脈沖放電水處理技術(shù)利用高壓脈沖放電生成的物化效應(yīng),可以高效降解水中的難生化有機污染物,具有良好的應(yīng)用前景。但如何提高該技術(shù)的能量效率是其實際應(yīng)用的關(guān)鍵之一。本文提出在廢水中投加過硫酸鹽,通過放電等離子體激活過硫酸鹽提高污染物降解效率的方法。設(shè)計了高壓納秒脈沖電源激勵的多針-板液面結(jié)構(gòu)反應(yīng)器,通過Comsol仿真分析了靜電場空間分布與折合電場、電子等的時空分布,優(yōu)化電極結(jié)構(gòu),并實驗研究了電氣參數(shù)對放電特性的影響規(guī)律,以高效生成液面放電等離子體;以對硝基苯酚為對象,研究了過硫酸鹽對液面脈沖放電降解有機物的影響,初步分析了過硫酸鹽的激活作用機理。主要結(jié)果如下:(1)對液面放電系統(tǒng)進行了靜電場和等離子體仿真分析。考察了針尖到地電極路徑上的靜電場空間分布,優(yōu)化了電極的針-針間距為10 mm,液體電導(dǎo)率對于放電空間的電場強度沒有影響,隨著電壓升高和氣隙間距減小,電場強度明顯增強。等離子體傳播過程中電子密度和電子能量逐漸增大,平均電子能量在等離子體通道頭部達到最大值,約7~9 eV。脈沖電壓峰值由14 kV增加到18 kV時,最大電子密度1.65×10~188 m~(-3)增大到8.74×10~200 m~(-3),電子數(shù)密度較高的區(qū)域也隨之擴大。(2)測試了大氣壓液面脈沖放電的放電模式、光輻射、熱及活性物質(zhì)生成等物化效應(yīng)。將放電裝置等效為9.87 pF的靜態(tài)電容,隨著脈沖電壓的增加,放電過程經(jīng)歷電暈?zāi)Ｊ健浬⒛Ｊ�、火花放電三個階段,分析了不同放電模式的電壓電流波形;分析了氮分子的光譜強度,計算出液面放電等離子體通道中的氣體溫度在340~394 K左右,當產(chǎn)生火花放電時,光輻射強度與氣體溫度明顯高于彌散與電暈放電模式;放電過程產(chǎn)生臭氧和過氧化氫濃度隨著放電強度與放電時間的增加而升高。(3)以對硝基苯酚為目標污染物,研究了過硫酸鹽添加量、放電強度、溶液性質(zhì)對激活過硫酸鹽降解對硝基苯酚的效果,分析了等離子體激活過硫酸鹽的因素。對硝基苯酚降解率隨著過硫酸鹽添加量增多先升高后趨于平緩,在過硫酸鹽與對硝基苯酚摩爾質(zhì)量比為80:1時最高;增大脈沖電壓和減小氣隙間距提升了過硫酸鹽激活效果,進而提高對硝基苯酚降解率,且在火花放電模式時效果更為明顯,當氣隙間距為6 mm、脈沖電壓峰值為22 kV時,降解效率和能量效率分別提升19.6%和7 mg/kWh;酸性環(huán)境更有利于廢水處理和過硫酸鹽激活,而堿性環(huán)境則不明顯。高能電子、熱效應(yīng)可能是激活過硫酸鹽的主要原因,過氧化氫和臭氧對于過硫酸鹽沒有明顯激活效果。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X703
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 低溫等離子體概述
    1.2 放電等離子體水處理原理及裝置
        1.2.1 高壓脈沖放電水處理技術(shù)的基本原理
        1.2.2 放電等離子體水處理裝置
    1.3 液面脈沖放電的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 液面脈沖放電特性研究現(xiàn)狀
        1.3.2 液面放電用于水處理應(yīng)用的研究現(xiàn)狀
    1.4 激活過硫酸鹽用于水處理的原理及研究現(xiàn)狀
    1.5 本文研究意義與研究內(nèi)容
        1.5.1 研究意義
        1.5.2 研究內(nèi)容
2 液面脈沖放電仿真分析
    2.1 靜電場仿真分析
        2.1.1 靜電場基本方程
        2.1.2 靜電場仿真模型的建立
        2.1.3 針-針間距對電場強度的影響
        2.1.4 電導(dǎo)率對電場強度的影響
        2.1.5 外加電壓對電場強度的影響
        2.1.6 氣隙間距對電場強度的影響
    2.2 等離子體仿真分析
        2.2.1 理論模型
        2.2.2 約化電場的時空分布
        2.2.3 粒子濃度的時空分布
        2.2.4 電壓的影響
    2.3 本章小結(jié)
3 液面放電等離子體的放電特性研究
    3.1 實驗系統(tǒng)與測試方法
        3.1.1 實驗系統(tǒng)
        3.1.2 測試方法
    3.2 液體電導(dǎo)率的影響
    3.3 放電功率
    3.4 電壓的影響
        3.4.1 放電圖像
        3.4.2 等效電容的確定
        3.4.3 電壓電流波形
    3.5 發(fā)射光譜
    3.6 活性物質(zhì)的生成
    3.7 本章小結(jié)
4 液面放電等離子體處理對硝基苯酚廢水的研究
    4.1 實驗方法
    4.2 過硫酸鹽添加量的影響
    4.3 脈沖電壓的影響
    4.4 氣隙間距的影響
    4.5 初始pH值的影響
    4.6 激活過硫酸鹽主要因素分析
    4.7 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2882170