高压脉冲放电等离子体降解有机废水的电源与反应器优化研究

论文摘要

高压脉冲放电等离子体处理有机废水是一种新型高效的水处理高级氧化技术,其中电源和反应器系统的优化与匹配最为关键。本文以酸性橙Ⅱ（AO7）、甲基橙（MO）、苯酚为目标污染物,对脉冲电源进行改造、放电回路优化,筛选出新型高效的气液混合放电反应器;对电源和反应器系统的匹配进行优化;对有机污染物的降解机理进行了探讨,为该技术的进一步放大和工业化应用提供了理论依据和指导。将高压窄脉冲电源置于双层屏蔽网中,示波器、电压探头、电流探头置于不锈钢壳体内,保证了良好的屏蔽;另外引接地线作为电压探头的地端,消除了测量干扰和波形失真,获得了准确的放电波形。采用同轴电缆RG218的串并联改变电源的输出特性,多线并联接地降低电源放电回路的杂散电感,对闸流管开关电源进行调试改进,增加了脉冲电压的上升速率,改进后降解MO的能量效率提高了45.5%。采用电感和硅堆串联代替限流电阻,减小脉冲成形电容Cp的储能时间,改变旋转火花隙的结构对火花隙开关电源的充放电回路进行改进,使电源效率从50%提高到70%。从脉冲形成和传输、脉冲输出特性、电源能量效率、活性物质的产率等方面对电源、反应器、放电模式进行优化比较,筛选出以闸流管开关电源、针板式反应器、火花放电模式等系统参数,优化对目标污染物的高效降解。对电源和反应器的匹配进行优化,当脉冲成形电容值为反应器静态电容值3.12倍,获得最大的能量传输效率72.4%;脉冲反应器放电前,最大能量传输效率的判断标准是时间常数τ=2.Zout·Cr;反应器放电过程中,最大能量传输效率的判据是Rr/Zout=1,最大的能量传输效率约为65%。采用UV-Vis测定高压脉冲放电降解AO7和MO过程中吸收光谱的变化,GC-MS分析了AO7和苯酚降解过程中产生的中间产物,并以此为基础探讨了高压脉冲放电系统降解AO7和苯酚的途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 难降解有机废水的处理方法
• 1.2.1 处理方法比较
• 1.2.2 高级氧化技术处理难降解废水的研究
• 1.3 液相高压脉冲放电处理技术研究现状
• 1.3.1 液相脉冲放电的原理及物理特性
• 1.3.2 液相脉冲放电化学效应及有机物的降解机理研究
• 1.3.3 高压脉冲电源
• 1.3.4 液相脉冲放电反应器
• 1.4 本论文的选题及研究内容
• 1.5 技术路线
• 第二章 实验装置及分析测试方法
• 2.1 实验装置及工艺流程
• 2.1.1 高压脉冲电源装置
• 2.1.2 高压脉冲放电反应器
• 2.2 分析测试方法
• 2.2.1 电压电流波形测试
• 2.2.2 染料浓度的测定
• 2O₂的测定'>2.2.3 液相H₂O₂的测定
• 3的测定'>2.2.4 液相O₃的测定
• 2.2.5 液相阴离子及低分子有机酸测定
• 2.2.6 苯酚及中间产物测定
• 2.2.7 TOC测定
• 2.2.8 pH和电导率测定
• 第三章 不同高压脉冲电源降解有机污染物的研究
• 3.1 闸流管开关电源的设计调试与改进
• 3.1.1 闸流管开关电源设计参数
• 3.1.2 闸流管开关电源准确波形的获得和放电回路的改进
• 3.2 火花隙开关电源的调试与改进
• 3.2.1 火花隙开关电源波形失真的原因
• 3.2.2 消除测量干扰和波形失真的措施
• 3.2.3 火花隙开关电源效率的研究
• 3.2.4 火花隙开关电源充放电回路的研究
• 3.2.5 旋转火花隙开关的影响
• 3.2.6 改进测量和放电回路前后的能量效率
• 3.3 两种电源的比较
• 3.3.1 脉冲电源输出特性对比
• 3.3.2 两种电源的能量效率和活性物质产率
• 3.4 本章小结
• 第四章 不同形式反应器降解污染物的研究
• 4.1 针板式和线筒式反应器的优化
• 4.1.1 针板式和线筒式反应器的放电特性
• 4.1.2 针板式和线筒式反应器的活性物质的产率
• 4.1.3 针板式和线筒式反应器的能量效率
• 4.2 工艺参数对污染物降解的影响
• 4.2.1 脉冲电压的影响
• 4.2.2 脉冲频率的影响
• 4.2.3 电极距离的影响
• 4.2.4 pH的影响
• 4.3 催化等离子体降解苯酚的研究
• 2+的影响'>4.3.1 加入Fe²⁺的影响
• 2O₂对苯酚降解的影响和机制'>4.3.2 加入H₂O₂对苯酚降解的影响和机制
• 4.3.3 曝入不同气体组分的影响
• 4.4 不同放电模式的研究
• 4.4.1 火花、流注和电晕放电模式的变化
• 4.4.2 火花、流注和电晕放电模式的放电特性对比
• 4.4.3 火花、流注和电晕放电模式的能量转移效率对比
• 4.4.4 火花、流注和电晕放电模式降解酸性橙II的能量利用效率对比
• 4.5 本章小结
• 第五章 电源和反应器系统的匹配
• 5.1 脉冲成形电容与反应器的匹配
• 5.1.1 反应器的几何电容
• 5.1.2 反应器电容的变化
• 5.1.3 不同电容比率的能量转移效率
• 5.1.4 不同电容比率降解AO7的能量利用效率
• 5.2 TLT与反应器的匹配
• 5.2.1 放电等离子体产生之前TLT与反应器的匹配
• 5.2.2 放电等离子体产生过程中TLT与反应器的匹配
• 5.2.3 放电等离子体熄灭后的反应器
• 5.3 本章小结
• 第六章 高压脉冲放电等离子体降解有机污染物的机理
• 6.1 高压脉冲放电降解酸性橙II的机理
• 6.2 高压脉冲放电降解MO的机理
• 6.3 不同条件下高压脉冲放电降解苯酚的机理
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 存在的问题及建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表学术论文
• 攻读博士学位期间发表会议论文