水工业臭氧发生器的研制及应用精密夹头

水工业臭氧发生器的研制及应用

水工业臭氧发生器的研制及应用 2011： 摘要：高压脉冲沿面放电法是一种高效的臭氧产生方法。根据沿面放电产生臭氧的物理和化学机理，研制了大功率臭氧发生装置，并进行了医院污水的处理实验，结果表明，新型臭氧水处理装置具有能耗较低、单机臭氧产量大、体积小等优点，能有效降低水中CODcr、BOD5的含量。 关键词：臭氧发生器 沿面放电 CODcr BOD5 　　1 前言

新型臭氧水处理装置利用沿面放电臭氧产生技术，将臭氧发生器由以往的点线放电产生臭氧改变成为沿介质表面放电，使得通过电介质表面降温冷却成为简单可行，降低或消除了由于臭氧发生时产生的高温，避免了臭氧再分解，从而提高了臭氧的产生量，降低了能耗。在放电电源方面，采用了具有高效率、小型化的静止变频电源，使臭氧发生器小型化,强化了电晕放电。

2 高压高频电源制作

选用大功率晶体管IGBT作为DC-AC半桥变换器的开关器件。用软开关技术降低反向恢复特征的要求，采用20kHz的脉冲高频变压器以降低因损耗而产生的热效应，提高器件的稳定性和臭氧的产生效率。同时利用脉宽调制技术（PWM）调节脉宽以改变输出基波电压的幅值。经过整流、滤波、逆变、升压，能产生前沿小于60ns，脉冲半宽约为250ns，重复频率0~20kHz可调，电压0~10kV可调的高压脉冲电源。电路流程见图1。

3 沿面放电电极制作

本实验装置采用陶瓷作为臭氧发生器电极的绝缘材料，采用管式放电电极，结构见图2。

图1 高压脉冲电源流程

图2沿面放电电极断面结构

在金属管外壁涂覆1层陶瓷（厚0.5mm），陶瓷表面镶上多条平行的细线状电极（总长10.5m，厚50～60µm），管内壁再涂覆1层陶瓷作为接地电极，以增加其机械强度。放电管内径32mm，管中通入冷却水，以降低臭氧发生时放电空间的温度，避免臭氧的分解，提高臭氧的产生效率。

4 实验方法

臭氧水处理流程见图3。

干燥后的空气进入放电室，在纳秒级脉冲高压的作用下分解，形成臭氧气体。产生的臭氧气体通过由涡流混合器与填料塔组成的高效混合装置，混合器可产生较强的负压将高浓度的臭氧气体完全吸入，使水在混合器内充分雾化，成为非常微细的激化小颗粒，增加了臭氧在水中的溶解和附着面积，大大提高臭氧水浓度、产量，混合效率增加20%左右。混合后的残余臭氧气体通过尾气吸收器变成氧气排出。

1—无油空压机；2—干燥器；3—高压脉冲电源；4—示波器；5—流量计；6—放电室；7—流量计；

8—原水池；9—臭氧检测仪；10—混合装置；11—储水罐

图3 水处理实验流程

5 结果和讨论

5.1 峰值电压的影响

图4 臭氧产量与峰值电压的关系

从图4可以看出，峰值电压为4kV～9kV，臭氧的产生量与放电电压成线性增加关系。当峰值电压超过9kV左右,这种增加趋势才逐渐减缓。这是由于当臭氧浓度增大，由电子碰撞作用引发的臭氧分解也明显，高浓度领域内的臭氧产生效率急剧下降。因此要求有良好的冷却装置，而且放电的电场强度应该有一最优的值，在这一值下，使臭氧再分解的低能电子的生成受到抑减，臭氧产生率达到最大。

5.2 放电频率的影响

控制反应气体流速为1.5L/min，调节放电频率，考察臭氧的生成情况，结果见图5。

图5不同频率下电压与臭氧产量关系

由图5可知，在频率较低时，随放电电压的升高，3条曲线有着相同的上升趋势，臭氧的产量直线增加; 高频情况下，产量的上升率以及所达到的最大值均要高于低频情况。当频率为15kHz、电压为7kV时，臭氧产生量达到了最大值。

实验表明，当臭氧发生器的出口温度超过一定的温度（50~52℃）时，臭氧的产量开始下降，臭氧的分解会变得比较显著。

5.3 CODcr、BOD5的去除

将本装置用于医院污水的处理。由于医院污水中含有杂质，因此在处理前先进行预处理。操作条件见表1。

表1 处理前后参数对照

参 数 数 值　　臭氧（进口）浓度(mg/L) 4.5~9.7

臭氧（出口）浓度(mg/L) 0~3.1

接触时间(min) 0~40

温度(℃) 20~25

pH值 3~11

气流量(L/min) 1.5~2.5

放电频率(kHz) 17<

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