专利名称：一种用于废水处理的脉冲液相等离子体电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于废水处理的脉冲液相等离子体电源装置。
背景技术：
针对目前工业生产中所排放的大量工业废水，其种类繁多，成分复杂，化学需氧量(COD)浓度高，可生化性差，有毒有害等特点，采用常规物化或生化处理技术已很难有效地控制与治理。因此，高级氧化技术成为当今处理难生物降解及有毒有害工业废水的新技术和新方法。
高级氧化技术利用各种活性自由基攻击工业废水中的大分子有机物，破坏其分子结构，从而使有机废水得以降解。但是，由于高级氧化技术存在反应条件苛刻、选择性差、成本高等缺点，致使其在进一步推广上具有一定的局限性和适应范围。最近，一种新型的高级氧化技术，液相电脉冲技术由于高压脉冲放电在电子传输过程能量释放的多样性和其在环境污染治理方面的应用引起了广泛的关注。
液相电脉冲技术一般采用高压脉冲电源形成等离子体，它集合高能电子辐射、湿式氧化、化学氧化、光催化氧化等高级氧化技术于一体，系统不需要外加氧化剂，反应体系无需辅以高温、高压或外加光源等技术手段，是一种全新概念的污水处理新技术。水中高压脉冲放电电压上升时间短(＜100ns)，脉冲宽度窄(＜200ns)，因而可以在不使电场内的离子加速的情况下，单使电子加速，从而形成无需屏蔽的高能自由电子，这些高能自由电子将促使有机物的激发裂解或电离。这一过程同时具有物理效应和化学效应，物理效应可形成紫外光和冲击波，其强度取决于放电的能量；化学效应主要促使活性物质的形成，如OH·、O·、H2O2、O3等各种活性自由基，因而高压脉冲放电处理废水可利用放电形成的紫外光、冲击波以及活性自由基，形成高能电子、紫外线、臭氧等多因素的协同降解作用，增强处理效果，是集光、电、化学氧化于一体的新型水处理技术。
目前研发简易、易控和安全的高压脉冲电源是液相电脉冲技术的实际应用与开发核心问题。而国内外大多数用由电子电路控制的触发开关或闸流管开关产生高压脉冲放电，设备昂贵，电源器件(特别如触发开关或闸流开关)容易损耗。另外，电子电路控制系统复杂，容易出现电路故障。从而限制了液相电脉冲技术的实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，设备投资和运行费用低的用于废水处理的脉冲液相等离子体电源装置。
本发明的用于废水处理的脉冲液相等离子体电源装置，主要包括可调升压变压器、整流滤波电路、单向硅、限流电阻、旋转空气隙触发开关、脉冲形成电容和两个放电电极，其中旋转空气隙触发开关具有第一触点、第二触点和第三触点，可调升压变压器的输出端接整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的高电位输出端与单向硅的正极相连，单向硅的负极和限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端与旋转空气隙触发开关的第一触点连接，旋转空气隙触发开关的第二触点与脉冲形成电容的一端相连，旋转空气隙触发开关的第三触点与一个放电电极连接，另一个放电电极与脉冲形成电容的另一端及整流滤波电路的接地端共接。
上述的旋转空气隙触发开关由绝缘筒、八个金属球和与八个金属球处于同一平面的旋转金属棒组成，八个金属球均布固定于绝缘筒的内壁，其中错位间隔的两对金属球中的两个金属球构成第一触点，另两个金属球构成第三触点，与错位间隔的四个金属球相对应的另四个金属球构成第二触点，旋转金属棒的两端与八个金属球之间的间隙在1-2mm之间。
本装置使用时，工频交流电经可调升压变压器升至20-30千伏后，由整流滤波电路和单向硅产生单向直流高压，利用旋转空气隙触发开关作为脉冲放电触发开关，对高压脉冲形成电容实施充放电，在一对电极上形成高频率脉冲电压，产生冷等离子体，在水体中激发产生活性物质，降解去除废水中的污染物。本装置结构简单，通过调节升压变压器电压、旋转空气隙触发开关中旋转金属棒的转速，及其与八个金属球之间的间隙，可以控制脉冲峰值电压、脉冲放电频率和脉冲起始电压，较大地降低液相电脉冲技术的设备投资和运行费用，开辟高压脉冲液相等离子体电源的实际应用前景，对于液相电脉冲技术的发展有着十分重要的意义。
图1是脉冲液相等离子体电源装置的电路图；图2是旋转空气隙触发开关结构示意图；图中，1为电动机，2为导线，3为绝缘转轴，4为直流稳压稳流电源，5为旋转金属棒，6为支撑铜铃球的绝缘筒壁，7-14分别为旋转空气隙开关的触点。
图3是本装置产生的脉冲电压波形图。
具体实施例方式
参照图1，用于废水处理的脉冲液相等离子体电源装置主要包括可调升压变压器T、整流滤波电路D、单向硅D1、限流电阻R、旋转空气隙触发开关Q、脉冲形成电容C2和两个放电电极H和G，其中旋转空气隙触发开关Q具有第一触点K1、第二触点K2和第三触点K3，可调升压变压器T的输出端接整流滤波电路D的输入端，整流滤波电路D的高电位输出端与单向硅D1的正极相连，单向硅D1的负极和限流电阻R的一端相连，限流电阻R的另一端与旋转空气隙触发开关的第一触点K1连接，旋转空气隙触发开关的第二触点K2与脉冲形成电容C2的一端相连，旋转空气隙触发开关的第三触点K3与一个放电电极H连接，另一个放电电极G与脉冲形成电容C2的另一端及整流滤波电路D的接地端共接。
旋转空气隙触发开关见图2所示，旋转空气隙触发开关由绝缘筒6、八个金属球和与八个金属球处于同一平面的旋转金属棒5组成，绝缘筒可以采用聚氟乙烯塑料圆筒，八个金属球均布于绝缘筒的内壁，图示实例中，采用将八个铜铃球焊接到金属杆上，并螺旋固定于绝缘筒壁，其中错位间隔的两对铜铃球中的两个铜铃球9、11构成第一触点K1，另两个铜铃球10、12构成第三触点K3，与错位间隔的四个铜铃球相对应的另四个铜铃球13、7、14、8构成第二触点K2，此例中，在旋转金属棒的两端分别连接有铜铃球，旋转金属棒的铜铃球与八个铜铃球之间的间隙在1-2mm之间。为了实现空气火花放电的稳定性，通常使旋转金属棒5两端的铜铃球与八个铜铃球的大小相同。旋转空气隙触发开关中的旋转金属棒5的中心与位于绝缘筒轴线的直流电动机的绝缘轴3相连，直流电动机与直流稳压稳流电源4电连接。
本装置实施过程中，打开直流稳压稳流电源4使旋转空气隙触发开关中的旋转金属棒5旋转，改变旋转空气隙触发开关的转速(0-700r/min)，可实现脉冲放电频率(50Hz-200Hz)。在工频交流下，调节升压变压器T的电压，产生上升前沿为100ns左右的放电脉冲，脉冲峰值电压达到10-40KV，脉冲初始电压为100-400V。本脉冲液相放电等离子体电源装置自身消耗的功率仅10W左右，总出入功率可达700W左右，有效功率可达90％以上。
实例1采用旋转空气隙触发开关，升压变压器升至19.4KV时，水体中放电电极间距为2mm，水体电导率为40.35us/cm时，高压液电体系放电电极的电压波形通过Lecroy公司LT264数字存储式示波器和150-GL/5k高压探头(1/5000)测量的电压波形图如图3所示。脉冲波上升前沿为103ns左右，脉冲峰值电压达到22.1KV，脉冲初始电压为115.1V。
实例2利用高压脉冲液相放电电源处理含有难生物降解及持久性有机污染物(POPs)和印染废水，采用旋转空气隙触发开关和针一板式电极反应器，溶液体积为200mL，电极间距为2mm，实验条件和测试数据及结果如表1所示，此装置用于废水处理，具有较高的污染物去除效率。
表1
权利要求
1.用于废水处理的脉冲液相等离子体电源装置，其特征在于主要包括可调升压变压器(T)、整流滤波电路(D)、单向硅(D1)、限流电阻(R)、旋转空气隙触发开关(Q)、脉冲形成电容(C2)和两个放电电极(H、G)，其中旋转空气隙触发开关(Q)具有第一触点(K1)、第二触点(K2)和第三触点(K3)，可调升压变压器(T)的输出端接整流滤波电路(D)的输入端，整流滤波电路(D)的高电位输出端与单向硅(D1)的正极相连，单向硅(D1)的负极和限流电阻(R)的一端相连，限流电阻(R)的另一端与旋转空气隙触发开关的第一触点(K1)连接，旋转空气隙触发开关的第二触点(K2)与脉冲形成电容(C2)的一端相连，旋转空气隙触发开关的第三触点(K3)与一个放电电极(H)连接，另一个放电电极(G)与脉冲形成电容(C2)的另一端及整流滤波电路(D)的接地端共接。
2.根据权利要求1所述的脉冲液相等离子体电源装置，其特征在于旋转空气隙触发开关由绝缘筒(6)、八个金属球和与八个金属球处于同一平面的旋转金属棒(5)组成，八个金属球均布固定于绝缘筒的内壁，其中错位间隔的两对金属球中的两个金属球(9、11)构成第一触点(K1)，另两个金属球(10、12)构成第三触点(K3)，与错位间隔的四个金属球相对应的另四个金属球(13、7、14、8)构成第二触点(K2)，旋转金属棒的两端与八个金属球之间的间隙在1-2mm之间。
3.根据权利要求2所述的脉冲液相等离子体电源装置，其特征在于旋转空气隙触发开关中的旋转金属棒(5)的中心与位于绝缘筒轴线的电动机的绝缘轴(3)相连。
4.根据权利要求2所述的脉冲液相等离子体电源装置，其特征在于旋转金属棒(5)的两端具有金属球，该金属球与八个金属球大小相同。
全文摘要
本发明涉及一种用于废水处理的脉冲液相等离子体电源装置，主要包括可调升压变压器、整流滤波电路、单向硅、限流电阻、旋转空气隙触发开关、脉冲形成电容和两个放电电极。本装置利用工频交流电产生单向直流高压，采用旋转空气隙触发开关在一对电极上产生高频率脉冲电压，产生冷等离子体，在水体中激发产生活性物质，降解去除废水中的污染物。本装置结构简单，运行费用较低，可调控脉冲峰值电压、脉冲放电频率和脉冲起始电压，作为高压脉冲等离子体电源应用于环境保护以及化工领域水体中有毒有害难降解污染物的控制与治理。
文档编号C02F1/46GK1673103SQ20051004945
公开日2005年9月28日 申请日期2005年3月24日 优先权日2005年3月24日
发明者雷乐成, 周明华, 郝小龙 申请人:浙江大学