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文檔簡介
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,是脈沖功率技術與環(huán)境水處理、等離子體化學等多學科的交叉融合;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上,搭
2、建一套反應器擴大條件下的水處理實驗平臺,為高壓脈沖水處理技術的進一步放大和工業(yè)化應用打下基礎,提供有益參考。論文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新性結論包括:
1)設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火花隙開關,其不同旋轉角度下的關合開斷電場強度進行仿真計算,結果表明:旋
3、轉火花隙充放電回路中強烈的電場畸變能夠保證開關的可靠動作;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。實測結果表明,所設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用要求。
2)結合傳統(tǒng)針-板反應器與線-板反應器特點,設計研
4、制了大容量水處理用等離子體鋸齒線-板放電反應器。該反應器總設計容量達到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左右的反應時間出現(xiàn)溶解轉化,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率的
6、減小而線性增大;曝氣的加入削弱了電導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,均與各自反應歷程和能量利用情況有關。
5)依托所設計研制的電源/反應器系統(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,達到整體電源/反應器系統(tǒng)的良好匹配。亞甲基藍溶液的氧化效率和氧化
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