Розробка комплексу для обробки води імпульсним бар'єрним розрядом

Abstract

Розроблено комплекс для прямої обробки забрудненої води імпульсним бар’єрним розрядом, що складається з генератора імпульсів та розрядної камери. Генератор побудовано на принципах магнітного стискання імпульсів та використання в кінцевій ланці індуктивного накопичувача енергії, який комутується діодом з малим часом обривання зворотного струму. Генератор забезпечує короткі (~100 нс) високовольтні (до 30 кВ) імпульси з енергією до 0,3 Дж, які діють на поверхню води, що тече тонкою плівкою (≈0,15 мм) по поверхні внутрішнього електроду коаксійної розрядної камери. З метою отримання максимальної енергоефективності обробки води досліджено шляхи узгодження роботи всіх ланок комплексу. На основі аналізу втрат енергії при її передачі від зовнішнього джерела до навантаження встановлено, що основна їхня частина припадає на ланцюг з імпульсним трансформатором та кінцеву ланку генератора з розрядною камерою. При обробці водного розчину метиленової сині з початковою концентрацією 50 мг/л енергетичний вихід імпульсного бар’єрного розряду при 50 % розкладанні домішки досягав 75 г/квт•год, а енергоефективність комплексу в цілому – 22 г/квт•год.

Разработан комплекс, состоящий из генератора импульсов и разрядной камеры, предназначенный для прямой обработки воды импульсным барьерным разрядом. Генератор построен на принципах магнитного сжатия импульсов и использования в его выходном звене индуктивного накопителя энергии, который коммутируется диодом с малым временем обрывания обратного тока. Он обеспечивал короткие (~100 нс) высоковольтные (до 30 кВ) импульсы с энергией до 0,3 Дж, воздействующие на тонкую пленку (≈0,15 мм) воды, стекающую по поверхности внутренненего электрода коаксиальной разрядной камеры. С целью достижения максимальной энергоэффективности обработки воды исследованы пути согласования работы всех звеньев комплекса. На основании анализа потерь энергии при ее передаче от внешнего источника к нагрузке делается вывод, что основная их часть приходится на звено с импульсным трансформатором и конечное звено генератора с разрядной камерой, которые требуют тщательного согласования с остальными звеньями генератора и электрическими параметрами разрядной камеры. При обработке водного раствора метиленовой сини с начальной концентрацией 50 мг/л энергетический выход импульсного барьерного разряда при 50% разложении примеси достигал 75 г/квт•час, а энергоэффективность комплекса в целом – 22 г/квт•час.

Complex for direct processing of contaminated water with pulse dielectric barrier discharge is researched. It consists from a pulse generator and a discharge chamber. The generator is built on the principles of magnetic pulse compression and using of inductive energy storage device, which is switching with the diode with a small time interrupting reverse current (≈40 ns) . The generator provides short (~ 100 ns) high-voltage (up to 30 kV) pulses with the energy up to 0.3 J. Pulses acted on the surface of the water, which flowed a thin film (≈0.15 mm) on the surface of the inner electrode of coaxial chamber. In order to obtain the maximum efficiency of water treatment investigated ways of harmonizing the work of all units of the complex. The analysis of the energy loss in transmission from an external source to the load let to conclud that the basic parts of them are linking with the pulse transformer and end section generator connected with chamber. They are requiring careful coordination with other links generator and electrical parameters of the chamber. A processing an aqueous solution methylene blue with an initial concentration of 50 mg/l showed energy yield pulse dielectric barrier discharge at 50% due to impurities up to 75 g/kWh, and for complex as a whole – 22 g/kWh.