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脉冲放电等离子体处理难降解有机物

作　者: 赵海洋
导　师: 刘克富
学　校: 复旦大学
专　业: 物理电子学
关键词: 脉冲放电等离子体气液混合相难降解有机物放电模型效率
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

脉冲放电等离子体污水处理是一种新型的水处理高级氧化技术,它集合了高能电子轰击、羟基自由基氧化、紫外光降解、臭氧氧化等多种效应于一体,对有机污染物的处理具有高效率、重复性好、无选择性等特点。由于其工艺简单,在常温下即可实现有机物分子键的高效裂解,且反应过程中无需从外部添加任何试剂或者光源,因此,具有广阔的应用前景和工业价值。本文首先介绍了脉冲放电等离子体处理难降解有机物的基本原理,然后以罗丹明B水溶液为模拟废水处理对象,开展了一系列实验研究。主要工作内容及结论如下：1.设计了一套新型等离子体污水处理系统,反应器电极采用多个圆柱导体外套绝缘介质形式,平行排列,阵列式结构；废水经过雾化后喷入放电室,在气—液混合相中进行高压脉冲放电,放电通道在大面积内同时发生,且局部均匀,反应器与电源相适应,脉冲上升沿小于1 00ns,脉冲宽度200ns。2.建立放电模型,将放电波形与放电的物理过程相对应,分析了脉冲前沿、脉冲宽度及脉冲下降沿对于能效的影响；分析并计算了脉冲能量分布情况及能量利用效率,在脉冲电压峰值为20kV,脉冲频率250Hz的情况下,单个脉冲能量达到0.25J,系统平均放电功率63W,等离子体实际消耗功率35W。3.由紫外—可见吸收光谱及化学需氧量、总碳、总氮变化等测量情况,对等离子体与罗丹明B的反应历程及降解产物进行了分析与推断。同时,对其他一些典型难降解有机物(土霉素、毒死蜱等)也进行了放电研究。4.研究了不同实验条件对于有机物降解效果的影响,主要包括脉冲的电压峰值、频率,废水的初始pH值、电导率、初始浓度及通入不同气体等。实验结果表明,提高脉冲电压峰值和脉冲频率及延长放电时间均可提高罗丹明B的去除率；溶液初始pH的提高,对于降解效率影响不大；溶液初始电导率的提高会降低放电效果；反应器中通入氧气时的降解效果最好,空气次之,氮气最差；溶液初始浓度提高时,罗丹明B的降解率(百分比)降低,但是降解量(质量数)提高；在脉冲电压峰值20kV,脉冲频率250Hz,溶液初始浓度90mg/L,初始pH 6.4,氧气通入量为12.0L/min的实验条件下,放电处理12min,罗丹明B的去除率可达99.1%.

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
第一章引言  8-27
  1.1 水污染情况  8-9
  1.2 难降解有机污水处理技术现状  9-18
    1.2.1 物理法  9-10
    1.2.2 化学方法  10
    1.2.3 电化学法  10-11
    1.2.4 生物方法  11-14
    1.2.5 高级氧化技术  14-18
  1.3 等离子体水处理技术  18-26
    1.3.1 等离子体特性及应用  18-21
    1.3.2 脉冲放电等离子体污水处理的原理和特点  21
    1.3.3 脉冲放电等离子体水处理国内外研究现状  21-26
  1.4 本课题的来源和主要研究内容  26-27
第二章实验装置与方法  27-41
  2.1 实验装置与设计要点  27-36
    2.1.1 高压脉冲电源  27-28
    2.1.2 等离子体水处理装置  28-36
  2.2 实验药品和仪器  36-39
    2.2.1 仪器和试剂  36
    2.2.2 罗丹明B含量的测定  36-39
  2.3 实验方法  39-40
  2.4 本章小结  40-41
第三章放电特性分析  41-48
  3.1 放电波形与物理过程  41-44
  3.2 脉冲参数对于能效的影响  44
  3.3 能效计算  44-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章有机物降解机理  48-57
  4.1 活性氧化剂的产生  48-50
  4.2 放电氧化剂与有机物反应过程  50-52
  4.3 罗丹明B降解过程分析  52-55
  4.4 其他难降解有机物废水的处理效果  55-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章不同工艺参数的研究  57-67
  5.1 不同参数选择及效果评价  57
  5.2 实验效果及分析  57-66
    5.2.1 脉冲电压峰值对降解效果的影响  57-59
    5.2.2 脉冲频率对于降解效果的影响  59
    5.2.3 不同溶液初始pH的影响  59-61
    5.2.4 不同电导率对于降解效果的影响  61-63
    5.2.5 通入不同气源对于降解效果的影响  63-64
    5.2.6 不同初始浓度下的降解效果  64-66
  5.3 本章小结  66-67
第六章总结与展望  67-70
  6.1 全文总结  67-68
  6.2 问题及展望  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-79
附录1 攻读硕士学位期间发表或录用的论文情况  79-80
附录2 放电效果照片  80-81

脉冲放电等离子体处理难降解有机物

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