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汞具有持久性、易迁移性、高生物富集性和高生物毒性等特性,是一种长期存在于大气且具有全球迁移性的环境污染物,是我国《重金属污染综合防治“十二五”规划》所确定的优先控制污染物,汞污染控制目前的难点是Hg0的控制,如Hg2+和HgP可以采用传统的静电除尘或布袋除尘去除,而Hg0属于非水溶性,常规的除尘设备难以去除,通常采用的活性炭吸附技术因太高的活性炭和汞的比率(3000∶1-10000∶1),再加上活性炭技术不成熟,使处理成本高而企业难以接受。脉冲低温等离子体技术常温、常压下控制污染物,工艺简单、占地面积小等特点可较好的克服传统污染控制技术的不足,可通过高压窄脉冲放电产生高能电子和活性自由基与污染物发生反应实现汞及其它污染物协同控制的目的。 本文在对低温等离子体污染控制技术的发展现状、发展趋势进行分析和评估的基础上,基于脉冲低温等离子体及汞等污染物的特性建立数值模拟方法,针对Hg0的氧化和协同控制Hg0、NO和SO2过程中的放电功率、氧气百分含量、污染物相互之间的作用等方面开展了研究,研究内容主要包括以下几个方面: 1.建立了以Gambit网格划分和Fluent计算为核心的数学模型,为研究汞及多污染物协同控制提供了方法依据。 2.模拟了放电功率对污染物去除效率的影响,研究发现随着放电功率的增加,提高向反应器注入的能量密度,提高自由电子的能量和速度,诱导各种自由基和臭氧等氧化性粒子的增加,从而强化污染物处理效果。 3.模拟了氧气含量对污染物氧化去除效率的影响,研究发现O2是O原子和O3等自由基和活性粒子产生的主要来源,从而增加氧气含量可促进O、臭氧等活性离子的产生,这些活性粒子和自由基与污染物分子作用从而促进污染物的去除。 4.模拟了污染物浓度对污染物氧化去除效率的影响,研究发现在相同的给定条件下,放电产生的高能电子的数量相同,当增加污染物初始浓度,气相中存在更多的污染物分子。从而用于去除污染物的自由基和活性粒子O3等相对浓度变少,不足于去除高浓度污染物。随着污染物浓度的增加,减弱污染物去除效率。 5.模拟了停留时间对污染物氧化去除效率的影响,随着停留时间的增加污染物同氧化性活性自由基O和O3的接触增加,从而促进污染物的氧化去除效率。同时低温等离子体进行多种污染物协同控制研究,低温等离子体系统可以做到协同控制Hg0、SO2和NO等污染物气体的作用。 本研究对采用低温等离子体实现汞的价态转换,推进汞及其它污染物的协同控制进行了有益的探索,相关成果对于推进化工、有色金属冶炼、废物焚烧等相关涉汞行业汞及多污染物协同控制具有良好的借鉴意义。