Ключові слова
очищення води
краплі води
електростатичне поле
моделювання
Як цитувати
Анотація
Використання імпульсного діелектричного бар'єрного розряду (ІДБР) для очищення води за допомогою низькотемпературної плазми (НТП) є перспективною технологією. ІДБР забезпечує очищення води в крапельно-плівковому стані від органічних забруднювачів шляхом утворення високоактивних молекул (радикали OH, O, молекули H2O2, O3), що генеруються в НТП при контакті з водою. Розроблено двовимірну модель для розрахунку електростатичного поля розрядної камери (РК) для ІДБР, яка включає два електроди, діелектричний бар’єр, дві краплі або струмені води в повітряному проміжку та водяні плівки. У моделі застосовується рівняння Лапласа для електростатичного поля з періодичними граничними умовами. Запропоновано вирази для встановлення довжини симетричної частини РК та визначення напруги на електродах із постійною площею поверхні краплин і постійним середнім значенням напруженості в повітряному проміжку незалежно від радіуса крапель. Проведено дослідження залежності енергії електростатичного поля та ємності РК від радіуса крапель та їхнього взаємного розташування за довжиною РК. Показано зміну напруги на електродах та залежність кількості крапель на одиницю довжини РК від їхнього радіуса. Виконано аналіз розподілу напруженості електричного поля, ємності РК та накопиченої енергії. Досліджено середню напруженість електричного поля на поверхні крапель і плівок води. Встановлено електричні сили, що діють на краплі за допомогою тензора напружень Максвелла. Виведено вираз для розрахунку рекомендованої кількості води в формі крапель або струменів води на одиничні розміри РК для одержання більш рівномірного розподілу напруженості електричного поля в РК та мінімізації впливу електричних сил на краплини. Бібл. 18, рис. 7.
Посилання
Bereka V., Boshko I., Kondratenko I., Zabulonov Y., Charnyi D., Onanko Y., Marynin A., Krasnoholovets V., Efficiency of plasma treatment of water contaminated with persistent organic molecules. Journal of Environ-mental Engineering and Science. 2021. Vol. 16. Pp. 40–47. DOI: https://doi.org/10.1680/jenes.20.00028 (Ukr)
Yangju Li, Haoran Dong, Junyang Xiao, Long Li, Dongdong Chu, Xiuzhen Hou, Shuxue Xiang, Qixia Dong, Haoxuan Zhang, Advanced oxidation processes for water purification using percarbonate: insights into oxida-tion mechanisms, challenges, and enhancing strategies. Journal of Hazardous Materials. 2023. Vol. 442. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130014
Chuan Pu, Gang Lu, Hang Qi, Abdulgalim B. Isaev, Mingshan Zhu, Enhanced persulfate activation process by magnetically separable catalysts for water purification: a review. Chinese Journal of Structural Chemistry. 2023. Vol. 42. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cjsc.2023.100093
Soomro, Faheeda, Fida Hussain Memon, Muhammad Ali Khan, Muzaffar Iqbal, Aliya Ibrar, Ayaz Ali Memon, Jong Hwan Lim, Kyung Hyon Choi, and Khalid Hussain Thebo, Ultrathin graphene oxide-based nanocompo-site membranes for water purification. Membranes. 2023. No 13. Pp. 64. DOI: https://doi.org/10.3390/membranes13010064
Jiang, J. Zheng, S. Qiu, M. Wu, Review on electrical discharge plasma technology for wastewater remediation. Chemical Engineering Journal. 2014. No 236. Pp. 348–368. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.09.090
Ahmed Yusuf, Hussein Kehinde Amusa, Jamiu Olanrewaju Eniola, Adewale Giwa, Oluwadamilola Pikuda, Abdallah Dindi, Muhammad Roil Bilad, Hazardous and emerging contaminants removal from water by plasma-based treatment: a review of recent advances, Chemical Engineering Journal Advances. 2023. Vol. 14. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2023.100443
Bereka, V.O., Kondratenko I.P. Elektrodischarge technologies of water treatment and criteria for their feasibil-ity. Pratsi IED NAN Ukrainy. 2021. Issue 58. Pp. 90–100. DOI: https://doi.org/10.15407/publishing2021.58.090 (Ukr)
Bobkova E.S., Grinevich V.I., Isakina, A.A., Rybkin V.V. Decomposition of organic compounds in aqueous solutions under the action of atmospheric pressure electric discharges. Khimia i Khimicheskaya Tekhnologiya. 2011. Vol. 54. Issue 6. Pp. 3–17. (Rus)
Yexiang Yang, Yongchun Wang, Wenxuan Jiang, He Guo, Efficient degradation of bisphenol A by a novel ternary synergistic dielectric barrier discharge plasma advanced oxidation process: the role of peracetic acid and ferrous ions. Separation and Purification Technology. 2024. Vol. 354. Part 8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.129568
Tsuomu Kobayash, Taichi Sugai, Taiki Hanga, Yoshi Minamitani, Taisuke Nose. The effect of spraying of wa-ter droplets and location of water droplets on the water treatment by pulsed discharge in air. IEEE transactions on plasma science. 2010. Vol. 38. No 10. Pp. 2675–2680. DOI: https://dx.doi.org/10.1109/TPS.2010.2047842
Bozhko I., Kobylchak V. Water treatment in the state of drops by pulse barrier discharge. Tekhnichna Elektro-dynamika. 2015. No. 3. Pp. 60–66. URI: https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/931 (Ukr)
Bereka V.O., Vasetskyi Yu.M., Kondratenko I.P., Influence of high-voltage connecting cable on currents and voltages in the impulse barrier discharge device. Tekhnichna Elektrodynamika. 2024. No. 4. Pp. 16–23. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2024.04.016 (Ukr)
Karpov Yu.O., Vedmitskyi Yu.H., Kukharchuk V.V. Theoretical foundations of electrical engineering. elec-tromagnetic field. Vinnytsia: UNIVERSUM-Vinnytsia, 2008. 407 p. (Ukr)
Bereka V.O., Bozhko I.V., Karlov O.M., Kondratenko I.P., Treatment of methylene blue solution in droplet-film state by impulse barrier discharge. Tekhnichna Elektrodynamika. 2022. No. 1. Pp. 67–74. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2022.01.067 (Ukr)
Bereka V.O., Bozhko I.V., Brzhezitskyi V.O., Haran Ya.O., Trotsenko Ye.A., Modeling of electric field in the electrode system for creating impulse barrier discharge in atmospheric air with water in droplet-film state. Tekhnichna Elektrodynamika. 2020. No. 2. Pp. 17–22. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2020.02.017 (Ukr)
Bozhko I., Bereka V. Uniform of pulse barrier discharge in the air of atmospheric pressure in the presence of water in a drop-film condition. Tekhnichna elektrodynamika. 2019. No. 5. Pp. 17–20. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2019.05.017 (Ukr)
Tamm I.E. Theory of electricity. M.: Nauka, 1976. 616 p. (Rus)
Bozhko I., Kondratenko I. Efficiency of treatment of aqueous solution of methylene blue via exposure to pulse dielectric barrier discharge to the surface. Tekhnichna elektrodynamika. 2018. No 6. Pp. 89–97. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2018.06.089 (Ukr)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2024 Р.С. Крищук