脉冲介质阻挡放电等离子体处理废水的研究

论文摘要

脉冲放电等离子体水处理作为一种新型的水处理高级氧化技术,包含了高能电子轰击、羟基自由基氧化、臭氧氧化、双氧水氧化以及紫外光降解等多种效应。其优点是对有机污染物的处理可以无选择性、效率高、二次污染少等。由于该技术在常温下即可与有机物分子键发生高效的裂解反应,并且在过程中无需从添加外部试剂,因而是一项很有广阔的应用前景的水处理技术。本文运用脉冲介质阻挡放电等离子体,对实际废水垃圾渗滤液以及模拟废水罗丹明B溶液进行了处理和分析。主要研究内容为：1.建立了一套等离子体污水处理系统。该系统由电源和反应器构成。电源部分采用高压脉冲源供电,可以提供陡峭的脉冲前沿以及短脉宽,这就能够在不使电场内离子加速的情况下,单使电子加速,从而形成高能电子。反应器部分采用介质阻挡放电形式,这样可以获得大面积放电通道,利于水处理的规模化,而且电极被介质覆盖,避免了放电时的电解效应和焦耳热效应。2.以气-液两相混合的处理方式设计制作反应器A用以处理实际废水垃圾渗滤液。该结构的优点在于,在降解污水的过程中,强电场的作用可以直接作用于液体。此外,采用雾化喷头的方法进行水循环,增加放电产生的活性氧化剂与污染物的接触机会。研究了放电时间、通入氧气、初始pH值、结合芬顿反应等因素对垃圾渗滤液COD去除的影响。结果表明,将放电处理结合芬顿反应的效果,在通入氧气,pH=3,处理时间40min的条件下,垃圾渗滤液的COD去除率可以达到60%。同时,溶液的去色效果也很明显。3.以液相为接地极的处理方式设计制作反应器B用以处理模拟废水罗丹明B溶液。该结构的优点在于,将废水用来作为其中的一个电极,这样可以利用污水的高电导率,减少其对放电过程的负面影响。研究了一些因素的影响,例如脉冲峰值电压,放电频率、pH值以及紫外光的协同作用等等。结果表明,综合使用这些产生的反应物,可以有效地对该染料进行降解,并且臭氧在这一过程中,占据了极其重要的作用。随着输入能量的增加,降解效率也逐步增强。罗丹明B的去除率在高电导率的条件下可达99.9%。4.对脉冲放电等离子体水处理过程中所涉及到的主要强氧化剂（羟基自由基和臭氧）的产生过程以及降解有机物的反应机理进行了概括,由此对罗丹明B的降解历程和降解产物进行推断。罗丹明B的最终降解产物可能是一些有机酸、醇以及醛等等小分子物质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 水污染及处理现状
• 1.2 高级氧化技术
• 1.2.1 高级氧化技术的特点
• 1.2.2 高级氧化技术的种类
• 1.3 放电等离子体技术
• 1.4 本课题的来源和主要研究内容
• 第二章 脉冲放电等离子体水处理技术
• 2.1 等离子体概述
• 2.2 等离子体的分类
• 2.3 放电低温等离子体
• 2.3.1 低温等离子体的优势
• 2.3.2 气体放电机理
• 2.3.3 放电低温等离子体发生形式
• 2.4 介质阻挡放电形式
• 2.4.1 介质阻挡放电结构
• 2.4.2 介质阻挡放电的主要参数
• 2.4.3 介质阻挡放电的物理过程及机理
• 2.5 采用脉冲电源的必要性
• 2.5.1 脉冲电源的基本原理
• 2.5.2 采用脉冲电源的优势
• 2.6 脉冲放电等离子体水处理的理论依据
• 2.6.1 液体中放电基本机理
• 2.6.2 水中反应过程机理概述
• 2.7 脉冲放电等离子体水处理的反应器分类
• 2.8 脉冲放电等离子体水处理的研究进展
• 第三章 实验装置和研究方法
• 3.1 高压脉冲电源
• 3.1.1 电路原理
• 3.1.2 电源参数及其影响
• 3.1.3 放电过程分析
• 3.1.4 放电能耗计算
• 3.1.5 电源实物图
• 3.2 水处理反应器
• 3.2.1 气-液两相混合反应器（反应器A）
• 3.2.2 液相作为接地极反应器（反应器B）
• 3.3 实验原料与仪器
• 3.3.1 仪器与试剂
• 3.3.2 目标反应物
• 3.4 实验方法
• 3.4.1 局部参数配置与分析
• 3.4.2 整体实验流程
• 第四章 脉冲放电等离子体处理废水的实验研究
• 4.1 反应器A处理垃圾渗滤液实验
• 4.1.1 放电时间对处理效果的影响
• 4.1.2 通入氧气对处理效果的影响
• 4.1.3 初始pH值对处理效果的影响
• 4.1.4 放电结合芬顿反应的处理效果
• 4.1.5 放电等离子体的脱色效果
• 4.2 反应器B处理罗丹明B溶液实验
• 4.2.1 脉冲电压峰值的影响
• 4.2.2 脉冲放电频率的影响
• 4.2.3 溶液酸碱性条件对降解效果的影响
• 4.2.4 溶液电导率对降解效果的影响
• 4.2.5 紫外光的协同作用
• 4.2.6 放电等离子体的脱色效果
• 第五章 分析与讨论
• 5.1 反应器的优缺点分析
• 5.2 通入氧气的作用
• 5.3 垃圾渗滤液中氯离子含量的影响
• 5.4 有机物降解机理分析
• 第六章 总结
• 6.1 结论
• 6.2 前景与展望
• 参考文献
• 致谢