電脈沖技術(shù)在電凝聚法污水處理和微弧氧化領(lǐng)域的應(yīng)用.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各個(gè)學(xué)科的交叉研究變得尤為重要。二十一世紀(jì)，生物學(xué)與生物工程、材料學(xué)與材料工程、環(huán)境學(xué)與環(huán)境工程等三大學(xué)科的發(fā)展對(duì)人類的生存和發(fā)展、科技的進(jìn)步及創(chuàng)新等都具有重要的意義。目前，環(huán)境問(wèn)題日益突出，污水處理的研究變得迫切；同時(shí)，由于應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展以及對(duì)材料各類性質(zhì)的要求在不斷提升，材料的表面改性也成為目前研究的熱點(diǎn)。污水處理和材料表面改性這兩個(gè)方向都涉及多個(gè)學(xué)科，研究難度較大。采用脈沖電凝聚法進(jìn)行污水處理，以及針對(duì)閥金

2、屬進(jìn)行脈沖微弧氧化處理，兩者遵循的基本原理都屬于電化學(xué)理論范疇，使用的設(shè)備方法是電力電子研究的領(lǐng)域，因而，兩個(gè)方向都屬于典型的交叉學(xué)科研究。 本文針對(duì)脈沖電絮凝法印染污水處理和脈沖微弧氧化等兩個(gè)特定的應(yīng)用場(chǎng)合，在深入分析電解槽負(fù)載的基礎(chǔ)上，得出電解槽負(fù)載的等效電路，自制了分別用于污水處理和微弧氧化場(chǎng)合的特種形變脈沖電源，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，得出了一些有意義的結(jié)論。主要內(nèi)容包括： （1）形變功率脈沖電源的設(shè)計(jì)

3、和調(diào)試 針對(duì)脈沖電絮凝法印染污水處理和脈沖微弧氧化等兩個(gè)特定的應(yīng)用，根據(jù)要求分別設(shè)計(jì)了脈沖電源。電源樣機(jī)可以輸出特定的電壓波形，而且輸出脈沖電壓的幅值、頻率和占空比等參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)可編程數(shù)字調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)表明，電源樣機(jī)可以滿足污水處理及微弧氧化等實(shí)驗(yàn)的具體要求。通過(guò)功率脈沖電源的研制，為脈沖電凝聚法印染污水處理以及鎂合金微弧氧化的實(shí)驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。類似的形變功率電源在相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道中并不多見(jiàn)，本文所設(shè)計(jì)的脈沖電源輸出波形種類多，可以調(diào)

4、節(jié)的參數(shù)多，參數(shù)調(diào)節(jié)方便，是這類形變電源的改進(jìn)和提高。 （2）電解槽負(fù)載特性的分析 本文從電化學(xué)理論入手，分析了電凝聚過(guò)程中與負(fù)載工作特性相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，在直流作用下的電解槽負(fù)載特性分析的基礎(chǔ)上，對(duì)脈沖電源作用下的負(fù)載特性進(jìn)行了分析。通過(guò)電化學(xué)領(lǐng)域使用的電化學(xué)阻抗譜（Electrochemical impedance spectroscopy，簡(jiǎn)稱EIS）研究方法，對(duì)電解槽進(jìn)行建模，得出定性和定量的模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量

5、電壓、電流曲線，進(jìn)行參數(shù)擬合的方法，得出實(shí)際應(yīng)用時(shí)負(fù)載的定量模型。深入分析了等效電路各個(gè)參數(shù)的具體意義，得出雙電層電容等參數(shù)和污水處理效果的關(guān)系。通過(guò)改變電解槽的電極配置來(lái)實(shí)現(xiàn)改變等效電路各電容、電阻等參數(shù)的值，從而改變電解槽電流，最后得出了等效電路參數(shù)和電極配置的關(guān)系。 本文針對(duì)電解槽負(fù)載特性進(jìn)行定性、定量分析，得出其等效電路模型，并采用該模型解釋、解決具體的問(wèn)題，得出相關(guān)結(jié)論，這樣的研究方法在文獻(xiàn)中未見(jiàn)報(bào)道。該方法采用了EI

6、S理論，并將電解槽的模型作為電化學(xué)電極反應(yīng)和電路分析的橋梁。 （3）脈沖電絮凝法污水處理的實(shí)驗(yàn)研究 本文針對(duì)印染污水，利用自制電源進(jìn)行了一系列污水處理實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析。得出了脈沖參數(shù)和凈化效果、電能凈化效率的關(guān)系。這些結(jié)論為脈沖電凝聚法印染污水處理中，脈沖形式和脈沖參數(shù)的選擇提供了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具有借鑒意義。 在負(fù)載特性分析的基礎(chǔ)上，分別討論了電壓幅值、電解槽單元數(shù)目、極板間距、脈沖的頻率及占空比等因素與視在功率、有功

7、功率、電流有效值、電流峰值等因素的關(guān)系，分析了脈沖電凝聚法污水處理的功耗，得出功耗和脈沖參數(shù)的關(guān)系，這些結(jié)論及詳細(xì)理論推導(dǎo)對(duì)于本方法的工程應(yīng)用具有重要參考意義。在此基礎(chǔ)上，討論了污水處理中影響功耗的主要因素，通過(guò)計(jì)算和外推得出實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中該方法的能耗狀況，為該方法的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供參考。 （4）脈沖微弧氧化的研究 本文針對(duì)鎂合金AZ91D，進(jìn)行了脈沖微弧氧化的研究。本文首次從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，極化曲線、X射線衍射圖譜（XRD