充气室，充气室的顶端有出气孔，出气孔的上方设有活动电极，所述活动电极与绝缘外壳的两壁之间设有气隙；所述活动电极还通过位于上方的软弹簧紧贴出气孔，软弹簧固定在绝缘外壳的顶部；所述活动电极的上方还设有两个电极触点，两个电极触点做为气流监控开关的输入端；在靠近出气端的通气`管道内还设有空气挡板。
【文档编号】H02M5/458GK103482735SQ201310408027
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】陈秉岩, 盛蕴霞, 黎正, 韩燕 , 朱昌平, 费峻涛, 何贞斌, 高莹, 张旭岑, 王斌, 单鸣雷, 张晓花 申请人:河海大学常州校区, 常州市新理念超声波设备有限公司