论文部分内容阅读
随着全球经济一体化的不断发展,远洋船舶运输呈现爆发式的增长。远洋货轮中压载水的转移和随意排放所引起的海洋环境污染问题,特别是压载水中致病有害细菌和繁殖能力强的藻类在转移过程中造成环境污染和生态破坏等问题日益严重。因此,压载水随意排放已经被国际环境组织确认为海洋的四大威胁之一。船舶压载水所引起的海洋环境问题已经得到国际海事组织的高度重视。针对这一问题,本文提出一种新的压载水处理方法,即脉冲电弧液电放电船舶压载水处理方法,研究该方法的基本原理和应用效果,重点研究该方法在液中等离子体放电过程中产生冲击压力波、液电空化、紫外光解、氧化剂氧化和电磁辐射(EMP)等综合效应及对水中病原体和有害生物杀灭效果的基本规律。 本文首先研究了脉冲电弧液电放电形成、发展过程的特点,对脉冲电弧液电放电过程中产生冲击压力、离子束密度和等离子体通道半径、电导率、电阻、温度、等的规律进行了探索,并应用气泡模型对脉冲液电放电变化规律进行了计算分析。然后设计制作了脉冲电弧液电放电电源、水处理反应器以及放电电极,针对船舶压载水中以大肠杆菌为代表的细菌和以蓝藻为代表的藻类以及其他浮游生物开展了系统的大量的灭活实验。最后总结分析了光致分解效应、液电空穴效应、自由基氧化效应以及电磁辐射效应等作用,分析了放电过程中能量密度随放电参数变化规律,探讨了脉冲电弧液电放电技术应用于船舶压载水处理的可行性。研究结果表明: (1)脉冲电弧液电放电主要包括三个过程:先导放电击穿过程;主放电过程和液电空化过程。其中,先导击穿放电过程一般在10ns以内,主放电过程中的预击穿时延随着液相放电中液体介质的电导率的增加从200ms降低到1ms。 (2)脉冲电弧液电放电强度与高压脉冲电源参数(脉冲电容大小,放电电压和重复频率)以及放电电极参数(电极距离,电极直径和电极材料)密切相关。 (3)脉冲电弧液电放电能够产生相当强的冲击压力波、紫外线、自由基活性基团等物化效应,对大肠杆菌的灭活率达到99.9%以上,对藻类的灭活率达到99%以上,能够满足国际海事组织对船舶压载水的处理要求。 (4)脉冲电弧液电放电产生的各种物化效应中,冲击压力波在船舶压载水处理中起主要作用。