高壓脈沖水中放電特性及亞甲基藍模擬廢液降解研究.pdf

1、高壓脈沖水中放電降解有機物是一種新型的水處理高級氧化技術(shù)，是脈沖功率技術(shù)與環(huán)境水處理、等離子體化學(xué)等多學(xué)科的交叉融合；集合高能電子輻射、紫外光輻射、自由基氧化等多種高級氧化技術(shù)于一體。不但對目前各種難降解有機污染物具有普遍的適用性，更因其簡便、高效、無二次污染等特點具備了廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
　　本文從能量角度出發(fā)，采用氣液兩相放電等離子體和化學(xué)的方法，在分析高壓脈沖水中放電特性及系統(tǒng)參數(shù)對亞甲基藍模擬廢液降解影響因素的基礎(chǔ)上，搭

2、建一套反應(yīng)器擴大條件下的水處理實驗平臺，為高壓脈沖水處理技術(shù)的進一步放大和工業(yè)化應(yīng)用打下基礎(chǔ)，提供有益參考。論文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新性結(jié)論包括：
　　1)設(shè)計研制了一種新型納秒級高壓脈沖電源。采用電容儲能方式的雙火花隙充放電回路隔離設(shè)計；通過對電路建模及解析求解，分析了電源主電路的最佳工作狀態(tài)并由此確定電路各參數(shù)值。利用工程電磁場仿真軟件對電源核心元件多電極旋轉(zhuǎn)火花隙開關(guān)，其不同旋轉(zhuǎn)角度下的關(guān)合開斷電場強度進行仿真計算，結(jié)果表明：旋

3、轉(zhuǎn)火花隙充放電回路中強烈的電場畸變能夠保證開關(guān)的可靠動作；同時達到減小電極燒蝕，延長工作壽命和降低放電分散性等目的。實測結(jié)果表明，所設(shè)計研制的納秒級脈沖電源具有：單脈沖能量可調(diào)(0.25 J-20 J)、平均功率可調(diào)(25W-2 kW)、高重復(fù)頻率(20-600 Hz)、陡峭上升沿(<100 ns)、窄脈寬(<1μs)、可靠開斷、耐燒蝕等優(yōu)點，能夠達到等離子體水處理應(yīng)用要求。
　　2)結(jié)合傳統(tǒng)針-板反應(yīng)器與線-板反應(yīng)器特點，設(shè)計研

4、制了大容量水處理用等離子體鋸齒線-板放電反應(yīng)器。該反應(yīng)器總設(shè)計容量達到42 L，采用四象限鋸齒線電極，可以根據(jù)需要組成多單元串并聯(lián)放電模式，在形成多個放電通道的同時更加注重氣液混合放電的協(xié)同效果。
　　3)研究了單一水介質(zhì)條件下系統(tǒng)主要參數(shù)對脈沖放電特性的影響，包括波形特征和脈沖能量利用情況。實驗表明：提高交流輸入電壓、增大脈沖儲能電容及溶液電導(dǎo)率，減小放電間距等都能夠使單脈沖注入能量得到不同程度的提升。但能量注入效率發(fā)展情況卻各

5、有不同：提高輸入電壓使得能量注入效率呈現(xiàn)先增后減趨勢；增大脈沖儲能電容只能讓能量注入效率一直下降；增大溶液電導(dǎo)率及減小放電間距卻可以保持能量注入效率不斷提高。
　　4)分析了高壓脈沖水中放電過程中起主要降解作用的活性物質(zhì)(如羥基自由基、臭氧、過氧化氫等)成因及各自降解轉(zhuǎn)化機理。放電產(chǎn)生的過氧化氫和臭氧分別在25 min和9min左右的反應(yīng)時間出現(xiàn)溶解轉(zhuǎn)化，過氧化氫的生成濃度遠高于臭氧。過氧化氫和臭氧的產(chǎn)率都隨放電間距和溶液電導(dǎo)率的

6、減小而線性增大；曝氣的加入削弱了電導(dǎo)率對放電特性的影響。不同曝氣條件下，過氧化氫產(chǎn)生濃度次序為：無曝氣>氧氣>空氣>氮氣；臭氧產(chǎn)生濃度次序為：氧氣>空氣>氮氣>無曝氣，均與各自反應(yīng)歷程和能量利用情況有關(guān)。
　　5)依托所設(shè)計研制的電源/反應(yīng)器系統(tǒng)，從直接氧化角度和能量利用角度兩方面出發(fā)，考察了系統(tǒng)主要參數(shù)對亞甲基藍污染物降解效果的影響，以此為參考對各參數(shù)進行優(yōu)化總結(jié)，達到整體電源/反應(yīng)器系統(tǒng)的良好匹配。亞甲基藍溶液的氧化效率和氧化