在工业生产过程中，许多大型设备的运行需要利用循环水系统进行冷却降温以保证设备的正常工作。但在由于循环冷却水系统中无机盐浓度、溶氧量、水温和pH值常年保持在一定的范围内，容易滋生各类微生物。微生物及其代谢产物易造成循环冷却水管道内发生腐蚀、结垢、堵塞等现象，使得管道循环水流速减小，影响换热系统的效率，降低管道的使用寿命甚至需要更换管道，从而严重影响整个工业生产系统的效率和运行的经济性。因此，在工业生产过程中，为保证循环冷却水系统的高效可靠运行，对循环冷却水系统中存在的微生物进行灭杀是一道必不可少的工序。目前在工业生产中普遍使用的是以氯及其氧化物的化学杀菌方法，称为氯化处理。但化学处理法自身也存在加药量难以控制、药品残余难以去除、设备腐蚀、废液污染等问题。

脉冲电场（Pulsed Electric Field, PEF）处理技术是一项新兴的非热微生物处理技术。此项技术通过对含有微生物的水体施加高强度电场，造成微生物的细胞结构的破坏，进而诱导微生物死亡。PEF杀菌是一个物理灭菌过程，具有低温、低能耗、无化学污染等特点，相较于传统的化学除菌方式具有更显著的优势。本项目旨在设计并搭建出能有效灭菌的基于PEF技术的循环水系统灭菌装置，为工业生产中循环冷却水系统的除菌以及类似的应用场景提供新的思路。

本项目以高压脉冲电场（PEF）处理技术为核心，针对实际工业生产中循环冷却水系统的情况，设计并建造适用于工业用循环冷却水灭菌的PEF除菌装置。并利用此灭菌装置进行验证性灭菌实验，以验证和评估利用PEF处理技术进行循环冷却水灭菌的可能性。具体研究内容如下：

1)   PEF灭菌装置的设计

影响PEF灭菌效果的最主要因素为灭菌装置（PEF处理室）内的电场强度。而PEF处理室内部的电场强度与处理室的电极结构及其几何尺寸紧密相关。因此在本项目中，将首先针对循环冷却水系统中管道的实际尺寸和课题组现有的电源条件，对PEF处理室的电极结构及其尺寸进行设计和选择，使其既能满足实际循环冷却水系统的尺寸要求，也能使处理室内部达到灭菌所需的电场强度。同时，也对PEF处理装置和循环冷却水系统的连接结构进行设计，使之能够顺利接入循环水管道系统。

2)   对设计进行多物理场仿真

完成PEF处理装置的设计后，将运用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对设计进行建模和仿真。在本项目中，将对PEF处理室内部的电场分布和流场分布进行模拟仿真，以此验证设计是否满足电场强度以及循环冷却水系统管道流速的要求，同时要避免局部场强畸变和流动性死区的出现。依据仿真的结果对PEF处理装置的设计做进一步的优化和改进。

3)   搭建PEF装置并进行验证性灭菌实验

完成PEF处理装置的结构设计并通过多物理场仿真验证后，将对处理室各个部分进行选材并完成PEF处理装置原型机的搭建。利用搭建出来的PEF处理装置对标准含菌溶液以及实际循环冷却水样本进行验证性灭菌实验，验证该装置的灭菌效果并研究PEF运行参数与灭菌效率的关系。并与传统化学灭菌方法进行对比，以评估出PEF处理技术用于工业循环冷却水除菌的可行性。