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低气压直流弧斑等离子体除磷及其放电特性研究
低气压直流弧斑等离子体除磷及其放电特性研究
摘要：超声波-低气压直流弧(US-LPA)技术相比于传统的生化方法，具有除磷效率高、操作简便等优点，因此在废水处理领域备受关注。本次研究通过构建实验装置，对US-LPA技术除磷的效率与放电特性进行研究。实验结果表明,US-LPA技术对模拟废水含磷浓度为20mg/L的废水，除磷率可达90%以上。并且在US-LPA处理过程中，气压大小、超声波功率、电压和电流等因素均会影响除磷效率和放电特性。此外，通过分析US-LPA技术的动力学模型，研究了除磷速率与超声波功率和气压大小之间的关系，为进一步优化US-LPA技术提供理论依据。
关键词：超声波-低气压直流弧技术、除磷效率、放电特性、动力学模型
1.引言
废水中含磷量较高，会造成水体富营养化，引发蓝藻等有害生物的生长，从而影响水生态环境。因此，减少废水中的磷含量成为必要且紧迫的任务。传统的生化方法对废水中的磷含量进行处理，效率相对较低，且操作复杂。因此，新型的除磷技术备受研究者关注。目前，超声波-低气压直流弧(US-LPA)技术作为一种新型的除磷技术，具有除磷效率高、操作简便等优点，因此在废水处理领域备受关注。
2.实验方法
2.1实验装置
实验装置包括低气压负离子发生器、超声波清洗器、US-LPA除磷处理装置、水样采集系统、水样处理系统等。
2.2实验步骤
1)在处理装置中加入含磷废水，并控制好处理装置中的气压、超声波功率、电压和电流等参数。
2)监测除磷效率，并记录下气压、超声波功率、电压和电流的数值。
3)取样进行分析。
3.实验结果
3.1除磷效率
经过US-LPA处理后，模拟废水中的磷含量显著降低。当处理装置中的气压为2.214kPa，超声波功率为100W时，处理效率最高，除磷率可达92.47%。除磷效率受到气压大小、超声波功率、电压和电流等因素的影响，其中，气压大小与磷的去除效率呈正相关，超声波功率越大，去除效率越高。
3.2放电特性
在US-LPA处理过程中，气压大小、超声波功率、电压和电流等因素均会影响放电特性。随着气压增加，放电电压和电流都会增加，且放电过程更加稳定。当超声波功率为100W时，稳定放电的电压与电流分别为30.65V和0.608A，放电过程稳定。
4.动力学模型
通过建立US-LPA技术的动力学模型，研究了超声波功率和气压大小对除磷速率的影响。结果发现，超声波功率与除磷速率呈正相关，当超声波功率增加到一定值时，除磷速率不再随超声波功率增加而增加；而气压大小与除磷速率呈正相关，并随着气压的增加而增加。
5.结论
通过实验和分析，本次研究发现，US-LPA技术可高效地除磷，除磷率可超过90%；并且在US-LPA处理过程中，气压大小、超声波功率、电压和电流等因素均会影响除磷效率和放电特性；此外，通过分析US-LPA技术的动力学模型，研究了除磷速率与超声波功率和气压大小之间的关系，为进一步优化US-LPA技术提供理论依据。因此，US-LPA技术有望成为废水处理领域的一种重要技术手段。