论文题目: 高压脉冲液相放电技术处理水中难降解有机污染物的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 环境工程
作者: 卞文娟
导师: 雷乐成,汪大翚
关键词: 高压脉冲放电,等离子体,能量效率,羟基自由基,降解机理,动力学模型
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 高压脉冲液相放电技术是一种新型的水处理高级氧化技术,集高能电子辐射、化学氧化、光化学氧化等高级氧化技术于一体,系统无需外加氧化剂,反应体系不需辅以高温、高压或外加光源等技术手段,因而使这一技术具有广阔的应用前景。本文从电源/反应器耦合、电源参数及工艺参数优化、活性物质测定、有机物降解及机理等方面对这一技术在应用过程中的基本问题进行了较为系统的研究。主要结论如下:a)火花隙和限流元件是影响电源回路输出特性的重要元件。单火花隙/电感回路体系输出波形在单脉冲内出现两个相隔较远的峰值,在较低的交流输入下,注入反应器的能量较大。不同反应器工艺参数呈现不同的放电特性,当接地极板置于液面之上时,形成气一液同步混合放电。电源回路参数和反应器参数具有一定的耦合特性:电源回路参数对反应器的放电特性有一定影响,反应器工艺参数反过来会影响电源的输出,尤其是电导率会改变电压的波形特性。b)电源效率和反应器能量效率在电阻/双火花隙体系最高。在本电源体系可优化的参数范围内,适宜的电源回路参数组合为:正高压、脉冲电容为3nF、双火花隙、限流元件采用电阻。工艺参数中电导率对对氯酚降解的影响较为复杂,在无曝气条件下对对氯酚降解的影响较为显著,但曝气条件下的影响很小。适宜的工艺参数为:当电导率不超过34. 7μs/cm时,采用无曝气反应器,当电导率大于34. 7μs/cm时,采用曝气反应器,曝气流量以每个曝气小孔均有气体流过,四个放电电极均处于气体氛围之中时为宜;电极距离,液面下2cm或液面上1cm;输入峰值电压,22. 1kV;频率,150Hz。在较优的电源回路参数和反应器工艺参数下,以空气作为曝气气源,室温下,100mg/L对氯酚在放电30min后的降解率可高达92%以上。c)根据活性物质测定结果分析,对氯酚的降解速率基本与羟基自由基的产生速率相适应。对比不同曝气气源下羟基自由基的产率,按大小依次为:氮气、空气、氧气、无曝气。曝气改变了放电区域的物质组成,使得电导率在高压脉冲液相放电反应器内的影响变小。对有机物的降解机理分析表明,羟基自由基是促使有机物降解的主要活性物质。d)对氯酚在放电降解过程中,分子中羟基对位首先被羟基自由基攻击,生成对苯二酚,对苯二酚进一步被氧化生成对苯醌。对苯醌开环后,进一步被氧化,中间会生成丁醇、丁酮、丙醇、乙二醇等。邻氯酚在降解过程中,OH·首先会攻击羟基的对位,生成2-Cl-对苯二酚,2-Cl-对苯二酚进一步被氧化生成2-Cl-1,4-对苯醌,2-Cl-1,4-对苯醌开环后,进一步被氧化,最终生成生成丙酸、草酸、乙酸以及甲酸等低分子有机酸。甲基红在液电体系的降解也为明显的自由基反应,其分子结构的破坏源于偶氮键的破裂,主要的中间产物是对硝基-N,N-二甲苯胺、甘油以及少量的对硝基苯酚和微量的甘氨酸-N-羧甲基。e)通过对对氯酚的降解过程进行深入分析,根据液相主要自由基的基元反应和有机物浙江大学博士学位论文摘要的氧化反应,建立了对氯酚降解的动态模型。模型较好的预测了对氯酚降解过程,对氯酚、氯离子以及双氧水浓度变化预测数据与实测值拟合良好,为反应器的放大及该技术的进一步应用提供指导。关键词:高压脉冲放电;等离子体;能量效率;轻基自由基;降解机理;动力学模型
论文目录:
摘要
ABSTRACT
绪论
第一章 液电等离子体技术的研究进展
1．1 前言
1．2 高级氧化技术
1．3 液电等离子体技术处理有机废水
1．3．1 气相电晕放电
1．3．2 辉光放电
1．3．3 液相脉冲放电
1．3．4 高压脉冲液相放电的研究进展
1．4 研究趋势
1．5 研究思路及研究内容
1．5．1 研究思路
1．5．2 研究内容
参考文献
第二章 实验装置及方法
2．1 实验装置
2．1．1 高压脉冲电源
2．1．2 高压脉冲反应器
2．2 分析方法
2．2．1 电压电流波形测试
2．2．2 H_2O_2的测定
2．2．3 O_3的测定
2．2．4 羟基自由基的测定
2．2．5 液相阴离子及低分子有机酸测定
2．2．6 对氯酚和邻氯酚分析
2．2．7 甲基红浓度分析
参考文献
第三章 电源输出特性及反应器放电特性研究
3．1 电源输出特性的影响因素分析
3．1．1 限流元件和旋转火花隙对回路输出电特性的影响
3．1．2 电源回路其它参数对电源输出特性的影响
3．2 反应器工艺参数对放电特性的影响
3．2．1 电极距离对放电特性的影响
3．2．2 液相电导率对放电特性的影响
3．2．3 输入能量对放电特性的影响
3．3 电源/反应器耦合
3．2．1 反应器参数对电源输出特性的影响
3．2．2 电源参数对放电特性的影响
3．4 体系耗能和输入反应器能量分析
3．5 本章小结
参考文献
第四章 电源回路参数和反应器工艺参数优化
4．1 电源回路参数优化
4．1．1 正负高压的影响
4．1．2 限流元件和旋转火花隙的影响
4．1．3 脉冲电容的影响
4．1．4 回路能量效率分析
4．2 工艺参数优化
4．2．1 不同初始pH值在液电体系的影响
4．2．2 液电体系的温度变化
4．2．3 电极距离在液电体系的影响
4．2．4 脉冲峰压的影响
4．2．5 脉冲频率的影响
4．2．6 不同曝气气源的影响
4．2．7 溶液电导率的影响
4．2．8 有机物初始浓度对降解过程的影响
4．3 本章小结
第五章 液电体系活性物质成因及产率分析
5．1 羟基自由基的测定
5．1．1 羟基自由基测定机理分析
5．1．2 对羟基苯甲酸浓度确定
5．2 双氧水和羟基自由基的产生及产率
5．3 臭氧的产生
5．4 含氮气源对液相硝态氮的影响
5．4．1 液相pH变化及原因分析
5．4．2 硝态氮的产生及其与液相pH的关系
5．4．3 硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的转化
5．5 曝气对电导率影响的弱化作用
5．6 羟基自由基的产率与能量输入的关系
5．7 本章小结
参考文献
第六章 液电体系中有机污染物降解途径探讨
6．1 主要活性物质在有机物降解过程中的作用
6．1．1 羟基自由基在对氯酚降解中的作用
6．1．2 双氧水在对氯酚降解中的作用
6．1．3 臭氧在对氯酚降解中的作用
6．2 有机物的降解途径
6．2．1 对氯酚的降解
6．2．2 邻氯酚的降解
6．2．3 甲基红的降解
6．3 本章小结
参考文献
第七章 对氯酚降解过程的反应动力学
7．1 液电体系对氯酚降解历程
7．2 对氯酚降解过程液相动力学模型
7．2．1 模型的建立
7．2．2 模型的简化及求解
7．3 本章小结
参考文献
第八章 结论与建议
8．1 结论
8．2 建议
致谢
附录
发布时间: 2005-04-29
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