THE MICRO- AND NANOSECOND DISCHARGES IN GAS BUBBLES FOR WATER DISINFECTION AND PURIFICATION
Purpose. Comparison of electrical circuits of experimental plants for obtaining micro- and nanosecond discharges in gas bubbles in water and comparing the experimental results obtained for disinfecting water using such discharges. Methodology. To obtain high-voltage pulses on the load in the form of...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine”
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://eie.khpi.edu.ua/article/view/2074-272X.2019.3.08 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Репозитарії
Electrical Engineering & Electromechanics| id |
eiekhpieduua-article-171442 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Electrical Engineering & Electromechanics |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| topic |
высоковольтный генератор микро- и наносекундные импульсы разряд в газовых пузырях в воде обеззараживание и очистка воды разрядами инактивация микроорганизмов 537.52 621.373 high-voltage generator micro- and nanosecond pulses discharge in gas bubbles in water disinfection and water purification by discharges inactivation of microorganisms 537.52 621.373 |
| spellingShingle |
высоковольтный генератор микро- и наносекундные импульсы разряд в газовых пузырях в воде обеззараживание и очистка воды разрядами инактивация микроорганизмов 537.52 621.373 high-voltage generator micro- and nanosecond pulses discharge in gas bubbles in water disinfection and water purification by discharges inactivation of microorganisms 537.52 621.373 Boyko, N. I. Makogon, A. V. THE MICRO- AND NANOSECOND DISCHARGES IN GAS BUBBLES FOR WATER DISINFECTION AND PURIFICATION |
| topic_facet |
высоковольтный генератор микро- и наносекундные импульсы разряд в газовых пузырях в воде обеззараживание и очистка воды разрядами инактивация микроорганизмов 537.52 621.373 high-voltage generator micro- and nanosecond pulses discharge in gas bubbles in water disinfection and water purification by discharges inactivation of microorganisms 537.52 621.373 |
| format |
Article |
| author |
Boyko, N. I. Makogon, A. V. |
| author_facet |
Boyko, N. I. Makogon, A. V. |
| author_sort |
Boyko, N. I. |
| title |
THE MICRO- AND NANOSECOND DISCHARGES IN GAS BUBBLES FOR WATER DISINFECTION AND PURIFICATION |
| title_short |
THE MICRO- AND NANOSECOND DISCHARGES IN GAS BUBBLES FOR WATER DISINFECTION AND PURIFICATION |
| title_full |
THE MICRO- AND NANOSECOND DISCHARGES IN GAS BUBBLES FOR WATER DISINFECTION AND PURIFICATION |
| title_fullStr |
THE MICRO- AND NANOSECOND DISCHARGES IN GAS BUBBLES FOR WATER DISINFECTION AND PURIFICATION |
| title_full_unstemmed |
THE MICRO- AND NANOSECOND DISCHARGES IN GAS BUBBLES FOR WATER DISINFECTION AND PURIFICATION |
| title_sort |
micro- and nanosecond discharges in gas bubbles for water disinfection and purification |
| title_alt |
МИКРО- И НАНОСЕКУНДНЫЕ РАЗРЯДЫ В ГАЗОВЫХ ПУЗЫРЯХ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И ОЧИСТКИ ВОДЫ |
| description |
Purpose. Comparison of electrical circuits of experimental plants for obtaining micro- and nanosecond discharges in gas bubbles in water and comparing the experimental results obtained for disinfecting water using such discharges. Methodology. To obtain high-voltage pulses on the load in the form of a gas bubbles and a layer of water with a frequency of more than 2000 pulses per second, a method of generating micro- and nanosecond pulses using high-voltage pulse generators based on a pulse transformer (PT) according to Tesla, with a transistor opening switch IGBT in the low-voltage part of the circui . A current-limiting resistor with a resistance Rcl = 24 kW is used to protect the transistor switch at microsecond discharges. At nanosecond discharges, a multi-gap spark gap is used to sharpen the front of high-voltage pulses. We used a capacitive voltage divider with a division factor of Kd = 7653 to measure voltage pulses, a shunt with a resistance of Rs = 2.5 W for measuring current pulses. RIGOL DS1102E digital oscilloscope with a 100 MHz bandwidth was used as a recording device. Results. The effect of micro- and nanosecond discharges in gas bubbles on microorganisms was experimentally investigated. It was possible to reduce the biochemical oxygen consumption of water during microsecond discharges, reduce the turbidity of water, and improve its organoleptic qualities. The energy released in a single pulse with microsecond discharges Wµ ≈ 17 mJ, with nanosecond discharges Wn ≈ 7.95 mJ. At nanosecond discharges, complete inactivation of E.coli bacteria was achieved. The disinfecting and purifying action of nanosecond pulses is better compared to microsecond pulses due to an increase in the amplitude of the pulsed voltage up to 30 kV, and a pulsed current of up to 35 A. Originality. The possibility of effective microbiological disinfection of water using nanosecond discharges in gas bubbles at low specific energy consumption has been experimentally shown. Practical value. The obtained experimental results on water disinfection using micro- and nanosecond discharges offer the prospect of industrial application of installations using such discharges for disinfecting and purification wastewater, swimming pools, and post-treatment of tap water. |
| publisher |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine” |
| publishDate |
2019 |
| url |
http://eie.khpi.edu.ua/article/view/2074-272X.2019.3.08 |
| work_keys_str_mv |
AT boykoni themicroandnanoseconddischargesingasbubblesforwaterdisinfectionandpurification AT makogonav themicroandnanoseconddischargesingasbubblesforwaterdisinfectionandpurification AT boykoni mikroinanosekundnyerazrâdyvgazovyhpuzyrâhdlâobezzaraživaniâiočistkivody AT makogonav mikroinanosekundnyerazrâdyvgazovyhpuzyrâhdlâobezzaraživaniâiočistkivody AT boykoni microandnanoseconddischargesingasbubblesforwaterdisinfectionandpurification AT makogonav microandnanoseconddischargesingasbubblesforwaterdisinfectionandpurification |
| first_indexed |
2024-06-01T14:39:17Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:39:17Z |
| _version_ |
1800670027881381888 |
| spelling |
eiekhpieduua-article-1714422019-06-25T12:05:34Z THE MICRO- AND NANOSECOND DISCHARGES IN GAS BUBBLES FOR WATER DISINFECTION AND PURIFICATION МИКРО- И НАНОСЕКУНДНЫЕ РАЗРЯДЫ В ГАЗОВЫХ ПУЗЫРЯХ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И ОЧИСТКИ ВОДЫ Boyko, N. I. Makogon, A. V. высоковольтный генератор микро- и наносекундные импульсы разряд в газовых пузырях в воде обеззараживание и очистка воды разрядами инактивация микроорганизмов 537.52 621.373 high-voltage generator micro- and nanosecond pulses discharge in gas bubbles in water disinfection and water purification by discharges inactivation of microorganisms 537.52 621.373 Purpose. Comparison of electrical circuits of experimental plants for obtaining micro- and nanosecond discharges in gas bubbles in water and comparing the experimental results obtained for disinfecting water using such discharges. Methodology. To obtain high-voltage pulses on the load in the form of a gas bubbles and a layer of water with a frequency of more than 2000 pulses per second, a method of generating micro- and nanosecond pulses using high-voltage pulse generators based on a pulse transformer (PT) according to Tesla, with a transistor opening switch IGBT in the low-voltage part of the circui . A current-limiting resistor with a resistance Rcl = 24 kW is used to protect the transistor switch at microsecond discharges. At nanosecond discharges, a multi-gap spark gap is used to sharpen the front of high-voltage pulses. We used a capacitive voltage divider with a division factor of Kd = 7653 to measure voltage pulses, a shunt with a resistance of Rs = 2.5 W for measuring current pulses. RIGOL DS1102E digital oscilloscope with a 100 MHz bandwidth was used as a recording device. Results. The effect of micro- and nanosecond discharges in gas bubbles on microorganisms was experimentally investigated. It was possible to reduce the biochemical oxygen consumption of water during microsecond discharges, reduce the turbidity of water, and improve its organoleptic qualities. The energy released in a single pulse with microsecond discharges Wµ ≈ 17 mJ, with nanosecond discharges Wn ≈ 7.95 mJ. At nanosecond discharges, complete inactivation of E.coli bacteria was achieved. The disinfecting and purifying action of nanosecond pulses is better compared to microsecond pulses due to an increase in the amplitude of the pulsed voltage up to 30 kV, and a pulsed current of up to 35 A. Originality. The possibility of effective microbiological disinfection of water using nanosecond discharges in gas bubbles at low specific energy consumption has been experimentally shown. Practical value. The obtained experimental results on water disinfection using micro- and nanosecond discharges offer the prospect of industrial application of installations using such discharges for disinfecting and purification wastewater, swimming pools, and post-treatment of tap water. Цель. Сравнение электрических схем экспериментальных установок для получения микро- и наносекундных разрядов в газовых пузырях в воде и сравнение полученных экспериментальных результатов обеззараживания воды при помощи таких разрядов. Методика. Для получения высоковольтных импульсов на нагрузке в виде пузырьков газа и слоя воды с частотой более 2000 импульсов в секунду предложен способ генерации микро- и наносекундных импульсов с использованием генераторов импульсов высокого напряжения на основе импульсного трансформатора по схеме Тесла с транзисторным размыкающим переключателем IGBT в низковольтной части цепи. Токоограничивающий резистор с сопротивлением Rcl = 24 кОм используется для защиты транзисторного переключателя при микросекундных разрядах. При наносекундных разрядах многозазорный искровой разрядник используется для обострения фронта импульсов высокого напряжения. Мы использовали емкостный делитель напряжения с коэффициентом деления Kd = 7653 для измерения импульсов напряжения, шунт с сопротивлением Rs = 2,5 Ом – для измерения импульсов тока. В качестве записывающего устройства использовался цифровой осциллограф RIGOL DS1102E с полосой пропускания 100 МГц. Результаты. Экспериментально исследовано влияние микро- и наносекундных разрядов в газовых пузырях на микроорганизмы. Удалось уменьшить биохимическое потребление кислорода воды при микросекундных разрядах, снизить мутность воды, улучшить органолептические показатели. Энергия, выделяемая в одном импульсе при микросекундных разрядах, составляет Wμ ≈ 17 мДж, а при наносекундных разрядах – Wn ≈ 7,95 мДж. При наносекундных разрядах достигнута полная инактивация бактерий E.coli. Обеззараживающее и очищающее действие наносекундных импульсов лучше по сравнению с микросекундными импульсами из-за увеличения амплитуды импульсного напряжения до 30 кВ, а импульсного тока до 35 А. Научная новизна. Экспериментально показана возможность эффективного микробиологического обеззараживания воды при помощи наносекундных разрядов в газовых пузырях при малых удельных затратах энергии. Практическая значимость. Полученные экспериментальные результаты по обеззараживанию воды при помощи микро- и наносекундных разрядов открывают перспективу промышленного применения установок с использованием таких разрядов для обеззараживания и очистки сточных вод, бассейнов и доочистки водопроводной воды. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine” 2019-06-25 Article Article application/pdf application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/2074-272X.2019.3.08 10.20998/2074-272X.2019.3.08 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 3 (2019); 50-54 Электротехника и Электромеханика; № 3 (2019); 50-54 Електротехніка і Електромеханіка; № 3 (2019); 50-54 2309-3404 2074-272X en uk http://eie.khpi.edu.ua/article/view/2074-272X.2019.3.08/171137 http://eie.khpi.edu.ua/article/view/2074-272X.2019.3.08/171138 Copyright (c) 2019 N. I. Boyko, A. V. Makogon https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |