水下臭氧发生器的参数设计与特性研究

第13卷第33期2013年11月1671—1815(2013)33—9877—05科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringV01．13No．33Nov．2013⑥2013Sci．Tech．Engrg．环境科学水下臭氧发生器的参数设计与特性研究王红霞'刘强陈志廖振方(湖北汽车工业学院，十堰442002；重庆大学机械工程学院，重庆400044)摘要阐述了水下臭氧发生器的工作原理，建立了回路的微分方程。研究了回路中主要电气参数对高压脉冲放电电压幅值的影响。然后通过matlab／simulink对水下臭氧发生器的电气回路进行仿真；并根据电气回路仿真结果确定回路电气参数，设计并加工一台水下臭氧发生器进行试验研究。仿真和试验结果表明：适当选择回路参数和电源频率可以在电容C，上产生接近或超过两倍电源电压幅值的高压，为水下臭氧发生器参数选择提供理论依据。关键词臭氧电气参数仿真水下中图法分类号X703．5；文献标志码A臭氧是目前己知氧化能力最强的氧化剂之一，具有出色的消毒、杀菌、脱色等功能。在饮用水处理中，臭氧正逐渐替代氯作为主要消毒剂。与氯相比臭氧对病毒特别是一些顽固的胃肠病菌和藻类具有更强的杀灭性；在同等的消毒效果和出水水质前提下，需要的接触时间少，臭氧量低；它不像氯化消毒会产生三卤甲烷(THMs)，不仅对人体的肝、’肾有很大伤害。而且也是致癌的主要物质J。国外的臭氧净化方案采用四级串联系统，从臭氧发生器到反应室经过三级传输，转输线路较长将损失很大一部分臭氧，其损失大小由该系统工作的情况来决定；另外，该处理系统是串联系统如果系统中的任一环节出现问题，都将造成该系统的瘫痪。针对现有臭氧净化系统的应用局限，水下臭氧发生器，将臭氧的产生、输送、喷射及反应等过程在被处理水的水体中同时完成，从而大大提高整个臭氧发生器装置的处理效率和工作的可靠性，能耗也大大降低。另外产生的强光中含有大量紫外线和高温，可以辅助杀灭细菌；高压放电产生的强脉冲波引发水锤效应，在一定程度上可以破坏细菌结2013年7月9Ft收到国际科技合作项目(2008DFA70300)资助第一作者简介：王红霞(1977一)，女，讲师，博士研究生。研究方向：水射流及电液压脉冲技术。E．mail：8784145@163．tom。构。被处理水可以带走产生臭氧时产生的高温，减少散热装置。因此对水下臭氧发生器的工作原理，回路参数设计以及特性研究显得尤为重要。1水下臭氧发生器的工作原理传统的电液压脉冲水处理系统采用如图1所示装置¨：将220V或380V的交流电压经调压器和高压变压器调节到所需要的交流正弦工作电压(t)。当隔离开关G闭合，电源电压通过高压硅堆D向电容c充电，达到一定电压击穿空气开关J和反应室M，产生电液压脉冲，从而产生臭氧，进行水处理。该装置中c两端电压幅值取决于电源电压／Z()的幅值。图1电液压脉冲水处理装置图这样就会使电源幅值过高，这对高压变压器提出了更高的要求。鉴于此，对原电路进行改进应用于水下臭氧发生器，其工作原理示意图如图2所示。科学技术与工程13卷将200V或380V的交流电压经调压器和高压变压器调节到所需要的交流正弦工作电压“(t)。(t)为变压器副边电压有效值。M图2水F臭氧发生器的工作原理不意图当电源处于正半周时，A点为正，D点为负，二极管D导通，D截止，通过回路A—B—c—D对电容C充电，该电路阻抗频率特性如式(1)。Z(oJ)：R+j(一)(1)其调谐频率为：=1／C。根据基尔霍夫电压电流定律得到系统肛c。回路的的微分方程为僦)㈩；(／Z(t)&g