脉冲电场/脉冲等离子体新型杀菌技术研究

摘要

高压脉冲电源与不同电极结构的反应器匹配在水处理中有脉冲电场(PEF)和脉冲非热等离子体(NTP)两种应用形式。本文分别以油田注水和饮用水为研究对象，开展了对PEF和NTP新型杀菌技术的研究。 首先，以油田注水为研究对象，考察了脉冲频率、样品温度、细菌初始浓度、电导率、电极距离等操作参数对PEF杀菌的影响，并对参数优化。开发了脉冲电场和超声波联用杀菌工艺，证实PEF可以有效的去除腐生菌、铁细菌和硫酸盐还原菌等有害菌，超声波和PEF联用具有协同杀灭腐生菌和铁细菌的作用。考察了电导率、细菌初始浓度和Fe2+对NTP杀菌的影响，同时考察了曝气气源(O2、N2和空气)和曝气强度对NTP杀菌的影响，试验表明曝气有利于杀菌，曝O2的效果最好。氧气曝气强度为667m3/(m3h)时，经过150s的处理，腐生菌、铁细菌和硫酸盐还原菌的失活率分别为1.85、4.51和5.70log。 其次，以饮用水为研究对象，系统的考察了PEF和NTP消毒时，单脉冲能量的影响和连续流条件下的杀菌效果，比较了火花隙开关电源和闸流管开关电源与反应器匹配的杀菌效果，研究了天然水体中存在的腐殖酸对PEF和NTP杀菌效果的影响，结果表明水中的有机物对NTP杀菌的影响很大。 在以上研究的基础上，以含腐殖酸的自配水以及两种实际水样为处理对象，从杀菌效果、速率、成本、安全性等方面比较PEF/NTP、ClO2、UV、H2O2和O3等杀菌方法。研究表明除H2O2外，其他方法均能快速高效杀菌，其中ClO2和UV杀菌受水中有机物影响最大。以自来水厂水源水为处理对象，细菌失活率为1log时，ClO2杀菌最经济快速。从安全性角度而言，PEF和UV几乎无消毒副产物，然而PEF杀菌比UV彻底，且受水中有机物影响较小。总而言之PEF是一种有优势的高效安全消毒方法，而NTP可用于杀菌和污染物的共去除。 最后，探讨了PEF和NTP技术对细胞结构的破坏程度，发现NTP对细胞结构的破坏比PEF更剧烈。分析了NTP杀菌的机理，证实NTP杀菌是电场和自由基、臭氧等氧化性活性物质的共同作用，并明确了自由基对杀菌的贡献。

目录

文摘

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致谢

1绪论

1.1课题背景

1.2常用的杀菌方法

1.3脉冲电场/脉冲等离子体技术

1.4研究内容和技术路线

2实验装置及分析测试方法

2.1实验装置与工艺流程

2.2实验材料

2.3分析测试方法

3脉冲电场用于模拟油田注水杀菌

3.1操作参数对脉冲电场杀菌的影响

3.2脉冲电场与超声联用对模拟油田注水杀菌

3.3本章小结

4脉冲等离子体用于模拟油田注水杀菌

4.1操作参数对杀菌的影响

4.2连续流条件下NTP对模拟油田注水杀菌

4.3本章小结

5脉冲电场/脉冲等离子体用于模拟饮用水消毒

5.1脉冲电场用于模拟饮用水消毒

5.2脉冲等离子体用于模拟饮用水消毒

5.3 Weibull模型拟合

5.4不同类型的电源与反应器匹配的杀菌效果

5.5本章小结

6脉冲电场/脉冲等离子体与常用的杀菌方法比较

6.1常用方法的杀菌效果

6.2常用方法对模拟饮用水消毒时HA的影响

6.3几种方法对实际水样杀菌的比较

6.4几种杀菌方法安全性比较

6.5本章小结

7脉冲电场/脉冲等离子体杀菌机理探讨

7.1脉冲电场/脉冲等离子体对细胞结构的破坏

7.2脉冲等离子体杀菌机理的探讨

7.3本章小结

8结论与建议

8.1结论

8.2主要创新点

8.3存在的问题及建议

参考文献

作者简历