随着经济和城市化进程的快速发展以及人类生活质量的不断提高,水体污染问题愈发突出,引起社会广泛关注。低温等离子体技术可以原位生成羟基自由基、臭氧、过氧化氢、紫外光等,结合了多种高级氧化技术优点,是一种新型绿色环保的水处理技术。脉冲功率技术的研究极大促进了大气压低温等离子体的发展,纳秒脉冲电晕放电能够产生大面积均匀的等离子体,能量效率更高,可提高活性物质产率,因此成为水处理领域的研究热点。本文搭建了一套能够稳定运行的基于2级传输线变压器(TLT,Transmission Line Transformer)的重复频率高压纳秒脉冲电源系统,并利用其进行了水处理应用的实验研究,以酸性红73(AR73)染料作为目标污染物,从放电特性、反应器结构设计、污染物降解效果、能量效率、活性物质产量、降解路径等方面展开研究,为等离子体水处理技术大规模应用提供参考。主要研究内容和结论如下:1.搭建的高压纳秒脉冲电晕放电等离子体水处理系统包括初级微秒充电电源、高压储能电容、三电极电感-电容-电阻(LCR)触发气体火花开关模块、传输线变压器模块、水处理反应器以及废水循环系统六个部分。脉冲电源输出峰值电压最高为50 kV,脉宽约40 ns,上升沿小于20 ns的纳秒脉冲电压,在500 Hz放电频率下稳定运行。2.利用搭建的纳秒脉冲电源系统进行了不同条件下降解酸性红73溶液的实验研究。处理时间相同的条件下,增大放电电压和放电频率可以改善酸性红73的降解率。增大放电电压提高单次脉冲能量,单位时间内放电次数随着放电频率的增多而增多,本质上均影响反应器内注入能量密度。当放电电压保持不变,放电频率从50Hz提高到400Hz,污染物降解率从46.87%提高到90%以上;放电频率稳定为200 Hz,放电电压从30.42 kV提高到53 kV,污染物降解率从14.4%提高到97.1%,处理效果明显提升。3.高压电极与液面距离影响电源系统注入反应器能量、污染物降解效果以及活性粒子浓度。放电间距较近,等离子体放电通道容易形成,注入反应器能量更多,因此液相中过氧化氢浓度越高,溶液电导率上升明显。但是适当增大放电间距,当高压储能电容电压相同时,反应器负载电压更高,放电形式主要为一次流注放电,酸性红73降解率得到提高,当放电间距从5 mm提高到20 mm,酸性红73降解率从26.71%提高到90%。4.酸性红73降解过程在不同电压和不同频率条件下,拟合为一级反应动力学过程,反应速率系数随着放电电压和放电频率的提高而增大。纳秒脉冲放电等离子体生成的活性物质(如羟基自由基、臭氧、过氧化氢等)能够氧化破坏酸性红73分子中的偶氮双键、苯环、萘环等官能团。