通過在液體容積中產(chǎn)生電暈放電來處理液體的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種通過在液體容積中產(chǎn)生電暈放電來處理液體的方法，其中，對位 于液體容積中的電極設備施加高壓脈沖。
[0002] 本發(fā)明還涉及一種通過在液體容積中產(chǎn)生電暈放電來處理液體的裝置，其中，所 述裝置包括具有至少一個陰極和至少一個與陰極有一定距離地布置的陽極的電極設備以 及用于產(chǎn)生高壓脈沖的高壓單元，其中，所述高壓單元與所述電極設備相連，以對至少一個 陽極施加高壓脈沖，并且其中，所述電極設備被設計用于在至少一個陰極和至少一個陽極 之間的空間中容納要處理的液體。
【背景技術】
[0003] 為了對液體、特別是飲用水、工業(yè)用水和廢水進行清潔、消毒和/或凈化，已知使 用等離子體處理。在此，等離子體不僅可以在液體容積外部以氣態(tài)相被產(chǎn)生，然后與氣體一 起被引入液體容積中。而是，可以在液體容積本身中通過產(chǎn)生電暈放電來產(chǎn)生用于液體處 理的等離子體。
[0004] M.A.Malik,Y.Minamitani，S.Xiao,J.F.Kolb和Κ·H.Schoenbach:Streamersin WaterFilledWire-CylinderandPacked-BedReactors,in:IEEETransactionson PlasmaScience，Vol. 33,No. 2,April2005，第 490-491 頁公開了電暈放電在水體積中的 產(chǎn)生。在此，描述了在高達90千伏的高壓下具有500納秒（FWHM)的脈沖持續(xù)時間的高壓 脈沖，其具有80至150納秒的脈沖上升時間和400納秒的脈沖下降時間。在等離子體通道 中，產(chǎn)生諸如過氧化氫和氫氧化物的活性種，但是由于其短暫的壽命而不能在液體容積中 充分地與要處理的污染物相互作用。通過用具有3至5mm的直徑的硅膠珠（硅膠球）填充 液體容積，在反應器體積中獲得更均勻的等離子體分布。
[0005] 從M.A.Malik:WaterPurificationbyPlasmas:WhichReactorsareMost EnergyEfficient?，in:PlasmaChemPlasmaProcess(2010)30:21_31 中已知，其中以氣 相形成等離子體并且噴灑要處理的液體溶液的脈沖驅動的反應器非常有效。
[0006] Z.Machala,B.Tarabova,M.Pilach,K.Hensel,M.Jander,E.Spetlikova, P.Lukes：PlasmaAgentsinWaterandSurfaceDecontamination,in:NATO AdvancedResearchWorkshop,PlasmaforBio-Decontamination,MedicineandFood Security,Jasna,Slovakia,March15-18,2011，Ed.KarolHensel和ZdenkoMachala,第 45-46頁描述了在大氣壓力下用高壓放電對水和表面的生物凈化。將要處理的水噴射到由 此產(chǎn)生的冷等離子體中。被污染的水直接流過空心的針形電極，由此流過等離子體活性區(qū)。 該冷的大氣壓等離子體利用具有納秒范圍內的脈沖持續(xù)時間的重復脈沖產(chǎn)生。
[0007] 從W0 97/37938A1中已知，在液體容積外部產(chǎn)生氧化的氣態(tài)等離子體，并且作為 等離子體氣體流引入要處理的液體容積中。
[0008] W0 2009/006993A2公開了一種通過高壓脈沖技術對被細菌污染的液體進行消毒 的反應器和其方法。在能夠施加高壓電勢的電極上有一陶瓷層。在此，使用具有大于100 納秒的脈沖持續(xù)時間、優(yōu)選200至300納秒的脈沖持續(xù)時間的高壓脈沖，其中，高壓脈沖的 上升時間小于100納秒。

【發(fā)明內容】

[0009]由此出發(fā)，本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種通過在液體容積中產(chǎn)生電暈放 電來處理液體的改進的方法和改進的裝置，其中，對位于液體容積中的電極設備施加高壓 脈沖。
[0010] 上述技術問題通過具有權利要求1的特征的方法和具有權利要求7的特征的裝置 來解決。在從屬權利要求中描述了有利實施方式。
[0011] 借助于具有50至400納秒范圍內的脈沖持續(xù)時間的非常短的高壓脈沖，特別是借 助于1至40納秒范圍內的高壓脈沖的非常短的脈沖上升時間，在幾乎整個流體體積中實現(xiàn) 了非常有效的液體處理。非常短的脈沖上升時間產(chǎn)生明顯更大的沖擊波，并且使能量快速 傳遞到電極，由此產(chǎn)生更有效的反應化學過程。通過具有非常陡的邊沿的非常短的高壓脈 沖，減小了對陰極的電暈放電擊穿的危險。此外，確保盡可能少的能量被浪費用于等離子體 和液體的加熱。
[0012] 通過50至400納秒范圍內的脈沖持續(xù)時間中的1至40納秒范圍內的非常短的 脈沖上升時間，在電暈放電中實現(xiàn)具有非常高的電流尖峰和明顯更短的脈沖時間的電流脈 沖。在大約250納秒（FWHM)的脈沖持續(xù)時間的情況下，例如獲得大約100納秒的電流周期， 其中，電流脈沖顯著衰減。由此，短高壓脈沖的陡峭的上升沿產(chǎn)生非常短并且尖銳的電流脈 沖，其結果是，液體容積中的液體處理非常有效。
[0013] 脈沖重復率優(yōu)選處于10至1000赫茲范圍內。兩個連續(xù)的高壓脈沖之間的靜止時 間應當比高壓脈沖的脈沖長度長。由此確保所產(chǎn)生的等離子體最初逐漸消失。
[0014] 脈沖重復率優(yōu)選處于50至150赫茲范圍內。
[0015] 高壓脈沖的電壓幅值應當大于50千伏，優(yōu)選處于50至200千伏的范圍內，特別優(yōu) 選高達200千伏。在該范圍內，能夠實現(xiàn)電暈放電，其能量基本上轉換到可用于處理液體的 化學和物理反應中，而不會出現(xiàn)對陰極的電荷擊穿的顯著危險，并且不會將能量無用地傳 遞到對液體的加熱中。但是在該范圍內，也確保產(chǎn)生的電流脈沖具有足夠的幅值。
[0016] 特別有利的是，電極設備具有多個陽極，其中，交替地對陽極或陽極組施加高壓脈 沖。以這種方式，能夠確保電暈放電在液體容積中的大面積分布。在對一個陽極或一個陽 極組施加高壓脈沖之后，能夠利用衰減時間，以對另一個陽極或者另一個陽極組施加高壓 脈沖，而在那里形成的電暈放電不會被先前施加高壓脈沖的另一個陽極或陽極組的范圍內 的衰減階段影響。由此，能夠非常有效地在小的時間窗內利用電暈放電交替地一個接一個 地對液體容積的不同的空間范圍進行處理。
[0017] 在這種類型的裝置中，為了執(zhí)行所述方法，設置為，高壓單元被構造為產(chǎn)生具有1 至40納秒范圍內的脈沖上升時間并且具有50至400納秒范圍內的脈沖持續(xù)時間的高壓脈 沖。
[0018] 在此，還有利的是，高壓單元被構造為產(chǎn)生具有10至1000赫茲范圍內、優(yōu)選50至 150赫茲范圍內的脈沖重復率的高壓脈沖。
[0019] 此外，特別有利的是，高壓單元被構造為產(chǎn)生具有大于5千伏的電壓幅值、優(yōu)選具 有50至200千伏范圍內、優(yōu)選50至200千伏范圍內、特別優(yōu)選高達200千伏的電壓幅值的 高壓脈沖。
[0020] 特別有利的是，電極設備具有多個陽極。在此，高壓單元連接到陽極，并且優(yōu)選被 構造為對陽極或者選擇的陽極組交替地施加高壓脈沖。由此，能夠在時間上一個接一個地 對在空間上彼此間隔開的陽極進行施加。以時間移位的方式交替地被施加的陽極或陽極組 在此優(yōu)選以在空間上彼此移位的方式布置為，同時被施加的陽極的電暈放電不被由于在先 前被施加的陽極上的先前的電暈放電的衰減行為影響。
[0021] 任選地可以想到，對多個陽極同步、即同時施加高壓脈沖。
[0022] 特別有利的是，電極設備的至少一個陽極被布置為能圍繞旋轉軸轉動。在此，設置 驅動單元，