专利名称：沿面谐振脉冲放电等离子体液体杀菌消毒方法
技术领域：
本发明涉及水处理及消毒灭菌技术领域。
背景技术
随着环境的不断恶化，由环境中微生物引起的污染日益增多，给整个生态环境和 人类健康带来了潜在的危害。饮用水，食品医药工业用水，液态食品等直接关系到人体的健 康，必须进行严格的消毒灭菌。城市生活污水，医疗系统废水，工业废水等引起的微生物污 染则可能导致传染病的大规模爆发，必须进行微生物的控制。有些工业循环用水污染微生 物后还会对设备造成腐蚀，或改变水体的物理化学性质，影响工业生产。船舶压载水的处理 不当还会引起微生物物种入侵。
目前液体消毒的主要方法是投加化学消毒剂，如饮用水常用的氯化消毒法，存在 化学物质的残留和有害消毒副产物的问题。臭氧消毒日益普遍，但价格昂贵，且只能现场生 产。紫外线消毒主要用于气体的杀菌，紫外线消毒对液体的澄清度有较高要求，并受水中具 有紫外吸收的化学物质的影响，且紫外线在液体中穿透力有限。膜过滤的方式也能滤除部 分微生物，但微生物没有被杀死，还会继续在膜上繁殖，存在较大的潜在危险。
低温等离子体杀菌技术是是目前新型的液体非热杀菌技术之一，结合了自由基、 臭氧、过氧化氢、紫外线辐射、强电磁场等多重物理化学杀菌因素，同时破坏细胞体和遗传 物质，具有快速高效和无残留等特点，并能同时分解液体中的多种微量有机污染物。
目前的高电压脉冲放电低温等离子体液体杀菌消毒方法，由于任何单个反应器都 无法同脉冲电源实现理想的匹配，所以在脉冲放电时只有部分能量通过等离子体注入反应 器用于液体处理，造成能量利用率偏低，而且其余能量由于反应器的容性储存在反应器中， 并反向充电回脉冲电源，对脉冲电源造成损坏。发明内容
本发明的目的在于提供一种高效的沿面谐振脉冲放电等离子体液体杀菌消毒方 法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是通过磁开关将脉冲电源和直流电 源连接，在所述脉冲电源和磁开关之间连接第一高压电极，在所述直流电源和磁开关之间 连接第二高压电极，将第一高压电极和第二高压电极置于待处理液体的液面的上方，所述 第一高压电极、第二高压电极与所述待处理液体的液面的距离>0，待处理液体接地作为地 电极；由所述脉冲电源单独供电，或由所述脉冲电源叠加直流电源供电，使得在第一高压电 极、第二高压电极与待处理液体的液面之间分别产生一段低温等离子体，对待处理液体进 行杀菌消毒。
进一步地，本发明可向所述待处理液体中通入气体和/或加入液相催化剂。
进一步地，本发明所述气体为空气、惰性气体、氧气中的任一种或任几种的组合。
进一步地，本发明所述液相催化剂为纳米金、纳米银、碳纳米管、二氧化钛等中的任一种或任几种的组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是脉冲电源提供的脉冲能量一部分在第一 高压电极与待处理液体之间形成一段等离子体，另一部分脉冲能量通过磁开关的谐振作用 转移到第二高压电极，从而在第二高压电极与待处理液体之间再形成一段等离子体，使得 能量得以充分利用，使杀菌速度和效率大大提高，同时，也避免了脉冲电源的损坏。由脉冲 电源叠加直流电源供电时，在直流基压的基础上，叠加一定频率的脉冲电压，可以在同样功 率下获得更好的等离子体效果，或在产生同样效果的情况下，放电电压大幅度下降，对电子 元器件的要求降低，能耗也相应下降。
图1脉冲谐振放电等离子体液体杀菌消毒方法示意图。
其中，1.脉冲电源，2.直流电源，3.谐振磁开关，4第一高压电极，5.第二高压电 极，6.待处理液体。
具体实施方式
如图1所示，本发明沿面谐振脉冲放电等离子体液体杀菌消毒方法是将脉冲电源 1和直流电源2通过谐振磁开关3连接，在脉冲电源1和谐振磁开关3之间连接第一高压 电极4，在直流电源2和谐振磁开关3之间连接第二高压电极5，将第一高压电极4和第二 高压电极5置于待处理液体6的液面的上方，待处理液体6接地作为地电极，第一高压电极 4、第二高压电极5与待处理液体6的液面的距离> 0，待处理液体接地作为地电极；由脉冲 电源单独供电，或由所述脉冲电源叠加直流电源供电，使得在第一高压电极4、第二高压电 极5与待处理液体6的液面之间产生两段低温等离子体，从而对待处理液体进行净化处理。
本发明可采取不同的操作电压、脉冲波形及频率、谐振磁开关参数、以及高压电极 到液面的不同距离，在数秒至数分钟的短时间内有效地杀灭待处理液体中的微生物。在待 处理液体中鼓入气体和/或使用液相催化剂可提高杀菌效率。其中，气体催化剂可以是空 气、惰性气体、氧气中的任一种或任几种的组合；液相催化剂可以是纳米金、纳米银、碳纳米 管、二氧化钛等中的任一种或任几种的组合。本发明通过调节等离子体功率、等离子体处理 时间和待处理液体的流速，可净化处理不同特性的液体。
以下以具体实施例进一步说明本发明的技术方案及其技术效果。
实施例1:
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀 菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源单独供电，脉冲峰值 电压为15KV，脉冲频率为2pps，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离为3mm，静止 处理2L水，细菌初始浓度为106cfu/mL，处理时间为lmin，结果显示，水中的细菌杀死率为 99. 5%。
实施例2:
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀 菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源单独供电，脉冲峰值电 压为15KV，脉冲频率为20pps，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离为3mm，水体流速为2L/min，细菌初始浓度为106fu/mL，2L/min水流从电极下流过时，处理时间为10s，结 果显示，水中的细菌杀死率为99.9%。
实施例3:
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀 菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源单独供电，脉冲峰值电 压为20KV，脉冲频率为15pps，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离为4mm，水体流 速为lL/min，细菌初始浓度为105cfu/mL，lL/min水流从电极下流过，同时在水中通入2L/ min的空气，处理时间为10s，结果显示，水中的细菌杀死率为99. 99%。
实施例4
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀 菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源单独供电，脉冲峰值 电压为10KV，脉冲频率为30pps，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离为2mm，水体 流速为4L/min，细菌初始浓度为105cfu/mL，4L/min水流从电极下流过时，同时在水中通入 2L/min的氧气，处理时间为3s，结果显示，水中的细菌杀死率为99. 95%。
实施例5
以水为待处理液体，以酿酒酵母为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法 (HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源单独供电，脉冲峰值电压为25KV，脉冲频率为 lOpps，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离为5mm，水体流速为3L/min，细菌初始 浓度为105cfu/mL，3L/min水流从电极下流过，同时在水中通入lL/min的氦气，处理时间为 4s，结果显示，水中的酵母菌杀死率为99. 93%。
实施例6
以水为待处理液体，以枯草芽孢杆菌为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数 法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源单独供电，脉冲峰值电压为30KV，脉冲频率 为5pps，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离均为6mm，水体流速为5L/min，细菌 初始浓度为107cfu/mL，5L/min水流从电极下流过，同时通入4L/min的体积比为1比1的 氦气与氧气的混合气体，处理时间为2s，结果显示，水中的细菌杀死率为99. 98%。
实施例7
以牛奶为待处理液体，以乳酸杆菌为杀灭对象进行液体杀菌试验，用平板计数法 (HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源单独供电，脉冲峰值电压为40KV，脉冲频率为 lpps，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离为8mm，液体流速为lL/min，细菌初始 浓度为104cfu/mL，lL/min牛奶从电极下流过，电极下方加入固定化纳米金催化剂lg，处理 时间为10s，结果显示，牛奶中的细菌杀死率为99.9%。
实施例8:
以水为待处理液体，以酿酒酵母为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法 (HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源单独供电，脉冲峰值电压为50KV，脉冲频率为 lpps，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离为12mm，水体流速为5L/min，细菌初始 浓度为104cfu/mL，5L/min水流从电极下流过，电极下方加入固定化纳米银催化剂0. 5g，处 理时间为5s，结果显示，水中的细菌杀死率为99. 7%。
实施例9
以海水为待处理液体，以小球藻为杀灭对象进行水体杀菌试验，用分光光度法和 血球计数法检测杀藻前后的变化。由脉冲电源单独供电，脉冲峰值电压为25KV，脉冲频率为 4pps，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离为3mm，水体流速为2L/min，小球藻初 始浓度为IO5个/mL，2L/min水流从电极下流过，电极下方加入固定化碳纳米管催化剂2g， 处理时间为20s，结果显示，水中的小球藻杀死率为99. 99%。
实施例10
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀 菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源单独供电，脉冲峰值电 压为10KV，脉冲频率为30pps，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离为2mm，水体流 速为3L/min，细菌初始浓度为105cfu/mL，3L/min水流从电极下流过时，电极下方加入固定 化二氧化钛催化剂3g，处理时间为2s，结果显示，水中的细菌杀死率为99. 99%。
实施例11
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀 菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源单独供电，脉冲峰值 电压为15KV，脉冲频率为20pps，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离为3mm，水 体流速为3L/min，细菌初始浓度为105cfu/mL，3L/min水流从电极下流过，电极下方加入固 定化二氧化钛和碳纳米管催化剂各0. 5g，处理时间为2s，结果显示，水中的细菌杀死率为 99. 94%。
实施例12
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀 菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源单独供电，脉冲峰值电 压为15KV，脉冲频率为20pps，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离为3mm，水体流 速为lL/min，细菌初始浓度为105cfu/mL，lL/min水流从电极下流过，电极下方加入固定化 二氧化钛催化剂lg，同时在水中通入2L/min的氧气，处理时间为6s，结果显示，水中的细菌 杀死率为100%。
实施例13
以水为待处理液体，以消毒学指示菌大肠杆菌ATCC25922为杀灭对象进行水体杀 菌试验，用平板计数法(HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源和直流电源叠加供电， 脉冲电源单峰值电压为5KV，脉冲频率为lOpps，直流电源为5KV，控制第一高压电极、第二 高压电极到水面距离为5mm，水体流速为3L/min，细菌初始浓度为105cfu/mL，3L/min水流 从电极下流过，处理时间为2s，结果显示，水中的细菌杀死率为99. 92%。
实施例14
以水为待处理液体，以酿酒酵母为杀灭对象进行水体杀菌试验，用平板计数法 (HPC)检测杀菌前后菌落的变化。由脉冲电源和直流电源叠加供电，脉冲电源单峰值电压 为5KV，脉冲频率为lOpps，直流电源为5KV，控制第一高压电极、第二高压电极到水面距离 为5mm，水体流速为3L/min，酿酒酵母初始浓度为105cfu/mL，3L/min水流从电极下流过，处 理时间为2s，结果显示，水中的细菌杀死率为99. 95%。
权利要求
1.一种沿面谐振脉冲放电等离子体液体杀菌消毒方法，其特征在于通过磁开关将脉 冲电源和直流电源连接，在所述脉冲电源和磁开关之间连接第一高压电极，在所述直流电 源和磁开关之间连接第二高压电极，将第一高压电极和第二高压电极置于待处理液体的液 面的上方，所述第一高压电极、第二高压电极与所述待处理液体的液面的距离>0，待处理 液体接地作为地电极；由所述脉冲电源单独供电，或由所述脉冲电源叠加直流电源供电，使 得在第一高压电极、第二高压电极与待处理液体的液面之间分别产生一段低温等离子体， 对待处理液体进行杀菌消毒。
2.根据权利要求1所述的沿面谐振脉冲放电等离子体液体杀菌消毒方法，其特征在 于向所述待处理液体中通入气体和/或加入液相催化剂。
3.根据权利要求2所述的沿面谐振脉冲放电等离子体液体杀菌消毒方法，其特征在 于所述气体为空气、惰性气体、氧气中的任一种或任几种的组合。
4.根据权利要求2所述的沿面谐振脉冲放电等离子体液体杀菌消毒方法，其特征在 于所述液相催化剂为纳米金、纳米银、碳纳米管、二氧化钛等中的任一种或任几种的组合。
全文摘要
本发明公开一种沿面谐振脉冲放电等离子体液体杀菌消毒方法，它是通过磁开关将脉冲电源和直流电源连接，在所述脉冲电源和磁开关之间连接第一高压电极，在所述直流电源和磁开关之间连接第二高压电极，将第一高压电极和第二高压电极置于待处理液体的液面的上方，所述第一高压电极、第二高压电极与所述待处理液体的液面的距离＞0，待处理液体接地作为地电极；由所述脉冲电源单独供电，或由所述脉冲电源叠加直流电源供电，使得在第一高压电极、第二高压电极与待处理液体的液面之间分别产生一段低温等离子体，对待处理液体进行杀菌消毒。本发明能够快速高效地杀灭液体中的细菌、病毒、寄生虫、藻类等微生物。
文档编号C02F1/50GK102040265SQ20101053668
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者徐羽贞, 郑超, 闫克平 申请人:浙江大学