Hintergrund
Auf dem Gebiet der Wasser aufbereitung ist die Elektro koagulation stech no logie aufgrund ihrer einfachen Bedienung, keiner Sekundär verschmutzung, hohen Effizienz und geringen Kosten zu einem heißen Thema in den Bereichen Wasser aufbereitung und Fluss bagger ung geworden. Es fehlt jedoch immer noch an systematischen Untersuchungen zum Mechanismus des Einflusses von Blasen bewegung und Strömungs felds törung auf den Flockung effekt.
Kürzlich führte ein gemeinsames Forschungs team der Qinghai-Universität und der Tsinghua-Universität eine experimentelle Studie durch, die auf einem Partikel bild geschwindigkeit system (PIV-System) basiert. Aufdeckung des Kopplung gesetzes zwischen Blasen dynamik und Strömungs feldent wicklung während der Elektro koagulation.
Einzelheiten finden Sie in der Veröffentlichung "Eigenschaften und Kontroll faktoren des Elektro koagulation strömungs feldes und des Sediment absetzungs effekts".
Experimentelle Plattform
Es besteht aus dem Revealer PIV-System und dem Flockung system.
1. PIV-System: 4 Revealer PIV-Hoch geschwindigkeit kameras mit einer Auflösung von 2560 × 1920, einer Bildrate von 2000 fps und einer PIV-Quer frame-Zeit von 300 ns, verwendet, um die vorübergehende Bewegung von Blasen zu erfassen. Gepulster Laser mit einer Energie von 30 mJ und einer Frequenz von 1 kHz wird verwendet, um den experimentellen Beobachtungs bereich vertikal zu beleuchten und die Tracer-Partikel klar abzubilden. Der synchrone Controller wird verwendet, um das Timing der Hoch geschwindigkeit kamera und des Lasers zu koordinieren, wie in Abbildung 1 gezeigt.
Abbildung 1: Revealer PIV-System
2. Elektro koagulation system: Flockung tank, Größe 180mm × 110mm × 130mm, Aluminium elektroden platten, Abstand 40mm, einstellbare Gleichstrom versorgung 0 ~ 30 A, Auflösung 0,01.
Experimentelle Verfahren
1. experimentelle Vorbereitung und Design
1.1 Die experimentelle Lösung wurde durch 1,3 l reines Wasser und 1,3g NaCl hergestellt, und die Lösungs temperatur war Umgebungs temperatur (20 °C). Im Experiment wurden die Sediment proben aus dem Oberlauf des Gelben Flusses entnommen. Nach der Reinigung und Trocknung wurden der experimentellen Lösung 2,6g Sediment partikel zugesetzt. Die Sediment konzentration der Lösung betrug 2g/l. Nach gleichmäßigem Rühren wurde es für die 60er Jahre gelassen, bevor das Experiment begann.
1.2 Stellen Sie 9 Gruppen der Stromdichte (10 ~ 50 A/m², Schritt größe 5 A/m²) ein, um den Elektro koagulation prozess unter verschiedenen Arbeits bedingungen zu simulieren.
2. Daten sammlung
2.1 Stellen Sie die Laser impuls frequenz auf 200Hz, die Intensität der Laser A und B auf 10 A ein, stellen Sie den Lichtleiter arm so ein, dass die Laser bestrahlung fläche parallel zur Kamera beobachtungs fläche ist, und stellen Sie die Brennweite so ein, dass das Kamera bild auf die Laser bestrahlung fläche fokussiert wird.
2.2 Das PIV-System wurde verwendet, um die Blasen bewegung unter 9 verschiedenen Stromdichten kontinuierlich zu beobachten, und es wurden insgesamt 5500 Bilder von Bilddaten gesammelt. Die Ergebnisse zeigten, dass mit der Zunahme der Stromdichte die Blasen erzeugungs rate auf der Elektroden oberfläche zunahm und sich die Blasen verteilung von der Oberflächen schicht der Lösung zur tiefen Schicht ausdehnte. wie in Abbildung 2 für Details gezeigt.
Abbildung 2 Blasen bilder bei 9 Stromdichten während der Elektrolyse für 15 s
2.3 PIV-Durchfluss feld berechnung und Visual isierungs forschung, basierend auf dem Kreuz korrelation algorithmus, wird die durchschnitt liche Verschiebung und Geschwindigkeit von Partikeln im Fenster durch schnelle Fourier-Transformation FFT berechnet. Die Durchfluss feldmess software Revealer RFlow4 wird weiter verwendet, um die Wirbels truktur verteilung im Strömungs feld anhand des Omega-Kriteriums zu berechnen, die Wirbel grenze mit Ω = 0,52 zu identifizieren, die Wirbel wolken karte zu zeichnen. und quantifizieren Sie die Anzahl und Intensität verteilung von Wirbeln genau, wie in Abbildung 3 gezeigt.
Abbildung 3 Omega-Verteilungs wolken diagramm unter 9 Gruppen der Stromdichte
Experimentelles Fazit
Das Experiment maß die Änderungen der Sediment partikel größe und der Lösungs trübung unter unterschied lichen Stromdichten. Wenn die Stromdichte 40 A/m² betrug, erreichte D/V (das Verhältnis der durchschnitt lichen Partikel größe zur durchschnitt lichen Geschwindigkeit) das Maximum und die Entfernungs effizienz war die höchste. was darauf hinweist, dass Floc bildung und Stabilität unter dieser Bedingung optimal waren. Das Mitführen von Luft flotation und die Sediment ation der Flockung waren die Hauptfaktoren, die die Verringerung der Trübung beeinflussten, und die Grenz partikel größe betrug 37,2 μm. Sediment partikel, die kleiner als diese Partikel größe waren, wurden haupt sächlich durch Mitnahme der Luft flotation entfernt, und Partikel, die größer als diese Partikel größe waren, wurden haupt sächlich durch Flockung sediment ation entfernt.
Die Fähigkeit zur kontinuier lichen Hoch geschwindigkeit beobachtung und die Fähigkeit zur Partikel bild verarbeitung des Revealer PIV-Systems bieten starke Unterstützung für eingehende Forschungen zum Elektro flockung prozess. Durch die genaue Erfassung des ursprünglichen Bildes der Blasen bewegung und die Verarbeitung zur Darstellung der Vorticity-Wolken karte bietet es eine wissenschaft liche Grundlage für die Optimierung des Elektro flockung effekts und hilft bei der Lösung komplexer Strömungs feld probleme. und fördert techno logische Innovation in den Bereichen Umweltschutz und chemische Industrie.
English
Deutsch
