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(jī)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(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵之一。本文提出在廢水中投加過(guò)硫酸鹽,通過(guò)放電等離子體激活過(guò)硫酸鹽提高污染物降解效率的方法。設(shè)計(jì)了高壓納秒脈沖電源激勵(lì)的多針-板液面結(jié)構(gòu)反應(yīng)器,通過(guò)Comsol仿真分析了靜電場(chǎng)空間分布與折合電場(chǎng)、電子等的時(shí)空分布,優(yōu)化電極結(jié)構(gòu),并實(shí)驗(yàn)研究了電氣參數(shù)對(duì)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(duì)硝基苯酚為對(duì)象,研究了過(guò)硫酸鹽對(duì)液面脈沖放電降解有機(jī)物的影響,初步分析了過(guò)硫酸鹽的激活作用機(jī)理。主要結(jié)果如下:(1)對(duì)液面放電系統(tǒng)進(jìn)行了靜電場(chǎng)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(chǎng)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(duì)于放電空間的電場(chǎng)強(qiáng)度沒(méi)有影響,隨著電壓升高和氣隙間距減小,電場(chǎng)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。等離子體傳播過(guò)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(dá)到最大值,約7~9 eV。脈沖電壓峰值由14 kV增加到18 kV時(shí),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?dāng)U大。(2)測(cè)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(guò)程經(jīng)歷電暈?zāi)Ｊ�、彌散模式、火花放電三個(gè)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(qiáng)度,計(jì)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(dāng)產(chǎn)生火花放電時(shí),光輻射強(qiáng)度與氣體溫度明顯高于彌散與電暈放電模式;放電過(guò)程產(chǎn)生臭氧和過(guò)氧化氫濃度隨著放電強(qiáng)度與放電時(shí)間的增加而升高。(3)以對(duì)硝基苯酚為目標(biāo)污染物,研究了過(guò)硫酸鹽添加量、放電強(qiáng)度、溶液性質(zhì)對(duì)激活過(guò)硫酸鹽降解對(duì)硝基苯酚的效果,分析了等離子體激活過(guò)硫酸鹽的因素。對(duì)硝基苯酚降解率隨著過(guò)硫酸鹽添加量增多先升高后趨于平緩,在過(guò)硫酸鹽與對(duì)硝基苯酚摩爾質(zhì)量比為80:1時(shí)最高;增大脈沖電壓和減小氣隙間距提升了過(guò)硫酸鹽激活效果,進(jìn)而提高對(duì)硝基苯酚降解率,且在火花放電模式時(shí)效果更為明顯,當(dāng)氣隙間距為6 mm、脈沖電壓峰值為22 kV時(shí),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(guò)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(guò)硫酸鹽的主要原因,過(guò)氧化氫和臭氧對(duì)于過(guò)硫酸鹽沒(méi)有明顯激活效果。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：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(guò)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?jī)?nèi)容
        1.5.1 研究意義
        1.5.2 研究?jī)?nèi)容
2 液面脈沖放電仿真分析
    2.1 靜電場(chǎng)仿真分析
        2.1.1 靜電場(chǎng)基本方程
        2.1.2 靜電場(chǎng)仿真模型的建立
        2.1.3 針-針間距對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的影響
        2.1.4 電導(dǎo)率對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的影響
        2.1.5 外加電壓對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的影響
        2.1.6 氣隙間距對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)的時(shí)空分布
        2.2.3 粒子濃度的時(shí)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與測(cè)試方法
        3.1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
        3.1.2 測(cè)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(duì)硝基苯酚廢水的研究
    4.1 實(shí)驗(yàn)方法
    4.2 過(guò)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(guò)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(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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本文編號(hào)：2882170