Плазмохимическая обработка водных растворов с использованием импульсного электрического разряда. Cоздание промышленного оборудования (Обзор)
На основе современных представлений о закономерностях инициирования и развития разряда в жидких диэлектриках выполнено научно-техническое обоснование построения системы плазменной обработки водных растворов с перспективой масштабирования на большую производительность. Особое внимание уделяется генер...
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут газу НАН України
2016
|
| Schriftenreihe: | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/141954 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Плазмохимическая обработка водных растворов с использованием импульсного электрического разряда. Cоздание промышленного оборудования (Обзор) / С.В. Петров, О.В. Ольховиков // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2016. — № 2. — С. 18-31. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-141954 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1419542018-09-19T01:22:56Z Плазмохимическая обработка водных растворов с использованием импульсного электрического разряда. Cоздание промышленного оборудования (Обзор) Петров, С.В. Ольховиков, О.В. Энергосберегающие технологии На основе современных представлений о закономерностях инициирования и развития разряда в жидких диэлектриках выполнено научно-техническое обоснование построения системы плазменной обработки водных растворов с перспективой масштабирования на большую производительность. Особое внимание уделяется генерированию высокореакционной плазмы с низким энергопотреблением. Это достигается за счет таких технических решений: резонансное разделение импульса на два канала, при этом от одного источника электропитания возбуждаются два независимых электрических разряда с энергиями около 1 Дж; создание в межэлектродных зазорах условий для горения самостоятельного объемного разряда на границах фазового перехода, при этом весь объем обрабатываемого раствора эффективно насыщается радикалами OH. Кроме того, за счет оптимального соотношения длительности импульса к частоте прохождения импульсов обеспечивается самофиксация (поддержание средней концентрации на заданном уровне) радикалов OH во всем объеме раствора. Создан образец установки, нацеленный на широкомасштабное использование. Данный комплекс, выполненный в модульном исполнении, легко встраивается в системы обработки водных растворов для очистки от тяжелых металлов, радионуклидов, солей жесткости, дезинфекции и т.д. На основі сучасних уявлень про закономірності ініціації та розвитку розряду в рідких діелектриках виконано науково-технічне обгрунтування побудови системи плазмової обробки водних розчинів з перспективою масштабування на велику продуктивність. Особливу увагу приділено генеруванню високореакційної плазми з низьким енерго-споживанням. Це досягається за рахунок таких технічних рішень: 1) резонансне розділення імпульсу на два канали, при цьому від одного джерела електроживлення збуджуються два незалежних электричних розряда з енергіями близько 1 Дж; 2) створення у міжелектродних проміжках умов для горіння самостійного об’ємного розряду на межах фазового переходу, при цьому увесь об’єм оброблюваного розчину ефективно насичується радикалами ОН. Крім того, за рахунок оптимального співвідношення тривалості імпульсу до частоти проходження імпульсів забезпечується самофіксація (підтримка середньої концентрації на заданому рівні) радикалів ОН в усьому об’ємі розчину. Створено пілотний зразок установки, націлений на широкомасштабне використання. Даний комплекс, виконаний у модульному варіанті, легко вбудовується у системи обробки водних розчинів для очищення від важких металів, радіонуклідів, солей жорсткості, дезинфекції і таке інше. On the basis of modern representations about laws of underwater discharge phenomena caused by Impulse voltages the scientific and technical substantiation of construction of system of plasma processing of water solutions with scaling prospect on the big productivity is executed. The special attention is given to generating of highly reactionary plasma with low power consumption. It is reached at the expense of a number of technical decisions. The first - resonant split of an impulse into two channels. Thus from one source of power supply is generating two independent electric discharges with energies ~ 1 J are raised. The second - creation in interelectrode gaps of conditions for burn of the independent electrical discharges on borders of phase transition. Thus all volume of a processed solution is effectively sated with radicals OH. Besides, self-fixing (maintenance of average concentration of the OH in all volume of a solution) is provided at the expense of an optimum ratio of duration of an impulse to frequency. The sample of pilot installation aimed at large-scale use is created. The given hardware executed in modular version, is easily built in systems of processing of water solutions for purification of heavy metals, radionuclides, salts of rigidity, disinfection etc. 2016 Article Плазмохимическая обработка водных растворов с использованием импульсного электрического разряда. Cоздание промышленного оборудования (Обзор) / С.В. Петров, О.В. Ольховиков // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2016. — № 2. — С. 18-31. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. 0235-3482 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/141954 621.039.73 ru Энерготехнологии и ресурсосбережение Інститут газу НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Энергосберегающие технологии Энергосберегающие технологии |
| spellingShingle |
Энергосберегающие технологии Энергосберегающие технологии Петров, С.В. Ольховиков, О.В. Плазмохимическая обработка водных растворов с использованием импульсного электрического разряда. Cоздание промышленного оборудования (Обзор) Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| description |
На основе современных представлений о закономерностях инициирования и развития разряда в жидких диэлектриках выполнено научно-техническое обоснование построения системы плазменной обработки водных растворов с перспективой масштабирования на большую производительность. Особое внимание уделяется генерированию высокореакционной плазмы с низким энергопотреблением. Это достигается за счет таких технических решений: резонансное разделение импульса на два канала, при этом от одного источника электропитания возбуждаются два независимых электрических разряда с энергиями около 1 Дж; создание в межэлектродных зазорах условий для горения самостоятельного объемного разряда на границах фазового перехода, при этом весь объем обрабатываемого раствора эффективно насыщается радикалами OH. Кроме того, за счет оптимального соотношения длительности импульса к частоте прохождения импульсов обеспечивается самофиксация (поддержание средней концентрации на заданном уровне) радикалов OH во всем объеме раствора. Создан образец установки, нацеленный на широкомасштабное использование. Данный комплекс, выполненный в модульном исполнении, легко встраивается в системы обработки водных растворов для очистки от тяжелых металлов, радионуклидов, солей жесткости, дезинфекции и т.д. |
| format |
Article |
| author |
Петров, С.В. Ольховиков, О.В. |
| author_facet |
Петров, С.В. Ольховиков, О.В. |
| author_sort |
Петров, С.В. |
| title |
Плазмохимическая обработка водных растворов с использованием импульсного электрического разряда. Cоздание промышленного оборудования (Обзор) |
| title_short |
Плазмохимическая обработка водных растворов с использованием импульсного электрического разряда. Cоздание промышленного оборудования (Обзор) |
| title_full |
Плазмохимическая обработка водных растворов с использованием импульсного электрического разряда. Cоздание промышленного оборудования (Обзор) |
| title_fullStr |
Плазмохимическая обработка водных растворов с использованием импульсного электрического разряда. Cоздание промышленного оборудования (Обзор) |
| title_full_unstemmed |
Плазмохимическая обработка водных растворов с использованием импульсного электрического разряда. Cоздание промышленного оборудования (Обзор) |
| title_sort |
плазмохимическая обработка водных растворов с использованием импульсного электрического разряда. cоздание промышленного оборудования (обзор) |
| publisher |
Інститут газу НАН України |
| publishDate |
2016 |
| topic_facet |
Энергосберегающие технологии |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/141954 |
| citation_txt |
Плазмохимическая обработка водных растворов с использованием импульсного электрического разряда. Cоздание промышленного оборудования (Обзор) / С.В. Петров, О.В. Ольховиков // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2016. — № 2. — С. 18-31. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. |
| series |
Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| work_keys_str_mv |
AT petrovsv plazmohimičeskaâobrabotkavodnyhrastvorovsispolʹzovaniemimpulʹsnogoélektričeskogorazrâdacozdaniepromyšlennogooborudovaniâobzor AT olʹhovikovov plazmohimičeskaâobrabotkavodnyhrastvorovsispolʹzovaniemimpulʹsnogoélektričeskogorazrâdacozdaniepromyšlennogooborudovaniâobzor |
| first_indexed |
2025-07-10T13:50:12Z |
| last_indexed |
2025-07-10T13:50:12Z |
| _version_ |
1837268117480275968 |
| fulltext |
Ðåàëèçàöèÿ ïðîöåññîâ ïëàçìîõèìè÷åñêîé
îáðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì
èìïóëüñíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà (òàê íàçû-
âàåìàÿ íåðàâíîâåñíàÿ ïëàçìà) äî óðîâíÿ óïðàâ-
ëÿåìîé òåõíîëîãèè íàöåëåíà íà íåîáõîäèìîñòü
ïîâûøåíèÿ ñòåïåíè î÷èñòêè è óìåíüøåíèÿ
ýíåðãîçàòðàò. Òàêàÿ òåõíîëîãèÿ ÿâëÿåòñÿ èííî-
âàöèîííîé, îáåñïå÷èâàþùåé êà÷åñòâåííûé ðîñò
ýôôåêòèâíîñòè ïðîöåññîâ, âîñòðåáîâàííûõ
ðûíêîì. Ìíîãî÷èñëåííûìè èññëåäîâàíèÿìè äî-
êàçàíî, ÷òî âûñîêîâîëüòíûå ýëåêòðè÷åñêèå ðàç-
ðÿäû â âîäå ñïîñîáíû ïîáóæäàòü ðàçëè÷íûå ðå-
àêöèè, âêëþ÷àÿ äåãðàäàöèþ îðãàíè÷åñêèõ ñî-
åäèíåíèé, óíè÷òîæåíèå áàêòåðèé è âèðóñîâ,
18 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2
Ýíåðãîñáåðåãàþùèå òåõíîëîãèè
ÓÄÊ 621.039.73
Ïåòðîâ Ñ.Â.1, äîêò. òåõí. íàóê, Îëüõîâèêîâ Î.Â.2, êàíä. ýêîí. íàóê
1 Èíñòèòóò ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
óë. Äåãòÿðåâñêàÿ, 39, 03113 Êèåâ, Óêðàèíà, e-mail: vizana.sp@gmail.com
2 ÎÎÎ «Öåíòð ýêñïåðòíûõ òåõíîëîãèé», Êèåâ
à/ÿ 12, 02206 Êèåâ, Óêðàèíà, e-mail: olegexpert5@gmail.com
Ïëàçìîõèìè÷åñêàÿ îáðàáîòêà âîäíûõ ðàñòâîðîâ
ñ èñïîëüçîâàíèåì èìïóëüñíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà.
Cîçäàíèå ïðîìûøëåííîãî îáîðóäîâàíèÿ (Îáçîð)
Íà îñíîâå ñîâðåìåííûõ ïðåäñòàâëåíèé î çàêîíîìåðíîñòÿõ èíèöèèðîâàíèÿ è ðàçâèòèÿ
ðàçðÿäà â æèäêèõ äèýëåêòðèêàõ âûïîëíåíî íàó÷íî-òåõíè÷åñêîå îáîñíîâàíèå ïîñòðîå-
íèÿ ñèñòåìû ïëàçìåííîé îáðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ ñ ïåðñïåêòèâîé ìàñøòàáèðîâàíèÿ
íà áîëüøóþ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü. Îñîáîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ ãåíåðèðîâàíèþ âûñîêîðå-
àêöèîííîé ïëàçìû ñ íèçêèì ýíåðãîïîòðåáëåíèåì. Ýòî äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò òàêèõ òåõíè-
÷åñêèõ ðåøåíèé: 1) ðåçîíàíñíîå ðàçäåëåíèå èìïóëüñà íà äâà êàíàëà, ïðè ýòîì îò îä-
íîãî èñòî÷íèêà ýëåêòðîïèòàíèÿ âîçáóæäàþòñÿ äâà íåçàâèñèìûõ ýëåêòðè÷åñêèõ ðàçðÿ-
äà ñ ýíåðãèÿìè îêîëî 1 Äæ; 2) ñîçäàíèå â ìåæýëåêòðîäíûõ çàçîðàõ óñëîâèé äëÿ ãî-
ðåíèÿ ñàìîñòîÿòåëüíîãî îáúåìíîãî ðàçðÿäà íà ãðàíèöàõ ôàçîâîãî ïåðåõîäà, ïðè ýòîì
âåñü îáúåì îáðàáàòûâàåìîãî ðàñòâîðà ýôôåêòèâíî íàñûùàåòñÿ ðàäèêàëàìè ÎÍ. Êðî-
ìå òîãî, çà ñ÷åò îïòèìàëüíîãî ñîîòíîøåíèÿ äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà ê ÷àñòîòå
ïðîõîæäåíèÿ èìïóëüñîâ îáåñïå÷èâàåòñÿ ñàìîôèêñàöèÿ (ïîääåðæàíèå ñðåäíåé êîíöåí-
òðàöèè íà çàäàííîì óðîâíå) ðàäèêàëîâ ÎÍ âî âñåì îáúåìå ðàñòâîðà. Ñîçäàí îáðàçåö
óñòàíîâêè, íàöåëåííûé íà øèðîêîìàñøòàáíîå èñïîëüçîâàíèå. Äàííûé êîìïëåêñ, âû-
ïîëíåííûé â ìîäóëüíîì èñïîëíåíèè, ëåãêî âñòðàèâàåòñÿ â ñèñòåìû îáðàáîòêè âîäíûõ
ðàñòâîðîâ äëÿ î÷èñòêè îò òÿæåëûõ ìåòàëëîâ, ðàäèîíóêëèäîâ, ñîëåé æåñòêîñòè, äåçèí-
ôåêöèè è ò.ä. Áèáë. 27, ðèñ. 8, òàáë. 1.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: èìïóëüñíûé ýëåêòðè÷åñêèé ðàçðÿä, ïóçûðüêîâûé âîäíûé ðàñòâîð,
ðàäèêàëû ÎÍ, ïðîáîé.
� Ïåòðîâ Ñ.Â., Îëüõîâèêîâ Î.Â., 2016
îêèñëåíèå íåîðãàíè÷åñêèõ èîíîâ, ñèíòåç íàíî-
ìàòåðèàëîâ è ïîëèìåðîâ.
Ïðèìåíåíèå ýëåêòðîðàçðÿäíîé ïëàçìû,
êîíòàêòèðóþùåé ñ æèäêèìè ðàñòâîðàìè, ïîç-
âîëÿåò ðåøàòü èíòåðåñíûå è ñëîæíûå íàó÷íûå
è èíæåíåðíûå çàäà÷è è îòêðûâàåò íîâûå ïåð-
ñïåêòèâû åå èñïîëüçîâàíèÿ.  ÷àñòíîñòè, ïðè
î÷èñòêå ñòî÷íûõ âîä îò îðãàíè÷åñêèõ çàãðÿçíå-
íèé òåõíîëîãèÿ, îñíîâàííàÿ íà ïëàçìåííîì ðàç-
ðÿäå â âîäíîì ðàñòâîðå, èìååò ñëåäóþùèå ïðå-
èìóùåñòâà: ïîâûøåííàÿ ýôôåêòèâíîñòü, ïîíè-
æåííûå êàïèòàëüíûå çàòðàòû íà îáîðóäîâàíèå
è ïðîñòîòà ýêñïëóàòàöèè [1].
Öåëüþ ñòàòüè ÿâëÿåòñÿ íàó÷íî-òåõíè÷å-
ñêîå îáîñíîâàíèå ïîñòðîåíèÿ ñèñòåìû ïëàç-
ìåííîé îáðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ ñ ïåð-
ñïåêòèâîé ìàñøòàáèðîâàíèÿ íà áîëüøóþ ïðî-
èçâîäèòåëüíîñòü.
Ðàçðàáîòêà ïëàçìîõèìè÷åñêèõ ðåàêòîðîâ
äëÿ ýòèõ öåëåé òðåáóåò äåòàëüíîé ïðîðàáîòêè
ìîäåëüíûõ ïðåäñòàâëåíèé î ïðèðîäå âîçäåéñò-
âèÿ ðàçðÿäà íà ðàñòâîð, ñòðîåíèè îñíîâíîé ðå-
àêöèîííîé çîíû, ñîîòíîøåíèè âêëàäîâ ïëàçìåí-
íûõ è æèäêîôàçíûõ ðåàêöèé. Íà ñåãîäíÿøíèé
äåíü íå ñóùåñòâóåò ñëîæèâøèõñÿ âçãëÿäîâ íà
ìåõàíèçìû, îïèñûâàþùèå õèìè÷åñêèå ýôôåêòû
â ñèñòåìå ñ ðàçðÿäàìè â âîäíûõ ðàñòâîðàõ, à
ïðèðîäà ðàçðÿäîâ â æèäêîñòÿõ è ìåõàíèçìû èõ
âîçáóæäåíèÿ íàìíîãî ìåíüøå ïîíÿòû è ìîãóò
ñóùåñòâåííî îòëè÷àòüñÿ îò àíàëîãè÷íûõ ðàçðÿ-
äîâ â ãàçàõ. [1, 2].
 àáñîëþòíîì áîëüøèíñòâå ëèòåðàòóðíûõ
èñòî÷íèêîâ õàðàêòåðèñòèêè æèäêèõ äèýëåêòðè-
êîâ è âîäû ïîëó÷åíû â îñíîâíîì äëÿ ýëåêòðîä-
íûõ ñèñòåì «îñòðèå — ïëîñêîñòü» èëè «îñòðèå
— îñòðèå». Ïðè ýòîì îòìå÷àåòñÿ, ÷òî áîëüøîå
âëèÿíèå íà âåëè÷èíó îñíîâíîãî ïàðàìåòðà —
ðàçðÿäíîãî íàïðÿæåíèÿ — îêàçûâàþò ãåîìåòðè-
÷åñêèå ðàçìåðû ýëåêòðîäîâ, èõ ðàñïîëîæåíèå,
ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè. Ôîðìà è ðàñïîëîæå-
íèå ýëåêòðîäîâ, íåîáõîäèìûå äëÿ êîíêðåòíûõ
òåõíîëîãèé îáðàáîòêè, ìîãóò êîðåííûì îáðàçîì
îòëè÷àòüñÿ îò ïðèâåäåííûõ â ëèòåðàòóðå. Ïî-
ýòîìó èñïîëüçîâàíèå ëèòåðàòóðíûõ äàííûõ äëÿ
êîíêðåòíûõ ýëåêòðîèìïóëüñíûõ òåõíîëîãè÷å-
ñêèõ óñòðîéñòâ ïðåäñòàâëÿåò îïðåäåëåííûå
òðóäíîñòè.
Îäíèì èç îñíîâíûõ íàïðàâëåíèé ïðèìåíå-
íèÿ äàííîé òåõíîëîãèè ÿâëÿåòñÿ âîäîî÷èñòêà,
êîòîðàÿ ïîçâîëèò îñóùåñòâëÿòü êà÷åñòâåííóþ è
â òî æå âðåìÿ íèçêîçàòðàòíóþ î÷èñòêó ïðî-
ìûøëåííûõ è áûòîâûõ ñòî÷íûõ âîä. Äàííûé
ñïîñîá ýôôåêòèâíî óäàëÿåò ñòîéêèå îðãàíè÷å-
ñêèå âåùåñòâà ñ ïîìîùüþ ãèäðîêñèë-ðàäèêàëîâ
(ÎÍ), îáðàçóþùèõñÿ ïðè ýëåêòðè÷åñêîì ðàçðÿ-
äå íà ïîâåðõíîñòè ôàçîâîãî ðàçäåëà ãàç —
æèäêîñòü. Õèìè÷åñêèå ýôôåêòû òàêèõ ðàçðÿäîâ
ïåðñïåêòèâíû äëÿ ðàçðàáîòêè íîâûõ ìåòîäîâ
áåçðåàãåíòíîé î÷èñòêè âîäû îò ðàçëè÷íûõ ïðè-
ìåñåé. Ïðè ýòîì ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ ëèáî
÷àñòè÷íûå ðàçðÿäû, êîãäà ðàçðÿä íå äîñòèãàåò
âòîðîãî ýëåêòðîäà, ëèáî ïîëíûå, êîãäà êàíàë
ðàçðÿäà çàìûêàåòñÿ ïîëíîñòüþ ìåæäó ýëåêòðî-
äàìè. Ðàçðÿä ìîæåò âîçáóæäàòüñÿ â çàçîðå
ìåæäó ýëåêòðîäîì è ïîâåðõíîñòüþ âîäû èëè
ìåæäó ïîãðóæåííûìè â âîäó ýëåêòðîäàìè. Èì-
ïóëüñíûé ýëåêòðè÷åñêèé ðàçðÿä, âîçáóæäàåìûé
íà ãðàíèöå ðàçäåëà ãàç — æèäêîñòü, ñîçäàåò
óëüòðàôèîëåòîâîå èçëó÷åíèå è ïðåîáðàçóåò ìî-
ëåêóëû âîäû â àêòèâíûå ÷àñòèöû. Íàèáîëåå ðå-
àêöèîííîñïîñîáíûìè ïðîäóêòàìè ðàçðÿäà ÿâëÿ-
þòñÿ àòîìàðíûé êèñëîðîä è ãèäðîêñèë-ðàäè-
êàë. Îíè ÿâëÿþòñÿ ìîùíûì íåñåëåêòèâíûì õè-
ìè÷åñêèì îêèñëèòåëåì, êîòîðûé ðåàãèðóåò ñ
áîëüøèíñòâîì ñîåäèíåíèé î÷åíü áûñòðî, êîí-
ñòàíòû ñêîðîñòåé ðåàêöèé ìîëåêóëÿðíîãî îçîíà
è ðàäèêàëîâ ÎÍ ñ íåêîòîðûìè îðãàíè÷åñêèìè
ñîåäèíåíèÿìè ïðèâåäåíû â òàáëèöå [3].
Áëàãîäàðÿ âûñîêîé õèìè÷åñêîé àêòèâíîñòè
÷àñòèö ÎÍ òàêèå ñòîéêèå âåùåñòâà, êàê ÏÀÂ,
ôåíîëû, äèîêñèíû, ðàçëàãàþòñÿ íà óãëåêèñëûé
ãàç, ìîëåêóëû âîäû è äðóãèå íåîðãàíè÷åñêèå
ñîåäèíåíèÿ, à òÿæåëûå ìåòàëëû îáðàçóþò íå-
ðàñòâîðèìûå ñîåäèíåíèÿ è âûïàäàþò â îñàäîê.
Ïðè ïëàçìåííîì ðàçðÿäå â æèäêîé ôàçå ïî-
ñðåäñòâîì êîìïëåêñà áèîôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ
èíèöèèðóåòñÿ áàêòåðèöèäíûé ýôôåêò.
Ïðè ñðàâíåíèè ñâîéñòâ ðàäèêàëîâ ÎÍ è
îçîíà íàáëþäàåòñÿ ðàçëè÷èå â æèäêîôàçíîé õè-
ìèè îêèñëåíèÿ, ïîñêîëüêó ïðèñóòñòâèå âîäÿíûõ
ïàðîâ óìåíüøàåò îáðàçîâàíèå îçîíà â ãàçîôàç-
íîé ïëàçìå. Ñíèæåíèå îáðàçîâàíèÿ îçîíà â
ïðÿìîì ðàçðÿäå ñ âîäíûì ðàñòâîðîì êîìïåíñè-
ðóåòñÿ óâåëè÷åíèåì îáðàçîâàíèÿ áîëåå àêòèâ-
íûõ ÷àñòèö ðàäèêàëîâ ÎÍ, êîòîðûå óëó÷øàþò
ðåàêöèè äåãðàäàöèè.
Íå ðàññìàòðèâàÿ ïîëíûé ïåðå÷åíü ìåõàíèç-
ìîâ îáðàçîâàíèÿ ðàäèêàëîâ ÎÍ â âîäíûõ ðàñ-
òâîðàõ, îñòàíîâèìñÿ ïîäðîáíåå íà ðàçðÿäíîì
ìåõàíèçìå êàê íà îñíîâíîì. Çíàíèå ïîâåäåíèÿ
ðàäèêàëîâ ÿâëÿåòñÿ îáÿçàòåëüíûì óñëîâèåì äëÿ
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2 19
Êîíñòàíòû ñêîðîñòè ðåàêöèé (k, M–1 ñ–1) îçîíà
è ðàäèêàëà ÎÍ. ñ îðãàíè÷åñêèìè ñîåäèíåíèÿìè
Ñîåäèíåíèå Î3 ÎÍ·
Õëîðèðîâàííûå àëêåíû 103–104 109–1011
Ôåíîëû 103 109–1010
N-ñîäåðæàùèå îðãàíè÷åñêèå
âåùåñòâà
10–102 108–1010
Àðîìàòè÷åñêèå âåùåñòâà 1–102 108–1010
Êåòîíû 1 109–1010
Ñïèðòû 10—2–1 108–109
ðàçðàáîòêè ýôôåêòèâíûõ èìïóëüñíûõ èñòî÷íè-
êîâ ýëåêòðîïèòàíèÿ è ðåàêòîðîâ íåðàâíîâåñíîé
ïëàçìåííîé îáðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ, êîãäà
âðåìÿ ïðèëîæåíèÿ èìïóëüñà íàïðÿæåíèÿ â ÷àñ-
òè÷íîì èëè ïîëíîì ðàçðÿäå êîðî÷å âðåìåíè
ìàêñâåëëîâñêîé ðåëàêñàöèè â æèäêîñòè. Íåðàâ-
íîâåñíàÿ ïëàçìà ãåíåðèðóåòñÿ ïóëüñèðóþùèì
ýëåêòðè÷åñêèì ðàçðÿäîì, â êîòîðîì ïðîäîëæè-
òåëüíîñòü èìïóëüñà îáû÷íî ñîñòàâëÿåò íåñêîëü-
êî ñîòåí íàíîñåêóíä. Â òàêîì ïóëüñèðóþùåì
ðàçðÿäå ãàçîâàÿ òåìïåðàòóðà íàìíîãî íèæå
ýëåêòðîííîé òåìïåðàòóðû (1–10 ýÂ [4]), ïî-
ñêîëüêó ïðîäîëæèòåëüíîñòü ðàçðÿäíîãî èì-
ïóëüñà íàìíîãî êîðî÷å, ÷åì âðåìÿ ïåðåäà÷è òå-
ïëà îò ýëåêòðîíîâ ìîëåêóëàì.
Òàêèì îáðàçîì, èìïóëüñíûé ðàçðÿä ìîæåò
ãåíåðèðîâàòü âûñîêî ðåàêöèîííóþ ïëàçìó ñ
íèçêèì ýíåðãîïîòðåáëåíèåì, ïîñêîëüêó ïîäâî-
äèìàÿ ýíåðãèÿ â îñíîâíîì èñïîëüçóåòñÿ íà ïðî-
èçâîäñòâî ðàäèêàëîâ, èîíîâ è âîçáóæäåííûõ
÷àñòèö ñ íåçíà÷èòåëüíûìè ïîòåðÿìè íà ðàñøè-
ðåíèå êàíàëà è íàãðåâ ãàçà. Ïóëüñèðóþùèé
âêëàä ýíåðãèè ïîçâîëÿåò îãðàíè÷èòü òåðìè÷å-
ñêèå ýôôåêòû, ñëåäîâàòåëüíî, ïðèâîäèò ê ïî-
âûøåíèþ ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè.
 êèñëîðîäñîäåðæàùèõ ðàçðÿäàõ ñ âîäÿíû-
ìè ïàðàìè ðàäèêàëû ÎÍ ãåíåðèðóþòñÿ ïðè
ñòîëêíîâåíèè ñ àòîìàìè êèñëîðîäà èëè ýëåê-
òðîíàìè â ñîîòâåòñòâèè ñ ðåàêöèÿìè (à–ñ)
[5–7]:
e + O2 � O· + O· + e; (a)
O· + H2O � OH + OH; (b)
e + H2O � H·+ OH + e. (c)
Ïëîòíîñòü ðàäèêàëîâ ÎÍ óâåëè÷èâàåòñÿ ñ
ïîâûøåíèåì ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè. Çíà÷è-
òåëüíîå ïîâûøåíèå íàïðÿæåíèÿ òàêæå ïðèâî-
äèò ê ðîñòó òîêà è ñîîòâåòñòâåííî ê óâåëè÷å-
íèþ ïëîòíîñòè ýëåêòðîíîâ, íî ýíåðãåòè÷åñêàÿ
ýôôåêòèâíîñòü ïðîâåäåíèÿ ïëàçìîõèìè÷åñêèõ
ðåàêöèé ñíèæàåòñÿ.
 âîäíûõ ðàñòâîðàõ ìîæåò èìåòü ìåñòî ñà-
ìîôèêñàöèÿ ðàäèêàëîâ ÎÍ. Ýòî ñëåäóåò èç
ïðîñòîé îöåíêè âðåìåíè èõ æèçíè, êîòîðîå
ñîñòàâëÿåò îêîëî 1 ìñ [8]. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðî-
öåññ ñàìîôèêñàöèè ðàáîòàåò íà ÷àñòîòå îêîëî
1 êÃö.  òàêîé ñèòóàöèè óðîâåíü êîíöåíòðàöèè
ðàäèêàëîâ ÎÍ, êîòîðûå îñòàþòñÿ ïîñëå ðàçðÿ-
äà, ìîæåò áûòü çàôèêñèðîâàí â òå÷åíèå ïîñëå-
äóþùåãî ðàçðÿäà. Ïðîöåññ ëîêàëüíîãî ðîæäå-
íèÿ è óáûëè ðàäèêàëîâ ÎÍ ÿâëÿåòñÿ ñëó÷àé-
íûì. Óáûëü ðàäèêàëîâ ÎÍ ïðîèñõîäèò â ñîîò-
âåòñòâèè ñ ðåàêöèÿìè:
OH + OH + M � H2O2 + M; (d)
OH + OH � H2O + O; (e)
OH + H· + M � H2O + M. (f)
Ïîëîñû èñïóñêàíèÿ ðàäèêàëà ÎÍ âñåãäà
ïðèñóòñòâóþò â ñïåêòðå ðàçðÿäà ñ âîäÿíûìè ïà-
ðàìè. Èíòåíñèâíîñòü ñâå÷åíèÿ ðàäèêàëîâ ÎÍ
ëèíåéíî ðàñòåò ñ ïîâûøåíèåì ýíåðãèè ðàçðÿäà.
Ðàäèêàëû ÎÍ ãåíåðèðóþòñÿ â êàíàëå ðàçðÿäà
[9–11]. Ïðÿìûå èçìåðåíèÿ ìåòîäîì ëàçåðíîèí-
äóöèðîâàííîé ôëóîðåñöåíöèè ïîêàçàëè, ÷òî
ïëîòíîñòü ðàäèêàëîâ ÎÍ ïðèáëèçèòåëüíî ïðî-
ïîðöèîíàëüíà ýíåðãèè, ðàñõîäóåìîé ðàçðÿäîì
(ðèñ.1), è ñîñòàâëÿåò (2–4)·1014 ñì–3/ìÄæ
[9]. Èìïóëüñíûé ðàçðÿä ñîçäàâàëñÿ â âîçäóõå ñ
ñîäåðæàíèåì âîäÿíîãî ïàðà 2,4 % ìåæäó ýëåê-
òðîäàìè ñ çàçîðîì 16 ìì äëÿ êîðîííîãî ðàçðÿ-
äà è 5 ìì äëÿ áàðüåðíîãî ðàçðÿäà. Ïðîäîëæè-
òåëüíîñòü èìïóëüñà 100 íñ ñ àìïëèòóäîé ïðèëî-
æåííîãî íàïðÿæåíèÿ 35 êÂ. Àìïëèòóäà òîêà
êîðîííîãî ðàçðÿäà — 9 À, áàðüåðíîãî — 20 À.
Ïëîòíîñòü è ñêîðîñòü óáûëè ðàäèêàëîâ ÎÍ
çàâèñÿò îò èõ ïîëîæåíèÿ â ðàçðÿäíîì çàçîðå.
Èç ðèñ.2 âèäíî, ÷òî ñêîðîñòü óáûëè ðàäèêàëîâ
ÎÍ âîçðàñòàåò ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò ïîâåðõíîñòè
àíîäà. Âåðîÿòíî, ýòî âûçâàíî ðàçëè÷èåì â ëî-
êàëüíîé ãàçîâîé òåìïåðàòóðå. Âûïîëíåííûå èç-
ìåðåíèÿ âðàùàòåëüíîé òåìïåðàòóðû ÎÍ (ïðåä-
ïîëàãàåòñÿ, ÷òî îíà ðàâíà òåìïåðàòóðå ãàçà) ïî-
êàçàëè, ÷òî ýòà òåìïåðàòóðà íàõîäèòñÿ íà óðîâ-
íå 400–600 Ê è ïîñëå ðàçðÿäà ÷åðåç 50–100 ìêñ
âîçðàñòàåò äî 1000 è 600 Ê ñîîòâåòñòâåííî. Íàè-
áîëåå âåðîÿòíîå îáúÿñíåíèå â òîì, ÷òî êîëåáà-
òåëüíàÿ ýíåðãèÿ ìîëåêóë ðåëàêñèðóåò â êèíåòè-
÷åñêóþ [11].
Ïåðâè÷íûå àêòèâíûå ÷àñòèöû (ðàäèêàëû,
àòîìû, âîçáóæäåííûå ìîëåêóëû) îáðàçóþòñÿ â
áîëüøîé êîíöåíòðàöèè â ïåðâè÷íîé ðåàêöèîí-
20 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2
Ðèñ.1. Âûõîä ðàäèêàëîâ ÎÍ â çàâèñèìîñòè îò ýíåðãèè ðàç-
ðÿäà: 1, 2 — áàðüåðíûé; 3, 4 — êîðîííûé; 1, 4 — îòðèöà-
òåëüíûé, 3, 4 — ïîëîæèòåëüíûé.
íîé çîíå â ïðåäåëàõ ðàçðÿäíîãî êàíàëà. Äàëåå
îíè â ðåçóëüòàòå êîíâåêöèè è äèôôóçèè âûíî-
ñÿòñÿ â ðàñòâîð è âçàèìîäåéñòâóþò òàì ñ ìîëå-
êóëàìè âîäû è ðàñòâîðåííûìè èëè âçâåøåííû-
ìè ÷àñòèöàìè ïðèìåñåé, ïðîèçâîäÿ âòîðè÷íûå
õèìè÷åñêè àêòèâíûå ÷àñòèöû [12]. Êîíöåíòðà-
öèÿ àêòèâíûõ ÷àñòèö è èíòåíñèâíîñòü ôèçè÷å-
ñêèõ âîçäåéñòâèé (óëüòðàôèîëåòîâîå èçëó÷å-
íèå, óäàðíûå âîëíû) ñèëüíî çàâèñÿò îò òèïà
ðàçðÿäà è ñâîéñòâ ðàñòâîðà.
 òåõíîëîãèè îáðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ
èñïîëüçóþò êîðîííûé, èñêðîâîé è êâàçèîáúåì-
íûé òèïû ðàçðÿäîâ, âîçáóæäàåìûõ íåïîñðåäñò-
âåííî â âîäå, â ãàçîâîé ôàçå ñ æèäêèì ýëåêòðî-
äîì è â ïóçûðüêîâîé æèäêîñòè. Â êâàçèîáúåì-
íûõ ðàçðÿäàõ, ïðîèñõîäÿùèõ òîëüêî â ãàçàõ è
ñìåñÿõ ãàç — æèäêîñòü, äëÿ èçáåæàíèÿ êîíòð-
àêöèè è ñîõðàíåíèÿ áîëüøîãî ðàáî÷åãî îáúåìà
èñïîëüçóþòñÿ ñïåöèàëüíûå ïðèåìû: ñîêðàùåíèå
äëèòåëüíîñòè ãîðåíèÿ ðàçðÿäà (ïðèìåðíî äî
10–7 ñ), óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè èçìåíåíèÿ íàïðÿ-
æåííîñòè ïîëÿ ïðèìåðíî äî 1011 Â/ìñ, îãðàíè-
÷åíèå ïëîòíîñòè ðàçðÿäíîãî òîêà, íàïðèìåð,
ïðèìåíåíèåì äèýëåêòðè÷åñêèõ áàðüåðîâ. Ââîä â
ðàçðÿäíûé ïðîìåæóòîê äèýëåêòðè÷åñêîãî áàðü-
åðà (ñòåêëî, êåðàìèêà, ýìàëü è ò.ï.) ïðèâîäèò
ê óñëîæíåíèþ êîíñòðóêöèè ðåàêòîðà. Ïðè ìàñ-
øòàáèðîâàíèè èñòî÷íèêà ïëàçìû äëÿ ïðîìûø-
ëåííîãî ïðèìåíåíèÿ ñ áîëüøèì ðàñõîäîì âîäû
âàæíûì ïîêàçàòåëåì ÿâëÿåòñÿ óâåëè÷åíèå îáú-
åìà àêòèâíîãî ïëàçìåííîãî ðàçðÿäà.
Èçâåñòíû è èñïîëüçóþòñÿ ïåðåõîäíûå ôîð-
ìû ðàçðÿäîâ (íàïðèìåð, ñêîëüçÿùèé äóãîâîé
ðàçðÿä, èìïóëüñíûé êîðîííûé ðàçðÿä â ïåðå-
õîäíîì ðåæèìå, áëèçêîì ê ìîìåíòó îáðàçîâà-
íèÿ èñêðû), ïàðàìåòðû êîòîðûõ ñèëüíî îòëè÷à-
þòñÿ îò îáû÷íûõ ðàçðÿäîâ è îáëàäàþò ñóùå-
ñòâåííî áîëüøåé ñòåïåíüþ íåðàâíîâåñíîñòè
[13]; âðåìÿ æèçíè àêòèâíûõ ðàäèêàëîâ î÷åíü
êîðîòêîå.
Äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà
â êðóïíîìàñøòàáíîé òåõíîëîãèè î÷èñòêè âîä-
íûõ ðàñòâîðîâ äîëæíû áûòü ïðèíÿòû âî âíèìà-
íèå ñëåäóþùèå àñïåêòû:
— ðàçðàáîòêà êîíöåïöèè íàäåæíûõ è âûñî-
êîðåñóðñíûõ ðåàêòîðîâ, ÷òî â îñíîâíîì îïðåäå-
ëÿåòñÿ ýëåêòðîäíîé ñèñòåìîé;
— ðàçðàáîòêà íàäåæíûõ, íåäîðîãèõ è ïðî-
ñòûõ èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêîâ ýëåêòðîïèòàíèÿ;
— ìèíèìèçàöèÿ óäåëüíûõ çàòðàò ýëåêòðî-
ýíåðãèè, ïîñêîëüêó âûñîêèå ýíåðãîçàòðàòû ïðå-
ïÿòñòâóþò øèðîêîìàñøòàáíîé êîìåðöèàëèçàöèè
ëþáîé âîäîî÷èñòíîé òåõíîëîãèè;
— íàëè÷èå ñèñòåìû èçìåðåíèÿ è êîíòðîëÿ
ïðîèçâîäñòâà àêòèâíûõ ÷àñòèö â ðàçðÿäå.
Êðîìå òîãî, äîëæíû ó÷èòûâàòüñÿ ïðèâåäåí-
íûå íèæå îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ.
1. Èìïóëüñíûé ðåæèì
Âûñîêóþ íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî
ïîëÿ â âîäå (E � 105 Â/ñì è âûøå) äëÿ ïðîáîÿ
è ðåàëèçàöèè íåðàâíîâåñíîãî ðàçðÿäà ìîæíî
ñîçäàâàòü òîëüêî â èìïóëüñíîì ðåæèìå. Èç
àíàëèçà ìíîãî÷èñëåííûõ ïóáëèêàöèé ñëåäóåò,
÷òî íåñìîòðÿ íà íåïîëíîå ïîíèìàíèå ïðîöåññîâ
èíèöèèðîâàíèÿ (çàæèãàíèÿ) è ðàçâèòèÿ ðàç-
ðÿäà â æèäêîñòÿõ, íàêîïëåííûõ äàííûõ äîñòà-
òî÷íî äëÿ èõ òåõíîëîãè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ.
Ñ òî÷êè çðåíèÿ òåõíîëîãèè íàèáîëüøèé
èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿåò îïðåäåëåíèå óñëîâèé, ïðè
êîòîðûõ îñóùåñòâëÿåòñÿ 100 %-é ïðîáîé íà
êàæäîì èìïóëüñå, îáåñïå÷èâàþùèé íàèáîëü-
øóþ ýôôåêòèâíîñòü ïðîöåññà. Ýêñïåðèìåíòàëü-
íûå äàííûå ïî ýëåêòðè÷åñêîé ïðî÷íîñòè äàæå
«ïðåäåëüíî ÷èñòûõ» æèäêîñòåé ðàçíîîáðàçíû
[14]. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè çàæèãàíèÿ ðàç-
ðÿäà: íàïðÿæåíèå çàæèãàíèÿ, âðåìÿ çàïàçäûâà-
íèÿ çàæèãàíèÿ, ìåñòî çàæèãàíèÿ — â îñíîâíîì
îïðåäåëÿþòñÿ ñîîòíîøåíèåì óïðàâëÿåìûõ ïàðà-
ìåòðîâ, à èìåííî: ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì, çàäà-
âàåìûì ðàçíîñòüþ ïîòåíöèàëîâ, è ãåîìåòðèåé
ïðîìåæóòêà. Îäíàêî òî÷íûé ðàñ÷åò íàïðÿæåí-
íîñòè ïîëÿ íà ýëåêòðîäàõ è â ïðîìåæóòêå, êî-
òîðûé ìîã áû ïîñëóæèòü îñíîâîé ïðè âûâîäå
êðèòåðèÿ çàæèãàíèÿ ðàçðÿäà, â íàñòîÿùåå âðå-
ìÿ íåâîçìîæåí èç-çà îòñóòñòâèÿ äîñòîâåðíûõ
äàííûõ ïî ìíîãèì ïàðàìåòðàì [15, 16], êîòî-
ðûå â èòîãå ïîäáèðàþòñÿ îïûòíûì ïóòåì. Ýòî
ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ïðîáîé âîçíèêàåò âñëåä çà
ðàçâèòèåì â æèäêîñòè è çàìûêàíèåì ðàçðÿäíî-
ãî ïðîìåæóòêà ðàçðÿäíîé ñòðóêòóðîé, êà÷åñò-
âåííî îòëè÷àþùåéñÿ îò ïðîáîÿ ãàçîâ íà ìàëûõ
ïðîìåæóòêàõ. Ïðîñòðàíñòâåííûå è âðåìåííûå
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2 21
Ðèñ.2. Óáûëü ïëîòíîñòè ðàäèêàëîâ ÎÍ ïîñëå èìïóëüñà ïî-
ëîæèòåëüíîé êîðîíû ðàçðÿäà â óâëàæíåííîé ñìåñè êèñëî-
ðîäà (2 %) ñ àçîòîì íà ðàçíûõ ðàññòîÿíèÿõ îò âåðøèíû
àíîäà. Àìïëèòóäà èìïóëüñíîãî íàïðÿæåíèÿ — 24 êÂ, òîêà
— 20 À. Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà òîêà 100 ìêñ îò ðàçðÿäà
åìêîñòè 860 ïÔ.
õàðàêòåðèñòèêè ðàçðÿäà, íà÷èíàÿ îò ìîìåíòà
ïîäà÷è íà ðàçðÿäíûé ïðîìåæóòîê íàïðÿæåíèÿ,
çàìûêàíèÿ ïðîìåæóòêà ïðîâîäÿùèì êàíàëîì è
çàêàí÷èâàþùèõñÿ ñïàäîì òîêà äî íóëÿ, îïðåäå-
ëÿþò ñêîðîñòíîé ôîòîãðàôè÷åñêîé ðåãèñòðàöè-
åé êàíàëà ñ îäíîâðåìåííûì îñöèëëîãðàôèðîâà-
íèåì òîêà è íàïðÿæåíèÿ.
Èìïóëüñíûé ïðîáîé â æèäêîñòè âêëþ÷àåò
òàêèå ïîñëåäîâàòåëüíûå ñòàäèè ðàçðÿäà: 1) çà-
æèãàíèå ðàçðÿäà; 2) ðàçâèòèå ïåðâè÷íîãî êàíà-
ëà äèàìåòðîì 1–5 ìêì ïðîèñõîäèò ñî ñêîðî-
ñòüþ 105–107 ñì/ñ è ñîïðîâîæäàåòñÿ ïðîòåêà-
íèåì òîêà 10–3–10–4 À; 3) ïðåîáðàçîâàíèå ïåð-
âè÷íîãî êàíàëà â ëèäåðíûé ñ âûíîñîì ïîòåí-
öèàëà âûñîêîâîëüòíîãî ýëåêòðîäà âãëóáü ïðî-
ìåæóòêà ñâÿçàíî ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû è
äàâëåíèÿ, êîòîðîå ïðèâîäèò ê óäàðíîìó ðàñøè-
ðåíèþ êàíàëà, óâåëè÷åíèþ òîêà íà 3–4 ïîðÿäêà
ñ ÿðêîé âñïûøêîé êàíàëà. Â ìîìåíò êàñàíèÿ
ëèäåðíûì êàíàëîì ïëîñêîñòè èëè âñòðå÷è äâóõ
ðàçâèâàþùèõñÿ ëèäåðíûõ êàíàëîâ íà÷èíàåòñÿ
êà÷åñòâåííî íîâàÿ ñòàäèÿ ðàçðÿäà, ñïàä íàïðÿ-
æåíèÿ íà ðàçðÿäíîì ïðîìåæóòêå è óñòàíàâëè-
âàåòñÿ äóãà. Îäíàêî, íè îäíà èç ñóùåñòâóþùèõ
ñåãîäíÿ òåîðèé ïðîáîÿ æèäêîñòåé íå îïèñûâàåò
ðàçâèòèå ðàçðÿäà, êàê ìíîãîñòàäèéíûé ïðîöåññ.
Ðàçðÿä â æèäêîñòè ïðè ìèêðîñåêóíäíîé
äëèòåëüíîñòè îêàçûâàåòñÿ ñõîæèì ñ ïðîáîåì
äëèííûõ ãàçîâûõ ïðîìåæóòêîâ, òèïà ìîëíèè.
Ðîñò ðàçðÿäíûõ ñòðóêòóð, îáðàçîâàííûõ ðàç-
âåòâëåííûìè ïëàçìåííûìè êàíàëàìè, èìååò ñòî-
õàñòè÷åñêóþ ïðèðîäó, íîñèò âåðîÿòíîñòíûé õà-
ðàêòåð è îáóñëîâëåí ìíîæåñòâîì âçàèìîñâÿçàí-
íûõ ýëåêòðè÷åñêèõ, ãèäðîäèíàìè÷åñêèõ, îïòè÷å-
ñêèõ è äðóãèõ ÿâëåíèé.
Äëÿ çàæèãàíèÿ ðàçðÿäà è äëÿ ïðîáîÿ â öå-
ëîì õàðàêòåðíî ÿâëåíèå çàïàçäûâàíèÿ. Âðåìÿ
çàäåðæêè ïðîáîÿ ñèëüíî çàâèñèò îò ïîëÿðíîñòè
ïðèëîæåííîãî íàïðÿæåíèÿ è íå÷óâñòâèòåëüíî ê
ýëåêòðîïðîâîäíîñòè âîäû. Ñâîéñòâà ðàçðÿäíûõ
ñòðóêòóð ñóùåñòâåííî îïðåäåëÿþòñÿ ïîëÿðíî-
ñòüþ ýëåêòðîäà, ñ êîòîðîãî íàáëþäàåòñÿ èõ
ðîñò (ýôôåêò ïîëÿðíîñòè). Âðåìÿ çàäåðæêè
ïðîáîÿ äëÿ ïîëîæèòåëüíîé ïîëÿðíîñòè íàìíîãî
ìåíüøå, ÷åì äëÿ îòðèöàòåëüíîé (ñîîòâåòñòâåííî
2–30 è 55–120 ìêñ). Ïðåäïðîáîéíàÿ ýíåðãèè
äëÿ îòðèöàòåëüíîé ïîëÿðíîñòè áîëüøå, ÷åì äëÿ
ïîëîæèòåëüíîé è â îáîèõ ñëó÷àÿõ âîçðàñòàåò ñ
óâåëè÷åíèåì ýëåêòðîïðîâîäíîñòè âîäû. Ìåõà-
íèçì ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñòðèìåðà â âîäå èçó÷åí
ñëàáî, îäíàêî îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè, äîñòà-
òî÷íûå äëÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðèìåíåíèé, èçâåñò-
íû. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ
ëèìèòèðóþùèì ôàêòîðîì ïðîáîÿ ÿâëÿåòñÿ ðàçâè-
òèå ðàçðÿäà ñ îòðèöàòåëüíîãî ýëåêòðîäà.
Ïðîöåññ ðàçâèòèÿ ðàçðÿäà â âîäå ñ îòðèöà-
òåëüíîãî îñòðèÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ àíîìàëüíî íèç-
êîé ñêîðîñòüþ äâèæåíèÿ ëèäåðà 1–2 êì/ñ, ñ ïî-
ëîæèòåëüíîãî — 10–20 êì/ñ [15]. Â ïðîöåññå
ðàçâèòèÿ îòðèöàòåëüíîãî ëèäåðà åãî êàíàë âñïû-
õèâàåò ÷åðåç íåñêîëüêî ìèêðîñåêóíä ïîñëå íà÷à-
ëà ïðîõîæäåíèÿ òîêà [17]. Îáðàçîâàíèå è äâè-
æåíèå â ñèëüíîì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå íîñèòåëåé
çàðÿäà îáåñïå÷èâàåò èíòåíñèâíîå âûäåëåíèå òåï-
ëîâîé ýíåðãèè. Ïîñëåäíåå ïåðåâîäèò æèäêîñòü â
ñâåðõêðèòè÷åñêîå ñîñòîÿíèå, ñîïðîâîæäàþùååñÿ
ïðàêòè÷åñêè ìãíîâåííûì îáðàçîâàíèåì çàðîäû-
øåé ãàçîâîé ôàçû âûñîêîãî äàâëåíèÿ è òåìïåðà-
òóðû. Çà ýòèì ñëåäóåò áûñòðîå (ñâåðõçâóêîâîå)
ðàñøèðåíèå, ñîïðîâîæäàþùååñÿ ôîðìèðîâàíèåì
óäàðíîé âîëíû, ñíèæåíèåì òåìïåðàòóðû è äàâ-
ëåíèÿ è îáðàçîâàíèåì ãàçîâîãî êàíàëà. Ðàñøèðå-
íèå ñòâîëà êàíàëà ïðîèñõîäèò ñ ìàëîé (äîçâóêî-
âîé) ñêîðîñòüþ 103–104 ñì/ñ.
Îñíîâíûì ìåõàíèçìîì óäëèíåíèÿ ïåðâè÷-
íîãî êàíàëà ÿâëÿåòñÿ íå äâèæåíèå ãðàíèöû ãàç
— æèäêîñòü, à ïîñòîÿííîå ñîçäàíèå òàêîé ãðà-
íèöû. Êèíåòèêà ðàçðÿäà ñóùåñòâåííî çàâèñèò
îò êðóòèçíû íàðàñòàíèÿ èìïóëüñà. Äëÿ òåõíî-
ëîãèé îáðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ çàñëóæèâàåò
âíèìàíèÿ ÿâëåíèå, âîçíèêàþùåå ïðè áîëüøîé
íàïðÿæåííîñòè è áîëüøîé êðóòèçíå êîñîóãîëü-
íûõ èìïóëüñîâ, êîãäà íàáëþäàåòñÿ îäíîâðåìåí-
íîå ðàçâèòèå áîëüøîãî ÷èñëà ëèäåðíûõ êàíà-
ëîâ, îáðàçóþùèõ ñôåðó. Çàäà÷à ñâîäèòñÿ ê ñî-
çäàíèþ âîçìîæíîñòè óïðàâëÿåìîãî èíèöèèðîâà-
íèÿ ðàçðÿäà ïðè èìïóëüñíîì íàïðÿæåíèè ñ âû-
ñîêîé âðåìåííîé ñòàáèëüíîñòüþ.
Ïðè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñîâ íàïðÿæåíèÿ
ïîðÿäêà äîëåé ìèëëèñåêóíä è ìåíüøå, ïîäàâàå-
ìîãî íà ýëåêòðîäû, ïîãðóæåííûå â âîäó, åå íà-
ãðåâ â öåëîì èç-çà äæîóëåâà òåïëà íåçíà÷èòå-
ëåí. Ïîñêîëüêó ýëåêòðîïðîâîäíîñòü äèýëåêòðè-
÷åñêîé ñðåäû ýêñïîíåíöèàëüíî çàâèñèò îò òåì-
ïåðàòóðû, òî ïðè âûáîðå èíòåðâàëà ìåæäó èì-
ïóëüñàìè ñëåäóåò ó÷èòûâàòü áàëàíñ ìåæäó äæî-
óëåâûì òåïëîì, âûäåëèâøåìñÿ â êàíàëå ðàçðÿ-
äà â ìîìåíò ïðîõîæäåíèÿ òîêà, è åãî ðàññåèâà-
íèåì â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè â ïàóçàõ. Äà-
æå âûñîêàÿ ÷àñòîòà ñðàáàòûâàíèÿ èìïóëüñíîãî
óñòðîéñòâà íå ìîæåò ñíèçèòü ýëåêòðè÷åñêóþ
ïðî÷íîñòü âîäû, åñëè åå òåìïåðàòóðà íå äîñòè-
ãàåò òåìïåðàòóðû êèïåíèÿ, à äëèòåëüíîñòü ðà-
áî÷åãî èìïóëüñà áëèçêà ê 1 ìêñ è ìåíåå [15]. Â
êîíå÷íîì ñ÷åòå ÷àñòîòà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ
ñèëüíî âëèÿåò íà ïðîèçâîäñòâî ðàäèêàëîâ [17].
2. Íàïðÿæåíèå
Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè è ðàáîòå óñòàíîâîê,
èñïîëüçóþùèõ âûñîêîâîëüòíûé ýëåêòðè÷åñêèé
ðàçðÿä â æèäêîñòè, âñåãäà âîçíèêàåò íåîáõîäè-
ìîñòü â âûáîðå ïðîáèâíîãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ
ñòàáèëüíîãî è ýôôåêòèâíîãî ðàçðÿäà â ðàçíîîá-
ðàçíûõ óñëîâèÿõ ðåàëèçàöèè òåõíîëîãèè. Ðå-
22 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2
øàþùèì äëÿ âûÿñíåíèÿ ìåõàíèçìîâ ïðîáîÿ
æèäêîñòè ÿâëÿåòñÿ âîïðîñ î íàïðÿæåííîñòè
ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, ïðè êîòîðîé íà÷èíàåòñÿ
ôîðìèðîâàíèå êàíàëà ðàçðÿäíîé ñòðóêòóðû.
Ðàñïðåäåëåíèå íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî
ïîëÿ ìåæäó ýëåêòðîäàìè íåîáõîäèìî äëÿ ðàñ÷å-
òà âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè ðàçðÿäà. Ê
ïåðâè÷íûì òåõíîëîãè÷åñêèì óñëîâèÿì, íà êîòî-
ðûå ìîæíî âëèÿòü, ñëåäóåò îòíåñòè èñõîäíóþ
óäåëüíóþ ýëåêòðîïðîâîäíîñòü ðàáî÷åé ñðåäû,
ãèäðîñòàòè÷åñêîå äàâëåíèå â æèäêîñòè, åå òåì-
ïåðàòóðó, ãàçîíàñûùåííîñòü. Èçâåñòíî, ÷òî íà-
ïðÿæåíèå çàæèãàíèÿ êàíàëà ðàçðÿäà â æèäêî-
ñòè ñëàáî çàâèñèò îò äëèíû ìåæýëåêòðîäíîãî
ïðîìåæóòêà ïðè èçìåíåíèè åå â øèðîêèõ ïðå-
äåëàõ [14, 16]. Óâåëè÷åíèå âðåìåíè äî ïðîáîÿ
ïðèâîäèò ê ñáëèæåíèþ âîëüò-ñåêóíäíûõ õàðàê-
òåðèñòèê äëÿ ðàçíûõ ìåæýëåêòðîäíûõ ðàññòîÿ-
íèé, òî åñòü ïðîáèâíûå íàïðÿæåíèÿ ïðèáëèæà-
þòñÿ ê íàïðÿæåíèþ çàæèãàíèÿ ðàçðÿäà â âîäå
(ðèñ.3) [18].
Ñ÷èòàåòñÿ óñòàíîâëåííûì ýêñïåðèìåíòàëü-
íûé ôàêò ïðåäïî÷òèòåëüíîãî çàæèãàíèÿ èì-
ïóëüñíîãî ðàçðÿäà íà àíîäå, à íå íà êàòîäå. Õî-
ðîøî èçâåñòíî òàêæå, õîòÿ ìåõàíèçì íå ÿñåí,
ÿâëåíèå ñíèæåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ïðî÷íîñòè
æèäêîñòåé ñî âçâåøåííûìè ÷àñòèöàìè [15]. Íà-
ïðÿæåíèå çàæèãàíèÿ çàâèñèò îò ñêîðîñòè ïîäú-
åìà íàïðÿæåíèÿ íà ïðîìåæóòêå è êðóòèçíû
ôðîíòà èìïóëüñà íàïðÿæåíèÿ. Ïîâåäåíèå æèä-
êîñòè, ñîäåðæàùåé ìèêðîïóçûðüêè â ðàçðÿäíîì
ïðîìåæóòêå, îòëè÷àåòñÿ îò ïîâåäåíèÿ ãîìîãåí-
íûõ æèäêîñòåé. Âî âñåõ ñëó÷àÿõ ðàçðÿä çàæè-
ãàåòñÿ è ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ïî âíóòðåííåé ïî-
âåðõíîñòè ïóçûðüêà, ïðåäïðîáèâíîå âðåìÿ â
ïðèñóòñòâèè ïóçûðüêà çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì
â åãî îòñóòñòâèå.
 ñëó÷àå àíîäíîãî çàæèãàíèÿ íàáëþäàþòñÿ
ñåðèè óäàðíûõ âîëí, ñâÿçàííûõ ñ çàæèãàíèåì
ðàçðÿäà, ðàñïðîñòðàíåíèåì ñâåðõçâóêîâîãî
ñòðèìåðà, âûäåëåíèåì ýíåðãèè ïðè çàìûêàíèè
ñòðèìåðîì ìåæýëåêòðîäíîãî ïðîìåæóòêà.
 ñëó÷àå êàòîäíîãî çàæèãàíèÿ íà ïîâåðõíî-
ñòè ïóçûðüêà ðàçâèâàþòñÿ âîçìóùåíèÿ â âèäå
«êóñòà», ðàñïðîñòðàíÿþùåãîñÿ ñ äîçâóêîâîé
ñêîðîñòüþ â ñòîðîíó ïðîòèâîïîëîæíîãî ýëåê-
òðîäà [19–21]. Ïðè ýòîì ìîæíî ïîëó÷èòü ìíî-
æåñòâåííûé (ðàññåÿííûé) ðàçðÿä îò îäíîãî èñ-
òî÷íèêà ïèòàíèÿ.
3. Òîê, òèï è ôîðìà ðàçðÿäà
Ýôôåêòèâíîñòü ãåíåðèðîâàíèÿ àêòèâíûõ õè-
ìè÷åñêèõ ÷àñòèö, âêëþ÷àÿ Î3, ÎÍ, Î, Í2Î2,
ñèëüíî çàâèñèò îò âèäà ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà,
âêëàäûâàåìîé ìîùíîñòè è õàðàêòåðà ãàçîæèäêî-
ñòíîãî êîíòàêòèðîâàíèÿ. Ôîðìà ðàçðÿäíîé
ñòðóêòóðû ÿâëÿåòñÿ âàæíîé õàðàêòåðèñòèêîé ðàç-
ðÿäà â æèäêîñòè, êîòîðàÿ òåñíî ñâÿçàíà ñ äèíà-
ìèêîé åãî ðàçâèòèÿ è ñîãëàñîâàíà ñî ñêîðîñòüþ
ðîñòà. Îäíèì èç ñàìûõ îáùèõ ôàêòîðîâ, îïðåäå-
ëÿþùèõ äèíàìèêó ðîñòà, ÿâëÿåòñÿ ðàñïðåäåëåíèå
ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â ìåæýëåêòðîäíîì ïðîìå-
æóòêå, ïîýòîìó ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî ðîñò ðàçðÿäíîé
ñòðóêòóðû óïðàâëÿåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî ðàñïðå-
äåëåíèåì íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ïî
ïåðèìåòðó ðàçðÿäíîé ñòðóêòóðû.
Êîðîííûé ðàçðÿä ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìíî-
ãîêðàòíî ïîâòîðÿþùèéñÿ ïðîöåññ ïîäæèãà, êî-
òîðûé ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà îãðàíè÷åííîå ðàñ-
ñòîÿíèå: îò ïðîâîäíèêà äî îáëàñòè, ãäå íà-
ïðÿæåííîñòü ïîëÿ óæå íåäîñòàòî÷íà äëÿ ïîä-
äåðæàíèÿ ðàçðÿäà. Èñêðîâîé ðàçðÿä, â îòëè÷èå
îò êîðîííîãî, ïðèâîäèò ê ïðîáîþ. Ýòîò ýëåê-
òðè÷åñêèé ðàçðÿä èìååò âèä ÿðêèõ ïðåðûâè-
ñòûõ, çèãçàãîîáðàçíûõ, ðàçâåòâëÿþùèõñÿ, çà-
ïîëíåííûõ èîíèçèðîâàííûì ãàçîì (ïëàçìîé)
íèòåé-êàíàëîâ, êîòîðûå ïðîíèçûâàþò ïðîìåæó-
òîê ìåæäó ýëåêòðîäàìè è èñ÷åçàþò, ñìåíÿÿñü
íîâûìè. Èíèöèèðîâàíèå ðàçðÿäà ñ ìíîêàíàëü-
íîé êîììóòàöèåé (íåñêîëüêèõ ðàçðÿäíûõ êàíà-
ëîâ) âîçìîæíî çà ñ÷åò ãåîìåòðèè ýëåêòðîäîâ, à
òàêæå ñîçäàíèåì ãàçîâûõ ïîëîñòåé, òî åñòü óñè-
ëåíèåì ïîëÿ, èíèöèèðóþùåì ðàçâèòèå ðàçðÿä-
íûõ êàíàëîâ â ðåæèìå ñàìîïðîáîÿ.
Õàðàêòåðíîé îñîáåííîñòüþ ïðîáîÿ æèäêî-
ñòåé ÿâëÿåò ðàçáðîñ âðåìåíè èíèöèèðîâàíèÿ
ðàçðÿäà. Âåðîÿòíîñòü êîììóòàöèè ïî íåñêîëü-
êèì êàíàëàì ìîæåò áûòü ïîâûøåíà óâåëè÷åíèåì
êîëè÷åñòâà ïàðàëëåëüíî ðàçâèâàþùèõñÿ êàíàëîâ
è óäàëåíèåì èõ äðóã îò äðóãà íà ðàññòîÿíèå,
âðåìÿ ïðîõîæäåíèÿ êîòîðîãî ýëåêòðîìàãíèòíîé
âîëíîé áîëüøå ðàçáðîñà âðåìåíè ðàçðÿäà.
4. Âîäíûé ðàñòâîð
è ãèäðîäèíàìè÷åñêèå óñëîâèÿ
Õàðàêòåðíîé îñîáåííîñòüþ èìïóëüñíîãî
ïðîáîÿ æèäêîñòåé, ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðîáîåì ãà-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2 23
Ðèñ.3. Âîëüò-ñåêóíäíûå õàðàêòåðèñòèêè âîäû ïðè óäåëüíîì
ýëåêòðè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèè � = 4,1 � 103 Îì.ñì è ðàçíûõ
ìåæýëåêòðîäíûõ çàçîðàõ Lìý, ìì: 1 — 10; 2 — 20; 3 — 50;
4 — 90; 5 — 50 ìì (� = 3 � 105 Îì.ñì), ýëåêòðîäû «îñòðèå
— ïëîñêîñòü», ïðîáîé ía ôðîíòå.
çîâ, ÿâëÿåòñÿ çàâèñèìîñòü ýëåêòðè÷åñêîé ïðî÷-
íîñòè îò äëèòåëüíîñòè âîçäåéñòâèÿ íàïðÿæå-
íèÿ. Ïðè ðàâíîé äëèòåëüíîñòè âîçäåéñòâèÿ íà-
ïðÿæåíèÿ óðîâåíü ïðî÷íîñòè æèäêîñòåé ðàçëè-
÷åí ïðè âîçäåéñòâèè èìïóëüñîâ ðàçíîé ôîðìû.
Ïîýòîìó äëèòåëüíîñòü ÿâëÿåòñÿ âàæíûì, íî íå
åäèíñòâåííûì ïàðàìåòðîì èìïóëüñà. Ýòî îá-
ñòîÿòåëüñòâî îáóñëîâëèâàåò íåîáõîäèìîñòü ïî-
èñêà ïàðàìåòðîâ èìïóëüñíîãî íàïðÿæåíèÿ, îä-
íîçíà÷íî îïðåäåëÿþùèõ õàðàêòåð ïðåäïðîáèâ-
íûõ ïðîöåññîâ â æèäêîñòè, è, ñëåäîâàòåëüíî,
åå ýëåêòðè÷åñêóþ ïðî÷íîñòü [14]. Íàëè÷èå ãàçà
â æèäêîñòè íå ñíèæàåò åå ýëåêòðè÷åñêóþ ïðî÷-
íîñòü, à ìîæåò äàæå ïîâûøàòü.
 çàâèñèìîñòè îò äëèòåëüíîñòè âîçäåéñòâèÿ
íàïðÿæåíèÿ è ïðîâîäèìîñòè ñðåäû âîçìîæíû
äâà ðàçëè÷íûõ ìåõàíèçìà èìïóëüñíîãî ïðîáîÿ
æèäêîñòè: ýëåêòðîòåïëîâîé è ýëåêòðè÷åñêèé.
Ýëåêòðîòåïëîâîé ïðîáîé âîçíèêàåò âñëåä çà îá-
ðàçîâàíèåì ãàçîïàðîâîé ïîëîñòè, ñêîïëåíèåì
ìèêðîïóçûðüêîâ è ðàçâèòèåì â íèõ èîíèçàöèè
ñ îáðàçîâàíèåì ïëàçìû. Ýëåêòðè÷åñêèé ïðîáîé
îáóñëîâëåí ðàçâèòèåì èîíèçàöèè â îáúåìå æèä-
êîñòè èëè íà ãðàíèöå ôàçîâîãî ïåðåõîäà â ïó-
çûðüêîâîé æèäêîñòè.
Èìïóëüñíûé ðàçðÿä ïðè îáðàáîòêå âîäíûõ
ðàñòâîðîâ èìååò îãðàíè÷åíèÿ, ñâÿçàííûå ñ äèà-
ïàçîíîì ýëåêòðîïðîâîäíîñòè âîäû, â êîòîðîì
ýôôåêòèâíî âîçáóæäàåòñÿ ïóëüñèðóþùèé êî-
ðîííûé ðàçðÿä. Ïðè ýëåêòðîïðîâîäíîñòè ìåíåå
10 ìêÑ/ñì îáëàñòü çíà÷åíèé ïðèëîæåííîãî íà-
ïðÿæåíèÿ äëÿ îáðàçîâàíèÿ êîðîíû áåç èñêðå-
íèÿ áóäåò óçêîé. Ïðè ýëåêòðîïðîâîäíîñòè áî-
ëåå 400 ìêÑ/ñì ñòðèìåðû ñòàíîâÿòñÿ êîðîòêè-
ìè, è ýôôåêòèâíîñòü ïðîèçâîäñòâà ðàäèêàëîâ
ïàäàåò. Ïðîèçâîäñòâî ãèäðîêñèë-ðàäèêàëîâ è
àòîìàðíîãî êèñëîðîäà íàèáîëåå ýôôåêòèâíî â
âîäå ñ ýëåêòðîïðîâîäíîñòüþ ìåíåå 100 ìêÑ/ñì
[2]. Çàâèñèìîñòü íàïðÿæåíèÿ ïðîáîÿ ìåæýëåê-
òðîäíîãî ïðîìåæóòêà îò óäåëüíîé ýëåêòðîïðî-
âîäíîñòè æèäêîñòè èìååò ìèíèìóì (ðèñ.4) [19].
Âñëåäñòâèå òîãî, ÷òî ïëîòíîñòü æèäêîñòè
ïðèìåðíî â 2000 ðàç âûøå, ÷åì ãàçîâ ïðè àòìî-
ñôåðíîì äàâëåíèè, ñêîðîñòü ðàñøèðåíèÿ êàíà-
ëà ðàçðÿäà â æèäêîñòè ñóùåñòâåííî ìåíüøå,
÷åì â ãàçàõ. Îãðàíè÷åííàÿ ñêîðîñòü ðàñøèðå-
íèÿ êàíàëà ïðåïÿòñòâóåò îáðàçîâàíèþ âûñîêî-
ïðîâîäÿùåãî êàíàëà è îãðàíè÷èâàåò åãî ðàñïðî-
ñòðàíåíèå. Äëÿ êîìïåíñàöèè ýòîãî ÿâëåíèÿ òðå-
áóåòñÿ ïîâûøåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðàçðÿäíîì
ïðîìåæóòêå. Óìåíüøåíèå ýëåêòðè÷åñêîé ïðî÷-
íîñòè æèäêîñòè ïðè óâåëè÷åíèè ýëåêòðîïðîâîä-
íîñòè ïðèâîäèò ê ïîâûøåíèþ ðîëè ýëåêòðîòåï-
ëîâîé ôîðìû ïðîáîÿ, âûçâàííîãî èîííûì òî-
êîì. Ïðè èìïóëüñíûõ âîçäåéñòâèÿõ íàïðÿæå-
íèÿ äëèòåëüíîñòüþ äåñÿòêè è ìåíåå ìèêðîñå-
êóíä äëÿ æèäêîñòåé ðàçëè÷íîãî õèìè÷åñêîãî
ñîñòàâà ðàçðÿäíûå õàðàêòåðèñòèêè (ïðîáèâíîå
íàïðÿæåíèå, ñêîðîñòü ðàçâèòèÿ ðàçðÿäà) íå
êîððåëèðóþò ñ ýëåêòðîïðîâîäíîñòüþ.
5. Èñòî÷íèê ýëåêòðîïèòàíèÿ
Âàæíåéøèì ýëåìåíòîì óñòàíîâêè ÿâëÿåòñÿ
èñòî÷íèê èìïóëüñíîãî íàïðÿæåíèÿ. Äèàïàçîí
äëèòåëüíîñòåé èìïóëüñîâ, ïðèìåíÿåìûõ â èì-
ïóëüñíûõ êîðîííûõ ðàçðÿäàõ, èçìåíÿåòñÿ îò
10–3 äî 10–9 ñ. Òðåáîâàíèÿ ê äëèòåëüíîñòè èì-
ïóëüñà, ÷àñòîòå ïîâòîðåíèÿ, àìïëèòóäå èìïóëü-
ñà è ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ ôðîíòà äëÿ ðàçëè÷-
íûõ óñëîâèé èìåþò ñóùåñòâåííûå îòëè÷èÿ.
Ñîçäàíèå íàäåæíûõ âûñîêîâîëüòíûõ èìïóëüñ-
íûõ ñèñòåì ÿâëÿåòñÿ ïðèîðèòåòíîé çàäà÷åé.
Ïðè ðåàëèçàöèè êîíêðåòíîãî òåõíîëîãè÷å-
ñêîãî ïðîöåññà ñëåäóåò óïðàâëÿòü ýíåðãåòè÷å-
ñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè ðàçðÿäà. Îñíîâíûì
ñïîñîáîì ÿâëÿåòñÿ ðåãóëèðîâàíèå âåëè÷èíû íà-
ïðÿæåíèÿ â ðàçðÿäíîì êîíòóðå. Èçìåíåíèå òè-
ïà ðàçðÿäà îñóùåñòâëÿåòñÿ îðãàíèçàöèåé èì-
ïóëüñíûõ ñèñòåì ïèòàíèÿ, âêëþ÷àþùèõ èñòî÷-
íèê ïèòàíèÿ ñ ýëåêòðîäíûì óçëîì. Ýôôåêòèâ-
íîå àâòîìàòè÷åñêîå óïðàâëåíèå âûñîêîâîëüò-
íûì èñòî÷íèêîì äàåò âîçìîæíîñòü ïðîâîäèòü
îáðàáîòêó â íàèáîëåå âûãîäíûõ ðåæèìàõ. Âàæ-
íûì ôàêòîðîì ÿâëÿåòñÿ ñòîèìîñòü èñòî÷íèêà
ýëåêòðîïèòàíèÿ è ýôôåêòèâíîñòü ïðåîáðàçîâà-
íèÿ ýíåðãèè íà âõîäå â ïîëåçíóþ ýíåðãèþ ðàç-
ðÿäà, ðàñõîäóåìóþ íà ãåíåðèðîâàíèå àêòèâíûõ
÷àñòèö ñ ìèíèìàëüíûìè ïîòåðÿìè.
Èìïóëüñíàÿ òåõíèêà âêëþ÷àåò â ñåáÿ óñò-
ðîéñòâà äëÿ íàêîïëåíèÿ, ñæàòèÿ è ïåðåäà÷è â
íàãðóçêó èìïóëüñíîé ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè
áîëüøèõ ìîùíîñòåé. Ïðèíöèï ôîðìèðîâàíèÿ
èìïóëüñîâ âûñîêîãî íàïðÿæåíèÿ èëè òîêà îòíî-
ñèòåëüíî ïðîñò: ñðàâíèòåëüíî ìåäëåííî ýíåðãèÿ
24 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2
Ðèñ.4. Çàâèñèìîñòü ïðîáèâíîãî íàïðÿæåíèÿ îò ýëåêòðîïðî-
âîäíîñòè ñðåäû äëÿ äëèíû ìåæýëåêòðîäíîãî çàçîðà Lìý =
25 ìì ïðè ïîëîæèòåëüíîé (1–4) è îòðèöàòåëüíîé (5, 6) ïî-
ëÿðíîñòè ýëåêòðîäà ïðè ãèäðîñòàòè÷åñêîì äàâëåíèè Ðãñ,
ÌÏà: 1 — 0,1; 2 — 5; 3 — 10; 4 — 30; 5 — 0,1; 6— 5.
íàêàïëèâàåòñÿ îáû÷íî â åìêîñòíîì íàêîïèòå-
ëå, à çàòåì ñ ïîìîùüþ êîììóòàòîðà áûñòðî ïå-
ðåäàåòñÿ â íàãðóçêó. Òàêèì îáðàçîì ïðè ìàëîé
äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà äàæå ïðè íåáîëüøèõ
ýíåðãèÿõ ìîæíî ïîëó÷èòü ãèãàíòñêèå ìîùíî-
ñòè. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííîå òåõíè÷åñêîå
ðåøåíèå — ýòî êîììóòàöèÿ çàðÿæåííîãî êîí-
äåíñàòîðà.
Îáùèì íåäîñòàòêîì èìïóëüñíûõ ñõåì ïè-
òàíèÿ ÿâëÿåòñÿ óñëîæíåíèå èñòî÷íèêà ïèòà-
íèÿ, ïîñêîëüêó ñîçäàíèå íàäåæíî ðàáîòàþùèõ
âûñîêîâîëüòíûõ ãåíåðàòîðîâ èìïóëüñîâ íà-
ìíîãî ñëîæíåå îáû÷íîãî âûñîêîâîëüòíîãî èñ-
òî÷íèêà.
Äëÿ ïðîìûøëåííîãî îáîðóäîâàíèÿ ïëàç-
ìîõèìè÷åñêîé îáðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ ñ
èñïîëüçîâàíèåì èìïóëüñíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî
ðàçðÿäà ñ ó÷åòîì ïðîòèâîðå÷èâûõ òðåáîâàíèé
äîñòàòî÷íûå ïàðàìåòðû èìïóëüñîâ íà íàãðóçêå
ñëåäóþùèå:
— àìïëèòóäà íàïðÿæåíèÿ — äåñÿòêè
êèëîâîëüò;
— òîêè — îò åäèíèö äî ñîòåí àìïåð;
— ìîùíîñòüþ 106–109 Âò;
— ýíåðãèÿ â îäíîì èìïóëüñå — 1–10 Äæ;
— äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà — 1–100 ìêñ;
— ÷àñòîòà ÷åðåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ — äå-
ñÿòêè-ñîòíè ãåðö.
6. Ýëåêòðîäû
Ïëàçìåííûé ðàçðÿä ïðè îáðàáîòêå âîäíûõ
ðàñòâîðîâ èìååò è íåäîñòàòêè. Íåãàòèâíûé ýô-
ôåêò ñâÿçàí ñ ýðîçèåé çàîñòðåííîãî âûñîêî-
âîëüòíîãî ýëåêòðîäà. Ïîâûøåííàÿ íàïðÿæåí-
íîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ äîñòèãàåòñÿ áëà-
ãîäàðÿ çàîñòðåíèþ ýëåêòðîäà. Ýëåêòðè÷åñêîå
ïîëå îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî ðàäèóñó êðè-
âèçíû íà åãî âåðøèíå [22]. Ñëåäîâàòåëüíî,
ìàêñèìàëüíîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ìîæåò áûòü
ïîëó÷åíî ïðîñòûì ñíèæåíèåì ðàäèóñà êðèâèç-
íû. Ýòî íàìíîãî ïðîùå ïîâûøåíèÿ íàïðÿæå-
íèÿ â èñòî÷íèêå ýëåêòðîïèòàíèÿ, ïîñêîëüêó
ïîñëåäíåå ñâÿçàíî ñ òðåáîâàíèåì óñèëåíèÿ
ýëåêòðîèçîëÿöèè. Â ðåàëüíîì óñòðîéñòâå íó-
æåí êîìïðîìèññ, ñ îäíîé ñòîðîíû, ìåæäó ôîð-
ìîé è êîíñòðóêöèåé ýëåêòðîäíîé ñèñòåìû, ñ
äðóãîé — ìåæäó âðåìåíåì èõ ðàáîòû.
Ïðîìûøëåííîå èñïîëüçîâàíèå ñèñòåì ïëàç-
ìåííîé îáðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ âî ìíîãîì
ñäåðæèâàåòñÿ îòñóòñòâèåì êîíñòðóêöèè ýëåêòðî-
ðàçðÿäíîé êàìåðû ñ äëèòåëüíûì ðåñóðñîì ðà-
áîòû ýëåêòðîäîâ. Îí îãðàíè÷èâàåòñÿ ýðîçèåé,
÷òî, â ïåðâóþ î÷åðåäü, îòíîñèòñÿ ê îñòðèéíûì
ýëåêòðîäàì, èíèöèèðóþùèì ðàçðÿä.
 ðàáîòå [23] ïîêàçàíî, ÷òî ïðè õàðàêòåð-
íûõ óñëîâèÿõ ðàáîòû ïëàçìåííîãî ìîäóëÿ äëÿ
î÷èñòêè âîäû (àìïëèòóäà òîêà ðàçðÿäà — 25–
30 À, äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà — 20–200 ìêñ,
÷àñòîòà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ — 50–100) ýðî-
çèÿ ýëåêòðîäîâ îïðåäåëÿåòñÿ òåïëîâûì è êàâè-
òàöèîííûì âîçäåéñòâèåì. Âäóâ ãàçà îñëàáëÿåò
êàâèòàöèîííîå âîçäåéñòâèå, óïðîùàåò ïðîáîé è
ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ìàññèâíûå ýëåêòðîäû.
Äëÿ ìàññèâíûõ ýëåêòðîäîâ (ñòåðæíåâûõ äèà-
ìåòðîì 10 ìì) óäåëüíàÿ ýðîçèÿ ïðàêòè÷åñêè íå
çàâèñèò îò ñâîéñòâ ìàòåðèàëà (èñïûòûâàëèñü
ìåäü, ñòàëü è ñïëàâû, ñîäåðæàùèå âîëüôðàì è
ìîëèáäåí) è ñîñòàâëÿåò (2,5–3,6) � 10–8 êã/ñ.
Çà âðåìÿ äåéñòâèÿ èìïóëüñà ïîä ïÿòíîì
ðàçðÿäà ïîâåðõíîñòü ïðîãðåâàåòñÿ äî òåìïåðà-
òóðû êèïåíèÿ äëÿ ìåäè è ñòàëè ïðèáëèçèòåëüíî
çà 3 ìêñ. Ïîñëå äîñòèæåíèÿ òåìïåðàòóðû êèïå-
íèÿ ýðîçèÿ âîçðàñòàåò ëèíåéíî.
Âñëåäñòâèå ðàçðóøåíèÿ ýëåêòðîäîâ è ïî-
ñòóïëåíèÿ èõ ìàòåðèàëà â ïëàçìó ðàçâèâàþùå-
ãîñÿ ðàçðÿäà ñëåäóåò îæèäàòü ñóùåñòâîâàíèå
ñâÿçè ýëåêòðè÷åñêîé ïðî÷íîñòè æèäêîñòåé â êî-
ðîòêèõ ïðîìåæóòêàõ ñ òåðìîäèíàìè÷åñêèìè õà-
ðàêòåðèñòèêàìè ìàòåðèàëà ýëåêòðîäîâ. Îäíàêî
ïðîâåðêè ïîêàçàëè, ÷òî èçìåíåíèå â øèðîêèõ
ïðåäåëàõ òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìàòåðèàëà
ýëåêòðîäîâ íåçíà÷èòåëüíî èçìåíÿþò ýëåêòðè÷å-
ñêóþ ïðî÷íîñòü æèäêîñòåé, ïðè ýòîì îñíîâíîå
âëèÿíèå îêàçûâàåò ìàòåðèàë àíîäà [15].
7. Êîìïîíîâêà ðåàêòîðà
Ïîïûòêè ïðèìåíåíèÿ ìîùíûõ èìïóëüñ-
íûõ ðàçðÿäîâ (ïðèìåðíî 1 êÄæ/èìï.), êîòî-
ðûå íàøëè øèðîêîå ïðèìåíåíèå â ïðîìûø-
ëåííîñòè, äëÿ î÷èñòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ
äàëüøå ëàáîðàòîðíûõ èññëåäîâàíèé íå ïðî-
äâèíóëèñü. Îñíîâíûå ïðè÷èíû çàêëþ÷àëèñü â
íåâîçìîæíîñòè ñîçäàíèÿ íàäåæíîãî, äëèòåëü-
íî ðàáîòàþùåãî ðåàêòîðà. Ìîùíûé ðàçðÿä
ñîçäàåò áîëüøèå äèíàìè÷åñêèå íàãðóçêè, â
ïåðâóþ î÷åðåäü, íà ýëåêòðîäíûé óçåë, ÷òî
ïðèâîäèò ê åãî ðàçðóøåíèþ. Âîçíèêàþò òàêæå
ïðîáëåìû â ñîçäàíèè äëèòåëüíî ðàáîòàþùåãî
ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ è ãèäðàâëè÷åñêîé ñõå-
ìû óñòàíîâêè íåïðåðûâíîãî äåéñòâèÿ. Âñåõ
ïåðå÷èñëåííûõ íåäîñòàòêîâ ëèøåí èìïóëüñ-
íî-ïåðèîäè÷åñêèé ðàçðÿä ñ ìàëûì ýíåðãîâû-
äåëåíèåì â èìïóëüñå îêîëî 1 Äæ [24].
Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ õèìè÷åñêîé ýôôåêòèâíî-
ñòè ïðîöåññîâ â ðåàêòîðå, âûðàæàåìîé â êîëè-
÷åñòâå ðåàêöèé íà åäèíèöó âõîäíîé ìîùíîñòè,
èëè â ãåíåðèðîâàíèè ðåàêòèâíûõ ÷àñòèö, èëè â
ðàçðóøåíèè öåëåâûõ ñîåäèíåíèé, ãàçîôàçíûé
ðàçðÿä íàèáîëåå ýôôåêòèâíî ñîåäèíÿòü ëèáî ñ
ïëåíêîé æèäêîñòè, ëèáî ñ êàïëÿìè. Îñíîâíàÿ
ïðè÷èíà çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî äëÿ ãåíåðèðî-
âàíèÿ ãàçîæèäêîñòíîé ïëàçìû òðåáóåòñÿ íàìíî-
ãî ìåíüøå ýíåðãèè, ÷åì äëÿ ïðÿìîãî ãåíåðèðî-
âàíèÿ ïëàçìû â æèäêîé ôàçå. Êðîìå òîãî, â
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2 25
ñëó÷àå òîíêèõ ïëåíîê èëè êàïåëü æèäêîñòè
ðåàãåíòû îáðàçóþòñÿ â ãàçå èëè íà ãðàíèöå ðàç-
äåëà è ïðîíèêàþò â îáúåì æèäêîñòè áëàãîäàðÿ
âûñîêîé ñêîðîñòè ìàññîîáìåíà, îáóñëîâëåííîé
âîëíîâûìè âîçìóùåíèÿìè è áîëüøîé ïîâåðõíî-
ñòüþ ðàçäåëà.
Ïîëó÷åíèå àêòèâíûõ ÷àñòèö âíóòðè æèäêîé
ôàçû ïîä äåéñòâèåì ïëàçìû íàèáîëåå öåëåñîîá-
ðàçíî, êîãäà îáà ýëåêòðîäà ðàñïîëîæåíû â îáú-
åìå æèäêîñòè, ÷òî ïîçâîëÿåò áîëåå ýôôåêòèâíî
èñïîëüçîâàòü èõ äëÿ èíèöèèðîâàíèÿ õèìè÷å-
ñêèõ ïðîöåññîâ â ðàñòâîðå.
Ðàñ÷åòíûå îöåíêè ðåàêòîðà äëÿ ðàçëîæåíèÿ
ðàñòâîðåííûõ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé â âîä-
íîì ðàñòâîðå ìîãóò áûòü âûïîëíåíû ñ ó÷åòîì
óäåëüíîãî ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ, êîòîðîå íàõîäèò-
ñÿ â ïðåäåëàõ 10–10–10–8 ìîëü/Äæ; äëÿ äåêî-
ëîðèçàöèè êðàñèòåëåé — 10–7 ìîëü/Äæ [23].
Âàæíîé îñîáåííîñòüþ ïðè èññëåäîâàíèè ðàñ-
ïðîñòðàíåíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ðàçðÿäîâ ïî ñâî-
áîäíîé ïîâåðõíîñòè âîäû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî äëè-
íà ðàñïðîñòðàíåíèÿ ðàçðÿäà ìîæåò â íåñêîëüêî
ðàç ïðåâûøàòü ïðåäåëüíûé ðàçìåð ïðîáîéíîãî
ïðîìåæóòêà â âîçäóõå [25–27].
Óñòàíîâëåíî, ÷òî ðàçðÿä ñóùåñòâóåò â èí-
òåðâàëå ýëåêòðè÷åñêîé ïðîâîäèìîñòè âîäû îò
10–5 äî 10–2 (Îì.ì)–1, ïðè ýòîì äëèíà ðàçðÿäà
ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñèò îò âåëè÷èíû äàííîãî
ïàðàìåòðà. Èçìåíåíèå ïîëÿðíîñòè íàïðÿæåíèÿ
íà ýëåêòðîäàõ â ýòîì ñëó÷àå ïðàêòè÷åñêè íå
âëèÿåò íà êàðòèíó ðàçâèòèÿ ðàçðÿäà.
Ñ èñïîëüçîâàíèåì îïèñàííîãî âûøå âñåãî
êîìïëåêñà ïîëîæèòåëüíûõ ôàêòîðîâ, ñîïðî-
âîæäàþùèõ ðàçðÿä (àêòèâíûå êîðîòêîæèâóùèå
÷àñòèöû, îçîí, óëüòðàôèîëåò, ýëåêòðè÷åñêîå
ïîëå è äð.), ñîçäàíà óíèâåðñàëüíàÿ óñòàíîâêà
îáðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ (ðèñ.5).
Îòëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ óñòàíîâêè ÿâ-
ëÿþòñÿ ïàðàìåòðû èìïóëüñà, ñîçäàâàåìîãî ñïå-
öèàëüíî ðàçðàáîòàííûìè èñòî÷íèêàìè ýëåêòðî-
ïèòàíèÿ. Ñõåìíîå ðåøåíèå, óäîâëåòâîðÿþùåå
óêàçàííûì âûøå òðåáîâàíèÿì, ïðèâåäåíî íà
ðèñ.6 ñ âûõîäíûìè ïàðàìåòðàìè óñòàíîâêè è
ïðåäåëüíûìè âûõîäíûìè ïàðàìåòðàìè âûñîêî-
âîëüòíîãî èñòî÷íèêà ýëåêòðîïèòàíèÿ.
Ïðèìå÷àòåëüíî, ÷òî îïèñàííàÿ âûøå ñõåìà
ïîçâîëÿåò âîçáóæäàòü ãîðåíèå äâóõ ïàðàëëåëü-
íûõ ðàçðÿäîâ (ðèñ.7).
Âîäíûé ðàñòâîð ïîäàþò â íèæíþþ ÷àñòü ðà-
áî÷åãî îáúåìà ïëàçìåííîãî ìîäóëÿ (ñì. ðèñ.5).
 íåãî âäóâàþò ÷åðåç ñòðóéíûé äèñïåðãàòîð-
ôîðìèðîâàòåëü ðàáî÷èé ãàç (âîçäóõ, óãëåêèñëûé
ãàç èëè èõ ñìåñü). Ñôîðìèðîâàííàÿ â ñîïëå äèñ-
ïåðãàòîðà âîäíî-ïóçûðüêîâàÿ ñòðóÿ íàïðàâëÿåò-
ñÿ ââåðõ âäîëü ñòåíêè ìîäóëÿ. Â çîíå ðàñïîëî-
æåíèÿ ýëåêòðîäîâ âñÿ æèäêîñòü â ðàáî÷åì îáú-
åìå ïëàçìåííîãî ìîäóëÿ ðàâíîìåðíî çàïîëíÿåò-
ñÿ ãàçîâûìè ïóçûðüêàìè. Ãàçîæèäêîñòíàÿ ñìåñü
26 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2
Ðèñ.5. Îáùèé âèä óíèâåðñàëüíîé óñòàíîâêè îáðàáîòêè âîä-
íûõ ðàñòâîðîâ.
Âûõîäíûå ïàðàìåòðû óñòàíîâêè:
Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü – äî 1 ì3/÷
Ýëåêòðîïðîâîäíîñòü ðàñòâîðà – 10–400 ìêÑ/ñì
ðÍ ðàñòâîðà – äî 12
Ãàçîñîäåðæàíèå ðàñòâîðà – 0,3–0,9
Ïðåäåëüíûå âûõîäíûå ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà
ïèòàíèÿ:
Àìïëèòóäà íàïðÿæåíèÿ – äî 15 êÂ
×àñòîòà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ – äî 500 Ãö
Ìèíèìàëüíàÿ äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà – 0,5 ìêñ
Âûõîäíàÿ ñðåäíÿÿ ìîùíîñòü – 0,25–2,5 êÂò
Ðèñ.6. Ñõåìà ðàçðÿäíî-èìïóëüñíîãî âûñîêîâîëüòíîãî èñòî÷-
íèêà ýëåêòðîïèòàíèÿ.
Ðèñ.7. Ïàðàëëåëüíîå ãîðåíèå äâóõ ýëåêòðè÷åñêèõ ðàçðÿäîâ
íàä ïîâåðõíîñòüþ âîäû îò èñòî÷íèêà ýëåêòðîïèòàíèÿ: 1–3
— íîìåðà ýëåêòðîäîâ.
ïðîõîäèò ïîñëåäîâàòåëüíî ÷åðåç çîíó îáúåìíî-
ãî ðàññåÿííîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà, ãîðÿùå-
ãî ìåæäó ýëåêòðîäàìè, ÷åðåç òåõíîëîãè÷åñêèé
êàíàë è âûõîäèò íàðóæó. Âñïëûâàþùèå ïóçû-
ðè íà âûõîäå òåõíîëîãè÷åñêîãî êàíàëà ñëèâà-
þòñÿ, óâåëè÷èâàþò ñâîè ðàçìåðû è îáðàçóþò
ñòðóêòóðû ñëó÷àéíîé ôîðìû.
Ñòàáèëèçàöèÿ ðàáî÷èõ ïàðàìåòðîâ ïðè îá-
ðàáîòêå âîäíûõ ðàñòâîðîâ îáåñïå÷èâàåòñÿ áëà-
ãîäàðÿ ñîâîêóïíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ðàçëè÷íûõ
îïåðàöèé è ôèçè÷åñêèõ ýôôåêòîâ. Äèñïåðãèðî-
âàíèå ðàáî÷åãî ãàçà ïðîèñõîäèò â çàòîïëåííîé
ñâåðõçâóêîâîé ñòðóå. Ñâåðõçâóêîâîå èñòå÷åíèå
ãàçà â æèäêîñòü ïðèâîäèò ê ôîðìèðîâàíèþ îò-
÷åòëèâîé ñïëîøíîé ñòðóè, êîòîðàÿ çàòåì äðî-
áèòñÿ â ñâÿçè ñ ïàäåíèåì ñêîðîñòè äâèæåíèÿ ãà-
çà è âîçäåéñòâèåì âîçìóùàþùåãî äâèæåíèÿ
æèäêîñòè â ïîãðàíè÷íîì ñëîå. Òå÷åíèå ãàçîâîé
ñòðóè â âîäå àâòîìîäåëüíîå, è ïðè ðàñ÷åòàõ ìî-
ãóò áûòü ïðèìåíåíû èçâåñòíûå çàâèñèìîñòè.
Ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ èñòå÷åíèÿ ãàçà â
æèäêîñòü âèõðåâûå äâèæåíèÿ æèäêîñòè â çîíå
ïðîíèêíîâåíèÿ ãàçà óñèëèâàþòñÿ è âûçûâàþò
äðîáëåíèå ãàçîâîé ñòðóè íà ãðàíèöå ðàçäåëà
ôàç. Â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè õàðàêòåðíûå ðàçìå-
ðû îáðàçóþùåãîñÿ äåôîðìèðîâàííîãî ïóçûðÿ
ïðîïîðöèîíàëüíû ðàäèóñó îòâåðñòèÿ âíóòðåííå-
ãî ñîïëà äèñïåðãàòîðà. Îäíàêî, äàëåå ïî òå÷å-
íèþ ïðè áîëüøîì îáúåìíîì ãàçîñîäåðæàíèè,
îïðåäåëÿåìîì êàê îòíîøåíèå îáúåìîâ ãàçà ê âî-
äå (� > 0,3), îáû÷íî, åñëè íå áóäóò ïðèíÿòû
ñïåöèàëüíûå ìåðû, ïðîèñõîäèò ïåðåõîä îò ïó-
çûðüêîâîãî ðåæèìà òå÷åíèÿ â ïîðøíåâîé. Ñòà-
áèëüíîå ïóçûðüêîâîå òå÷åíèå â òðåáóåìîì òåõ-
íîëîãè÷åñêîì äèàïàçîíå ïðè ãàçîñîäåðæàíèè
0,3 < � < 0,9 îðãàíèçîâàòü íåïðîñòî, è íåò
âîçìîæíîñòè îáúåäèíèòü ðàçðîçíåííûå òåîðå-
òè÷åñêèå è ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå â ñòðîé-
íóþ ñèñòåìó, ïîçâîëÿþùóþ îáåñïå÷èòü èíæå-
íåðíûå ðàñ÷åò è ïðîåêòèðîâàíèå ïëàçìåííûõ
óñòðîéñòâ ñ òå÷åíèåì ãàçîæèäêîñòíûõ ñðåä ïðè
íàëè÷èè ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ ïðåâðàùåíèé è
ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà ïðè âûñîêèõ îáúåì-
íûõ ãàçîñîäåðæàíèÿõ (� > 0,3).
Ãàçîæèäêîñòíàÿ ñðåäà ïðè � > 0,3 èìååò
äâå êà÷åñòâåííûå îñîáåííîñòè, ñèëüíî îòëè÷àþ-
ùèå åå îò ãàçà è æèäêîñòè:
1) ñêîðîñòü çâóêà â íåé ìîæåò áûòü íà ïî-
ðÿäîê ìåíüøå ñêîðîñòè çâóêà â ãàçå è íà äâà
ïîðÿäêà ìåíüøå, ÷åì â æèäêîñòè. Ýòî îòêðû-
âàåò íîâûå âîçìîæíîñòè äëÿ ïëàçìåííîé îáðà-
áîòêè, òàê êàê âî ôðîíòå óäàðíîé âîëíû
âñëåäñòâèå àäèàáàòè÷åñêîãî ñæàòèÿ ìîãóò âîç-
íèêàòü âûñîêèå òåìïåðàòóðû, ÷òî áëàãîïðèÿò-
ñòâóåò ýëåêòðè÷åñêîìó ïðîáîþ è îáðàçîâàíèþ
ðàäèêàëîâ;
2) íàëè÷èå áîëüøîé óäåëüíîé ïîâåðõíî-
ñòè ðàçäåëà ôàç ãàç — æèäêîñòü. Ýòî ïðèâî-
äèò ê óñêîðåíèþ ïðîòåêàíèÿ ãåòåðîãåííûõ ðå-
àêöèé. Ñêîðîñòè ýòèõ ðåàêöèé âîçðàñòàþò
òàêæå ïðè óìåíüøåíèè äèàìåòðà ïóçûðüêîâ.
Ðàçìåð ïóçûðüêîâ îöåíèâàëè ïî ôîòîãðàôèÿì
(ñì. ðèñ.3).
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïîäòâåðäèëè òåîðå-
òè÷åñêèå ïîëîæåíèÿ, ÷òî îñíîâíûì ìåõàíèçìîì
äðîáëåíèÿ ïóçûðüêîâ ÿâëÿåòñÿ âîçìóùåíèå ïî-
âåðõíîñòè ðàçäåëà ôàç çà ñ÷åò áîëüøèõ êàñà-
òåëüíûõ íàïðÿæåíèé. Ñ óâåëè÷åíèåì ÷èñëà Ìà-
õà ïðèìåðíî äî 1,6 ñðåäíèé äèàìåòð ïóçûðüêîâ
ìîíîòîííî óìåíüøàåòñÿ. Ïðè ðàáîòå ñ ÷èñëîì
Ìàõà áîëåå 1,6 ïàäàåò äàëüíîáîéíîñòü ãàçîïó-
çûðüêîâîé ñòðóè âñëåäñòâèå óñèëåíèÿ âîëíîâîé
ñòðóêòóðû íà íà÷àëüíîì ó÷àñòêå ãàçîâîé ñòðóè
è ñîîòâåòñòâåííî êðóïíîìàñøòàáíîé òóðáóëåíò-
íîñòè, ÷òî ïðèâîäèò ê ðîñòó ñðåäíåãî äèàìåòðà
ïóçûðüêîâ. Îïòèìèçàöèÿ äèñïåðãàòîðà ñ ó÷åòîì
óêàçàííûõ çàêîíîìåðíîñòåé îáåñïå÷èâàåò óïîðÿ-
äî÷åííîå çàïîëíåíèå ðàáî÷åãî îáúåìà ïëàçìåííî-
ãî ìîäóëÿ â ìåæýëåêòðîäíîì çàçîðå ïóçûðüêàìè
ñ óçêîé ôðàêöèåé 0,5–1,5 ìì.
Ñôîðìèðîâàííàÿ â äèñïåðãàòîðå ãàçîïó-
çûðüêîâàÿ ñòðóÿ íàïðàâëÿåòñÿ ââåðõ íà ýëåê-
òðîäû. Ó ñòåíêè ðàáî÷åãî êàíàëà ïëàçìåííîãî
ìîäóëÿ èìååò ìåñòî ïàäåíèå ãàçîñîäåðæàíèÿ, è
÷àñòîòà ïðîõîæäåíèÿ ïóçûðüêîâ çäåñü óìåíüøà-
åòñÿ ïðàêòè÷åñêè äî íóëÿ.  ñîîòâåòñòâèè ñ ýô-
ôåêòîì Êîàíäà, çà ñ÷åò îòñóòñòâèÿ ïîäñîñà
æèäêîñòè â ïîãðàíè÷íûé ñëîé ñî ñòîðîíû ñòåí-
êè òàì ïîíèæàåòñÿ äàâëåíèå, è ñòðóÿ îòêëîíÿ-
åòñÿ, òî åñòü «ïðèëèïàåò» ê ñòåíêå. Ïðè âñòðå-
÷å ñ ýëåêòðîäîì ãàçîïóçûðüêîâàÿ ñòðóÿ ñêîëü-
çèò ïî åãî ïîâåðõíîñòè îò ìåñòà âõîäà â ðàáî-
÷óþ ïîëîñòü ê êîíöó è çàïîëíÿåò ïóçûðüêàìè
âîäó â ìåæýëåêòðîäíîì çàçîðå (ðèñ.8).
 ðåçóëüòàòå ïðèíÿòûõ ìåð â ìåæýëåêòðîä-
íîì çàçîðå ïëàçìåííîãî ìîäóëÿ ñîçäàåòñÿ îñî-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2 27
Ðèñ.8. Ñòðóéíûé äèñïåðãàòîð: 1 — ýëåêòðîäû; 2 — ìåæýëåê-
òðîäíîå ïðîñòðàíñòâî; 3 — ãàçîïóçûðüêîâàÿ ñòðóÿ; 4 —
ñâåðõçâóêîâûå ñîïëà.
áàÿ ôîðìà îáúåìíîãî èìïóëüñíîãî ýëåêòðè÷å-
ñêîãî ðàçðÿäà ñ ñàìîñòîÿòåëüíûì ðåæèìîì ãî-
ðåíèÿ â äèñïåðãèðîâàííîé âîäíîé ñðåäå. Ýòî
äàëî âîçìîæíîñòü çíà÷èòåëüíî ñíèçèòü ýíåðãî-
ïîòðåáëåíèå è ñóùåñòâåííî ïîâûñèòü ýôôåêòèâ-
íîñòü îáðàáîòêè.
Âûâîäû
Îñíîâûâàÿñü íà åñòåñòâåííûõ ïðîöåññàõ
ñîâìåñòíîãî äåéñòâèÿ ïðèðîäíûõ îêèñëèòåëåé
(îçîíà, àòîìàðíîãî êèñëîðîäà, ðàäèêàëîâ OH
è äðóãèõ àêòèâíûõ ÷àñòèö) è ÓÔ-èçëó÷åíèÿ,
ãåíåðèðóåìûõ â äèñïåðñíîì âîäíîì ïîòîêå èì-
ïóëüñíûì ýëåêòðè÷åñêèì ðàçðÿäîì, ñîçäàí îá-
ðàçåö óñòàíîâêè, íàöåëåííûé íà øèðîêîìàñ-
øòàáíîå èñïîëüçîâàíèå. Ïðè ýòîì âîñïðîèçâî-
äÿòñÿ ÿâëåíèÿ, ïðîèñõîäÿùèå â ïðèðîäå âî
âðåìÿ ãðîçû, ñîõðàíÿþòñÿ åñòåñòâåííûå ñâîé-
ñòâà âîäû, òàê êàê ýëåêòðè÷åñêèå ðàçðÿäû ðàç-
âèâàþòñÿ íà ãðàíèöå ðàçäåëà æèäêîñòü — ãàç.
Äàííûé êîìïëåêñ, âûïîëíåííûé â ìîäóëüíîì
èñïîëíåíèè, ëåãêî âñòðàèâàåòñÿ â ñèñòåìû îá-
ðàáîòêè âîäíûõ ðàñòâîðîâ äëÿ î÷èñòêè îò òÿ-
æåëûõ ìåòàëëîâ, ðàäèîíóêëèäîâ, ñîëåé æåñò-
êîñòè, äëÿ äåçèíôåêöèè è ò.ä.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Hsu-Hui Cheng, Shiao-Shing Chen, Yu-Chi Wu,
Din-Lit Ho. Non-Thermal Plasma Technology for
Degradation of Organic Compounds in Wastewater
Control : A critical review // J. Environ. Eng.
Manage. — 2007. — Vol.17, ¹ 6. — P. 427–433.
2. Ïîëÿêîâ Î.Â., Áàäàëÿí À.Ì., Áàõòóðîâà Ë.Ô. Âû-
õîäû ðàäèêàëüíûõ ïðîäóêòîâ ðàçëîæåíèÿ âîäû
ïðè ðàçðÿäàõ ñ ýëåêòðîëèòíûìè ýëåêòðîäàìè //
Õèìèÿ âûñîêèõ ýíåðãèé. — 2003. — Ò. 37, ¹ 5.
— Ñ. 367–372.
3. Yong Yang, Young I. Cho, Alexander Fridman.
Plasma Discharge in Liquid. Water Treatment //
Taylor & Francis Group 6000 Broken Sound Park-
way NW, Suite 300. — 2012. — 175 p.
4. The UV/Oxidation Handbook. Solarchem Environ-
mental Systems. — Markham, Ontario, Canada. —
1994. — 68 ð.
5. Marode E. The mechanism of spark breakdown in air
at atmospheric pressure between a positive point
and a plane. I. Experimental : Nature of the
streamer track // J. Appl. Phys. — 1975. —
Vol. 46. — P. 2005–2015.
6. Malik M.A., Ghaffar A., Malik S.A. Water purification
by electrical discharges // Plasma Sources Sci.
Technol. — 2001. — Vol. 10. — P. 82–91.
7. Lee C., Graves D.B., Lieberman M.A., Hess D.W.
Global Model of Plasma Chemistry in a High-Den-
sity Oxygen Discharge // J. Electro-chem. Soc. —
1994. — Vol.141. — P. 1546–1555.
8. Peyrous R., Pignolet P., Held B. Kinetic simulation
of gaseous species created by electrical discharge in
dry or humid oxygen // Journal of Physics D: Ap-
plied Physic. — 1989. — Vol. 22. — P. 1658–1667.
9. Yasuoka K., Sato K. Development of Repetitive
Pulsed Plasmas in Gas Bubbles for Water Treatment
// International Journal of Plasma Environmental
Science & Technology. — 2004. — Vol. 3, ¹ 1. —
P. 022–027.
10. Ryo Ono, Tetsuji Oda. Measurement of OH Radi-
cals in Pulsed Corona and Pulsed Dielectric Barrier
Discharge // IEEJ Transactions on Fundamentals
and Materials. — 2003. — Vol. 123, ¹ 9. —
P. 920–925.
11. Ryo Ono, Tetsuji Oda. Optical Diagnosis of Pulsed
Streamer Discharge under Atmospheric Pressure //
International Journal of Plasma Environmental Sci-
ence & Technology. — 2007. — Vol. 1, ¹ 2. —
P. 123–129.
12. Nakagawara N., Yasuoka K., Ishii S. OH Radical
Distribution in a Pulsed Atmospheric Discharge by
LIF Measurement // 5th Asia-Pacific Int. Symp.
on the Basics and Applications of Plasma Technol-
ogy (APSPT-5). Takao, TAIWAN (12.12.2007). —
Takao, 2007. — P. 98–101.
13. Yong Yang. Plasma Discharge in Water and Its Ap-
plication for Industrial Cooling Water Treatment
// Thesis Submitted to the Faculty of Drexel Uni-
versity of Doctor of Philosophy. — June 2011. —
172 ð.
14. Ìåäâåäåâ Ä.Ä. Íåðàâíîâåñíûå ïëàçìîõèìè÷åñêèå
ïðîöåññû â ïåðåõîäíûõ èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêèõ
ðàçðÿäàõ â ãàçàõ è æèäêîñòÿõ : Àâòîðåô. … äèñ.
êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê. — Ì., 2012. — 24 ñ.
15. Óøàêîâ Â.ß., Êëèìêèí Â.Ô., Êîðîáåéíèêîâ
Ñ.Ì., Ëîïàòèí Â.Â. Ïðîáîé æèäêîñòåé ïðè èì-
ïóëüñíîì íàïðÿæåíèè. — Òîìñê : Èçä-âî íàó÷.-
òåõí. ëèò., 2005. — 488 ñ.
16. Óøàêîâ Â.ß. Èìïóëüñíûé ýëåêòðè÷åñêèé ïðîáîé
æèäêîñòåé. — Òîìñê : Èçä-âî Òîì. óí-òà, 1975. —
256 ñ.
17. Jong-Hyuk Choi, Bok-Hee Lee. Electrical Proper-
ties Associated with Discharge Developments in
Water Subjected to Impulse Voltages // Journal
of Electrical Engineering & Technology. — 2010. —
Vol. 5, ¹ 1. — P. 156–162.
18. Êàðïîâ Ä.È. Ìîäåëèðîâàíèå èíèöèèðîâàíèÿ è ðîñ-
òà ðàçðÿäíûõ ñòðóêòóð â æèäêèõ äèýëåêòðèêàõ :
Àâòîðåô. äèñ. ... êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê. — Òîìñê,
2012. — 25 ñ.
19. Lukes P., Ruma, Aoki N., Hosseini S.H.R. et al. Ef-
fects of pulse frequency on plasmachemical activity
of electrical discharge in water // 31st ICPIG,
Granada, Spain, July 14–19, 2013. — Granada,
2013. — P. 10–11.
20. Âàæîâ Â.Ô., Êîçëîâà Í.Â. Èìïóëüñíàÿ ýëåêòðè-
÷åñêàÿ ïðî÷íîñòü âîäû è ãðàíèòà // Âåñòíèê
íàóêè Ñèáèðè. — 2012. — ¹ 1 (2). — Ñ. 79–85.
21. Ïîêëîíîâ Ñ.Ã. Îïðåäåëåíèå íàïðÿæåíèÿ ïðîáîÿ
âîäíîãî ìåæýëåêòðîäíîãî ïðîìåæóòêà // Ýëåê-
òðîííàÿ îáðàáîòêà ìàòåðèàëîâ. — 2010. — ¹ 1.
— Ñ. 72–78.
22. Êîðîáåéíèêîâ Ñ.Ì., Ìåëåõîâ À.Â., Ïîñóõ Â.Ã. è
äð. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïîâåäåíèÿ
28 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2
ïóçûðüêîâ â âîäå // Òåïëîôèçèêà âûñîêèõ òåì-
ïåðàòóð. — 2001. — Ò. 39, ¹ 2. — Ñ. 163–168.
23. Yasuoka K. and Sato K. Development of Repetitive
Pulsed Plasmas in Gas Bubbles for Water Treatment
// International Journal of Plasma Environmental
Science and Technology. — 2009. — Vol. 3. —
P. 22–27.
24. Ãîðÿ÷åâ Â.Ë., Óôèìöåâ À.À., Õîäàêîâñêèé À.Ì.
Î ìåõàíèçìå ýðîçèè ýëåêòðîäîâ ïðè èìïóëüñíûõ
ðàçðÿäàõ â âîäå ñ ýíåðãèåé â èìïóëüñå � 1 Äæ //
Ïèñüìà â Æóðí. òåîðåò. ôèçèêè. — 1997. —
Ò. 23, ¹ 10. — Ñ. 25–29.
25. Ãîðÿ÷åâ Â.Ë., Ðóòáåðã Ô.Ã., Ôåäþêîâè÷ Â.Í. Î
íåêîòîðûõ ñâîéñòâàõ èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêîãî
ðàçðÿäà ñ ýíåðãèåé â èìïóëüñå � 1 Äæ â âîäå, ïðè-
ìåíÿåìîãî äëÿ åå î÷èñòêè // Òåïëîôèçèêà âûñî-
êèõ òåìïåðàòóð. — 1996. — Ò. 34, ¹ 5. —
Ñ. 757–76024.
26. Bruce R. Locke. Environmental applications of elec-
trical discharge plasma with liquid water. — A mini
review //International Journal of Plasma Environ-
mental Science and Technology. — 2012. — ¹ 6.
— Ð. 194–203.
27. Øìåëåâ Â.Ì., Ìàðãîëèí À.Ä. Ðàñïðîñòðàíåíèå
ýëåêòðè÷åñêîãî ðàçðÿäà ïî ïîâåðõíîñòè âîäû è
ïîëóïðîâîäíèêà // Òåïëîôèçèêà âûñîêèõ òåìïå-
ðàòóð. — 2003. — Ò. 41, ¹ 6. — Ñ. 831–838.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 07.07.16
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2 29
Ïåòðîâ Ñ.Â.1, äîêò. òåõí. íàóê,
Îëüõîâèêîâ Î.Â.2, êàíä. åêîí. íàóê
1 ²íñòèòóòó ãàçó ÍÀÍ Óêðà¿íè , Êè¿â
âóë. Äåãòÿð³âñüêà, 39, 03113 Êè¿â, Óêðà¿íà, e-mail: vizana.sp@gmail.com
2 ÒΠ«Öåíòð åêñïåðòíèõ òåõíîëîã³é», Êè¿â
à/c 12, 02206 Êè¿â, Óêðà¿íà, e-mail: olegexpert5@gmail.com
Ïëàçìîõ³ì³÷íà îáðîáêà âîäíèõ ðîç÷èí³â
ç âèêîðèñòàííÿì ³ìïóëüñíîãî åëåêòðè÷íîãî ðîçðÿäó.
Ñòâîðåííÿ ïðîìèñëîâîãî îáëàäíàííÿ (Îãëÿä)
Íà îñíîâ³ ñó÷àñíèõ óÿâëåíü ïðî çàêîíîì³ðíîñò³ ³í³ö³àö³¿ òà ðîçâèòêó ðîçðÿäó â ð³äêèõ
ä³åëåêòðèêàõ âèêîíàíî íàóêîâî-òåõí³÷íå îáãðóíòóâàííÿ ïîáóäîâè ñèñòåìè ïëàçìîâî¿
îáðîáêè âîäíèõ ðîç÷èí³â ç ïåðñïåêòèâîþ ìàñøòàáóâàííÿ íà âåëèêó ïðîäóêòèâí³ñòü.
Îñîáëèâó óâàãó ïðèä³ëåíî ãåíåðóâàííþ âèñîêîðåàêö³éíî¿ ïëàçìè ç íèçüêèì åíåð-
ãî-ñïîæèâàííÿì. Öå äîñÿãàºòüñÿ çà ðàõóíîê òàêèõ òåõí³÷íèõ ð³øåíü: 1) ðåçîíàíñíå
ðîçä³ëåííÿ ³ìïóëüñó íà äâà êàíàëè, ïðè öüîìó â³ä îäíîãî äæåðåëà åëåêòðîæèâëåííÿ
çáóäæóþòüñÿ äâà íåçàëåæíèõ ýëåêòðè÷íèõ ðîçðÿäà ç åíåðã³ÿìè áëèçüêî 1 Äæ; 2) ñòâî-
ðåííÿ ó ì³æåëåêòðîäíèõ ïðîì³æêàõ óìîâ äëÿ ãîð³ííÿ ñàìîñò³éíîãî îá’ºìíîãî ðîçðÿäó
íà ìåæàõ ôàçîâîãî ïåðåõîäó, ïðè öüîìó óâåñü îá’ºì îáðîáëþâàíîãî ðîç÷èíó åôåêòèâíî
íàñè÷óºòüñÿ ðàäèêàëàìè ÎÍ. Êð³ì òîãî, çà ðàõóíîê îïòèìàëüíîãî ñï³ââ³äíîøåííÿ òðè-
âàëîñò³ ³ìïóëüñó äî ÷àñòîòè ïðîõîäæåííÿ ³ìïóëüñ³â çàáåçïå÷óºòüñÿ ñàìîô³êñàö³ÿ
(ï³äòðèìêà ñåðåäíüî¿ êîíöåíòðàö³¿ íà çàäàíîìó ð³âí³) ðàäèêàë³â ÎÍ â óñüîìó îá’ºì³
ðîç÷èíó. Ñòâîðåíî ï³ëîòíèé çðàçîê óñòàíîâêè, íàö³ëåíèé íà øèðîêîìàñøòàáíå âèêîðè-
ñòàííÿ. Äàíèé êîìïëåêñ, âèêîíàíèé ó ìîäóëüíîìó âàð³àíò³, ëåãêî âáóäîâóºòüñÿ ó ñèñ-
òåìè îáðîáêè âîäíèõ ðîç÷èí³â äëÿ î÷èùåííÿ â³ä âàæêèõ ìåòàë³â, ðàä³îíóêë³ä³â, ñîëåé
æîðñòêîñò³, äåçèíôåêö³¿ ³ òàêå ³íøå. Á³áë. 27, ðèñ. 8, òàáë. 1.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ³ìïóëüñíèé åëåêòðè÷íèé ðîçðÿä, áóëüáàøêîâèé âîäíèé ðîç÷èí,
ðàä³êàëè ÎÍ, ïðîá³é.
References
1. Hsu-Hui Cheng, Shiao-Shing Chen, Yu-Chi Wu and
Din-Lit Ho., Non-Thermal Plasma Technology for
Degradation of Organic Compounds in Wastewater
Control : A critical review, J. Environ. Eng. Man-
age, 2007, 17 (6), pp. 427–433.
2. Polyakov O.V., Badalyan A.M., Bakhturova L.F.
[Exits of reaction product of decomposition of wa-
ter at discharge with electrolyte electrodes], [High
Energy Chemistry], 2003, 37 (5), pp. 367–372.
(Rus.)
3. Yong Yang, Young I. Cho, Alexander Fridman.
Plasma Discharge in Liquid. Water Treatment, Tay-
lor & Francis Group 6000 Broken Sound Parkway
NW, Suite 300, 2012, 175 p.
4. The UV/Oxidation Handbook. Solarchem Environ-
mental Systems, Markham, Ontario, Canada, 1994,
68 ð.
5. Marode E. The mechanism of spark breakdown in air
at atmospheric pressure between a positive point
and a plane. I. Experimental: Nature of the streamer
track, J. Appl. Phys., 1975, 46, pp. 2005–2015.
6. Malik M. A., Ghaffar A., and Malik S. A., Water pu-
rification by electrical discharges, Plasma Sources
Sci. Technol, 2001, 10, pp. 82–91.
7. Lee C., Graves D. B., Lieberman M. A., and Hess D.
W. Global Model of Plasma Chemistry in a
High-Density Oxygen Discharge, J. Electrochem.
Soc, 1994, 141, pp. 1546–1555.
8. Peyrous R., Pignolet P. and Held B. Kinetic simula-
tion of gaseous species created by electrical dis-
charge in dry or humid oxygen, Journal of Physics
D: Applied Physic, 1989, 22, pp. 1658–1667.
9. Yasuoka K. and Sato K. Development of Repetitive
Pulsed Plasmas in Gas Bubbles for Water Treat-
ment, International Journal of Plasma Environ-
mental Science & Technology, 2004, 3 (1), pp.
022–027.
10. Ryo Ono, Tetsuji Oda. Measurement of OH Radi-
cals in Pulsed Corona and Pulsed Dielectric Barrier
Discharge, IEEJ Transactions on Fundamentals
and Materials, 2003, 123 (9), pp. 920–925.
11. Ryo Ono and Tetsuji Oda Optical Diagnosis of
Pulsed Streamer Discharge under Atmospheric Pres-
sure // International Journal of Plasma Environ-
mental Science & Technology, 2007, 1 (2), pp.
123–129.
12. Nakagawara N., Yasuoka K., Ishii S. OH Radical
Distribution in a Pulsed Atmospheric Discharge by
LIF Measurement, 5th Asia-Pacific Int. Symp. on
the Basics and Applications of Plasma Technology
(APSPT-5). Takao, Taiwan, 2007, pp. 98–101.
13. Yong Yang. Plasma Discharge in Water and Its Ap-
plication for Industrial Cooling Water Treatment,
30 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2
Petrov S.V.1, Doctor of Technical Sciences,
Olhovikov O.V.2, Candidate of Economic Sciences
1 The Gas Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev
39, Degtyarivska Str., 03113 Kiev, Ukraine, e-mail: vizana.sp@gmail.com
2 The Center of Expert Technologies Ltd., Kiev
Mail Box 12, 02206 Kiev, Ukraine, e-mail: olegexpert5@gmail.com
Plasma Chemical Processing of Water Solutions
with Use of the Pulsed Electrical Discharge.
Creation of the Industrial Equipment (Review)
On the basis of modern representations about laws of underwater discharge phenomena
caused by Impulse voltages the scientific and technical substantiation of construction of
system of plasma processing of water solutions with scaling prospect on the big produc-
tivity is executed. The special attention is given to generating of highly reactionary
plasma with low power consumption. It is reached at the expense of a number of techni-
cal decisions. The first - resonant split of an impulse into two channels. Thus from one
source of power supply is generating two independent electric discharges with energies ~
1 J are raised. The second - creation in interelectrode gaps of conditions for burn of the
independent electrical discharges on borders of phase transition. Thus all volume of a
processed solution is effectively sated with radicals OH. Besides, self-fixing (maintenance
of average concentration of the OH in all volume of a solution) is provided at the ex-
pense of an optimum ratio of duration of an impulse to frequency. The sample of pilot in-
stallation aimed at large-scale use is created. The given hardware executed in modular
version, is easily built in systems of processing of water solutions for purification of
heavy metals, radionuclides, salts of rigidity, disinfection etc. Bib. 27, Fig. 8, Tab. 1.
Key words: the pulsed electrical discharge, a bubbled water solution, radicals OH,
breakdown.
Thesis Submitted to the Faculty of Drexel Univer-
sity of Doctor of Philosophy, June 2011, 172 ð.
14. Medvedev D.D. [Non-equilibrium plasma chemi-
cal processes in transitive pulse-periodic dis-
charges in gases and liquids], Autoreferat, Mos-
cow, 2012, 24 p. (Rus.)
15. Ushakov V.Ya, Klimkin V.F., Korobeinikov S.M.,
Lopatin V.V. [Impulse Breakdown of Liquids],
Tomsk : Publishing house of the scientific and tech-
nical literature, 2005, 488 p. (Rus.)
16. Ushakov V.Ya. [Impulse Electrical Breakdown of
Liquids], Tomsk : The publishing House of Tomsk
state university, 1975, 256 p. (Rus.)
17. Jong-Hyuk Choi and Bok-Hee Lee. Electrical Prop-
erties Associated with Discharge Developments in
Water Subjected to Impulse Voltages, Journal of
Electrical Engineering & Technology, 2010, 5 (1),
pp. 156–162.
18. Karpov D.I. [Modelling of initiation and growth of
discharge structures in liquid dielectrics].
Autoreferat Ph.D., Tomsk, 2012, 25 p. (Rus.)
19. Lukes P., Ruma, Aoki N., Hosseini S.H.R.,
Sakugawa T., Akiyama H. Effects of pulse fre-
quency on plasmachemical activity of electrical dis-
charge in water, 31st ICPIG, Granada, Spain, July
14–19, 2013, Granada, 2013, pp. 10–11.
20. Vashov V.F., Kozlova N.V. [Pulse electric strength
of water and granite], [Siberian Journal of Sci-
ence], 2012, (1), pp. 79–85. (Rus.)
21. Poklonov S.G. [Definition of breakdown voltage of
a water interelectrode gap], Electronnaya
obrabotka materialov, 2010, (1), pp. 72–78. (Rus.)
22. Korobeynikov S.M., Melekhov A.V., Posukh V.G.,
Antonov V.M., Royak M.E. [Experimental investi-
gation of bubbles behavior in water], Teplofizika
vysokikh temperatur [High Temperature], 2001, 39
(2), pp. 163–168. (Rus.)
23. Yasuoka K. and Sato K. Development of Repetitive
Pulsed Plasmas in Gas Bubbles for Water Treat-
ment, International Journal of Plasma Environmen-
tal Science and Technology, 2009, 3, pp. 22–27.
24. Goryachev V.L., Ufimtsev A.A., Hodakovsky A.M.
[About the mechanism of erosion of electrodes at
pulse discharges in water with energy in an impulse
� 1 J], [Technical Physics Letters], 1997, 23 (10),
pp. 25–29. (Rus.)
25. Goryachev V. L, Rutberg P.G, Fedukovich V.N.
[About some properties of the impulse-periodic dis-
charge with energy in an impulse � 1 J in the water,
applied to its cleaning], Teplofizika vysokih
temperatur [High Temperature], 1996, 34 (5), pp.
757–760. (Rus.)
26. Bruce R. Locke. Environmental applications of elec-
trical discharge plasma with liquid water - A mini
review, International Journal of Plasma Environ-
mental Science and Technology, 2012, (6), pp.
194–203.
27. Shmelev V.M., Margolin A.D. [Propagation of an
electric discharge over the surface of water and
semiconductor], Teplofizika vysokih temperatur
[High Temperature], 2003, 41 (6), pp. 735–741.
(Rus.)
Received July 7, 2016
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2 31
|