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物理农业

物理农业与无毒农业

 
 
 

日志

 
 

农用等离子体发生器及其用途  

2011-01-02 00:20:39|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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        一、概念:

        等离子体是不同于气态、固态、液态的第四态物质,由高能电子、正负离子、自由基(OH、H、O、O3等)和中性粒子等组成。在一般情况下,低温等离子体表面处理可以采用低气压等离子体技术,但由于要使用真空系统,常常具有很大的局限性,也使得花费过大。常压等离子体技术使表面处理变得简单而便宜。常压等离子体产生的方法有:一是电晕放电等离子体,二是冷弧放电等离子体,三是射频放电等离子体(包括同轴型和平板多孔型),四是介质阻挡放电等离子体。其中射频放电须用氦气工作,无法广泛应用;电晕和介质阻挡放电会产生大量臭氧,污染使用环境。因此,冷弧空气等离子体处理是最便宜、最实用的技术。

       激发频率分类
      等离子态的密度和激发频率有如下关系:
       nc=1.2425×108F-2
       其中nc为等离子态密度(cm-3),F为激发频率(Hz)。
       常用的等离子体激发频率有三种:激发频率为40kHz的等离子体为超声等离子体,13.56MHz的等离子体为射频等离子体,2.45GHz的等离子体为微波等离子体。
       不同等离子体产生的自偏压不一样。超声等离子体的自偏压为1000V左右,射频等离子体的自偏压为250V左右,微波等离子体的自偏压很低,只有几十伏,而且三种等离子体的机制不同。超声等离子体发生的反应为物理反应,射频等离子体发生的反应既有物理反应又有化学反应,微波等离子体发生的反应为化学反应。

       冷弧空气等离子体用于农业设施空气处理有很大的优势,它的优点在于

       (1)属于干式工艺,省能源,无公害,满足节能和环保的需要;

(2) 使用空气,无臭氧污染,价格很便宜,时间短,效率高;

  (3)对所处理的空间环境无严格要求,具有普遍适应性。

二、 农用等离子发生装置的技术要求

        农用等离子发生装置是将等离子体通过高压高速风机送出机外,进而与农业设施内微生物气溶胶发生反应。在高能电子和自由基强氧化等多重作用下,微生物气溶胶中的有机物分子链被断开,发生一系列复杂的氧化还原反应,生成CO2、H2O等无害物质,正负离子可以清新空气。 另外,借助等离子体中的离子与物体的凝并作用,可以对微生物气溶胶中小至亚微米级的细微颗粒物(0.1-3微米)进行有效的收集去除。

       农业设施环境一般为潮湿、污浊、温差变化大,且因农业设施分布零散,故维护成本太高,因此,要求该类装置要耐用。

 

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图1.插入式模块为等离子体发生器本体,依据微生物气溶胶处理量的大小调整模块数量

     三、 设备:

       等离子体与气体、固体表面发生反应可以分为物理反应(离子轰击)和化学反应。物理反应机制是活性粒子轰击空气悬浮颗粒物和设施表面,使微生物气溶胶和物件表面微生物发生结构灭活;化学反应机制是各种活性的粒子和微生物气溶胶反应生成易挥发性的物质简单的、无害的物质。

     1. 农用等离子发生装置核心模块

     模块功率220V/300W;脉冲式扫频高压电源发生器,峰值高压达50KV, 电子能量高大7ev以上。见图1、2.

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图2. 农用等离子发生装置核心模块

 

      2. 内置式等离子体发生器

      该发生器所产生的低电压、大电流的高密度等离子体能使微生物气溶胶离子化,进而失去传染性,同时能够迅速分解设施内的恶臭气体。

      最大输出功率:3.25KW

      额定电压/电流:130伏/25A

      气体输送量:20mL/min

 

 

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图3.内置式等离子体发生器

 3.畜牧等离子体灭菌除臭设备

本系列装备包括两种型号:3DDC-6型粪道等离子体灭菌除臭系统、3DDC-12型粪道等离子体灭菌除臭系统。

(1)工作原理  

等离子体是广泛存在于自然界中的一种特殊物质形式(气态、液态、固态之外的第四种物质形态),具有较高的热动能(最高可达几千伏特),能在瞬间高速击穿、蚀刻、氧化微生物中蛋白质和核酸物质,使其灭活,从而达到灭菌的目的。本技术系统利用等离子体发生器通过对分子气体放电形成密度大于1012离子/cm3的等离子体,再由强力风机通过铺设在粪道空间的管道将等离子体送入粪道空间,实施快速的粪道空气以及养殖设施、粪便表面的灭菌消毒。

(2)组成 

由主机、控制器、扩散管组成。控制器可对系统实施间歇循环控制。见图4、图5.

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 图4.3DDC-12型粪道等离子体灭菌除臭系统

农用等离子体发生器及其用途 - 物理农业先生 - 物理农业

图5. 3DDC-6型粪道等离子体灭菌除臭系统

四、应用

3DDC系列粪道等离子体除臭灭菌系统使用说明书 - 农业物理先生 - 物理农业

图6.对面墙体上安装有3DDC-6型粪道等离子体灭菌除臭系统,猪舍高床底网处延伸的蓝色细管为等离子体输送管

肉鸡舍的粪道除臭灭菌系统的安装 - 物理农业先生 - 物理农业

图7.3DDC-12型粪道等离子体灭菌除臭系统

五、问题

       农用等离子体设备与常规等离子体设备使用的环境截然不同,农业领域的环境潮湿、污浊、温差变化大是其特点,因而,在设计和生产这类设备时千万得注意使用对象的环境状况,否则,用不了几天就会出现故障甚至坏掉。

      在农业领域使用等离子体设备如何维护是个大问题。由于农业的低效特质,等离子体设备的售价不能与工业、医疗领域的价格相比,因此,附属的保护装置简陋是必然的,而且更要命的是等离子体发生器的核心部件的寿命无论你用在哪里都不会超过8000小时,因此,更换维护是商家最头疼的问题,而对于分散在广袤农村的用户这个维护更加困难,因此,在维护体系没有完善的条件下,不建议大力推广等离子体灭菌除臭技术,但可用于科技展示或疫病突击预防。

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