Обработка воды импульсными разрядами в водо-воздушном потоке

• Автор: Корнев, Яков Иванович
• Шифр специальности: 05.14.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 162 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Применение электрических разрядов для очистки воды

1.1. Типы электрических разрядов, используемых в технологиях очистки воды . 1.1. Разряд в газе

9 1.1.2. Разряд 6 воде

. 1.3. Газовый разряд в промежутках с жидкими электродами

1.2. Состояние исследований элсктроразрядной обработки воды

1.2.1. Обработка разрядом в объеме боды

1.2.2. Обработка разрядом в газовой фазе над поверхностью воды

1.2.3. Обработка разрядом в водовоздушном потоке

1.3. Влияние характеристик барьерного разряда в воздухе на эффективность генерации активных частиц
.1.3.1. Качественное рассмотрение процессов с участием активных частиц
1.3.2. Образование активных частиц и параметры разряда
1.3.3. Производство озона
1.3.4. Генерация гидроксильных радикалов
1.3.5. Генерация оксидов азота
1.3.6. Оптимизация параметров разряда
1.3.7. Влияние влажности
Выводы к главе 1
Глава 2. Экспериментальное оборудование и методики измерений
2.1. Реакторы барьерного разряда
2.2. Генератор импульсов
2.3. Экспериментальные установки
2.4. Методики измерений
2.4.1. Измерения тока и напряжения
2.4.2. Фотографирование разряда
ф 2.4.3. Спектральные исследования
2.4.4. Определение концентрации озона
2.4.5. Определение характеристик воды и концентрации растворенных веществ
Глава 3. Зажигание разряда в водовоздушной среде и его энергетические характеристики
3.1. Экспериментальные наблюдения характера потока в реакторе
3.2. Напряжение зажигания разряда
3.3. Напряженность электрического поля в реакторе и локализация разряда
3.4. Энергетические характеристики элсктроразрядной обработки
3.4.1. Энерговыделение в водовоздушной среде при отсутствии разряда
3.4.2. Энергия в разряде
3.4.3. Эквивалентная схема замещения разрядного блока
Выводы к главе 3
Глава 4. Исследования генерации активных частиц
4.1. Состав активных частиц в водовоздушной среде по результатам исследования эмиссионных спектров
4.1.1. Спектр азота и оксида азота 9
4.1.2. Спектр гидроксильного радикала 9
4.2. Измерения концентрации озона
4.2.1. Разряд в воздухе
4.2.2. Разряд в водовоздушной среде
4.3.Измсрснис концентрации азотсодержащих продуктов
4.4. Обсуждение результатов
4.4.1 .Характеристики микроразрядов
4.4.2. Процессы массопереноса в разрядном промежутке
Выводы к главе 4
Глава 5. Очистка волы от растворенных органических веществ
5.1. Кинетика разложения фенола и трихлорэтилена электрическими разрядами
5.2. Энсргоэффсктивность разложения фенола и трихлорэтилена
5.3. Изменение водородного показателя и образование промежуточных про
5.4. Условия электроразрядной обработки, оптимальные для очистки воды от органических соединений
Выводы к главе 5
Заключение
Список использованной литературы


В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований электроразрядной обработки воды, содержащей органические соединения (фенол и три-хлорэтилен). Показана высокая эффективность очистки воды от этих веществ. Выполнена оптимизация параметров электроразрядной обработки воды. Глава 1. Технологии очистки поды и воздуха при помощи электрических разрядов вызывают все больший практический интерес. Газовый разряд успешно применяется для очистки воздуха от оксидов серы и азота [1, парниковых газов, летучих органических соединений и других токсичных продуктов [], а также для обеззараживания воздуха []. Установки для очистки воздуха на основе импульсного коронного разряда производительностью 0 м3/час [] и барьерного разряда [] внедрены в промышленности. Внедрение электрического разряда в технологии водоочистки в первую очередь связано с озонированием [], а также воздействием широкого спектра короткоживущих активных частиц - радикалов и ионов [2, ]. Исследуется разряд в газе вблизи поверхности воды, а также разряд в воде, от импульсного стримерного разряда [] до искрового пробоя []. Известны работы по очистке воды электролизом в тлеющем разряде [], изучается обеззараживание в импульсном электрическом поле []. Далее кратко рассматриваются основные типы разрядов в газе и жидкости, используемых в технологиях водоочистки. Несмотря на то, что любой электрический разряд в смесях содержащих кислород, является источником озона и других активных частиц, на практике для их производства наиболее эффективно используются разряды, создающие неравновесную плазму, средняя энергия электронов которой много больше тепловой энергии молекул. Температура электронов оказывается меньше определенной из формулы Саха для электронов, но много выше, чем определенная по той же формуле для ионов []. В процессах возбуждения и диссоциации молекул газа электронами образуегся широкий спектр активных частиц: ионов и радикалов, многие из которых отличаются высокой реакционной способностью. В неравновесной плазме имеют место реакции, в равновесных условиях протекающие лишь при температуре в десятки тысяч градусов. В газе при низких давлениях (порядка 1 торр) источником неравновесной плазмы является тлеющий разряд. Этот тип разряда во всех случаях характеризуется наличием катодного падения напряжения, которое необходимо для того, чтобы электроны набрали энергию, необходимую для ионизации частиц газа и создания плазменного столба. В стационарном режиме разряд может существовать только при пониженных давлениях, при этом выход активных частиц незначителен. В воздухе или кислороде при атмосферном давлении развитие неустойчивостей, приводящих к контрактации разряда, происходит за очень короткое время. Для зажигания объемного разряда при атмосферном давлении необходимо создание специальных условий: импульсного режима питания, начальной предионизации [], высоких скоростей прокачки газа через промежуток [], что затрудняет практическое использование. Наиболее распространенной формой самостоятельного разряда в газе при атмосферном давлении является искровой пробой, хорошо исследованный в литературе [, ], однако в силу высокой температуры и значительного энерговыделения в искровом канале эффективность генерации активных частиц крайне низка. Для создания неравновесной плазмы при атмосферном давлении и температуре близкой к 0° К используются разряды «переходного» типа, состоящие из большого количества каналов малой мощности (стримеров, микроразрядов). Плазма в этих каналах существенно неравновесна: температура газа как правило близка к 0 К, а энергия электронов составляет 1- эВ. Наиболее часто находят применение коронный и барьерный разряды. Коронный разряд - характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в резко неоднородных полях. Ионизационные процессы в этом виде разряда происходят, в основном, вблизи электрода с малым радиусом кривизны (ко-ронирующего электрода). Эта зона характеризуется значительно более высокими значениями напряженности ноля по сравнению со средними значениями для всего промежутка. Основными формами коронного разряда являются лавинная и стримсрная.