تنفيذ مفاعل بلازما دوامة زائدية لإزالة الملوثات الدقيقة في الماء

ينصب تركيز بحثنا على تحسين تصريف البلازما لتحلل الملوثات الدقيقة في المياه ، وهو مصدر قلق بيئي متزايد في الوقت الحاضر. اكتشفنا أنه من خلال تحسين تفريغ البلازما وجرعات المواد الخافضة للتوتر السطحي الموجبة بعناية ، يمكننا الوصول إلى ما يقرب من 100٪ من تدهور PFAS باستخدام مدخلات طاقة معتدلة فقط. عادة ما يكون العلاج بالبلازما عملية كثيفة الاستخدام للطاقة.

ومع ذلك ، من خلال تطبيق نبضات البلازما ، يمكن تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير مع تحسين الأداء. وفي هذه الدراسة ، نوضح كيفية تحقيق هذا التحسين. بعد إعداد بلازما الدوامة الزائدية ، استخدم الدائرة الكهربائية المصممة لإعداد تفريغ قوس التيار المباشر.

قم بتوصيل مخرجات الجهد العالي الإيجابية والسالبة من مقوم الجسر بالأقطاب الكهربائية الموجودة فوق سطح دوامة الماء. قم بتوصيل variac بمأخذ طاقة تيار متردد بجهد 230 فولت وقم بإيقاف تشغيل مفتاح الأمان الأحمر لتمكين الجهد العالي. باستخدام المتغيرات ، قم بزيادة الجهد تدريجيا من صفر إلى 250 فولت لإشعال تفريغ البلازما.

بعد ذلك ، استخدم الدائرة الكهربائية التي تم تكوينها لتفريغ قوس التيار المتردد. ثم قم بتوصيل كل من مخرجات الجهد العالي بالأقطاب الكهربائية الموجودة فوق سطح دوامة الماء. بعد توصيل variac وفك تعشيق مفاتيح الأمان الموضحة سابقا ، قم بزيادة الجهد تدريجيا من صفر فولت إلى 250 فولت لإشعال تفريغ البلازما.

بعد ذلك ، لإجراء تفريغ توهج في جو الهيليوم ، استخدم الدائرة الكهربائية الموضحة هنا. قم بتوصيل مخرجات الجهد العالي للدائرة الكهربائية بالأقطاب الكهربائية الموجودة فوق سطح دوامة الماء. بمجرد توصيل المتغيرات وفصل مفتاح الأمان ، افتح صمام الغاز لإدخال الهيليوم بمعدل التدفق المطلوب.

ثم باستخدام المتغيرات ، قم بزيادة الجهد ببطء لإشعال تفريغ البلازما حتى يحدث انهيار كهربائي بين الأقطاب الكهربائية وتتحول البلازما من تفريغ التوهج إلى تفريغ القوس. بعد ذلك ، لبدء تفريغ نبضة الوميض ثنائي القطب ، استخدم الدائرة الكهربائية كما هو موضح في التخطيطي ، وقم بتوصيل مخرجات الجهد العالي بالأقطاب الكهربائية ، وقم بمتغير بمأخذ طاقة تيار متردد 230 فولت وافصل مفتاح الأمان. ثم قم بزيادة الجهد تدريجيا من صفر إلى 250 فولت لإشعال تفريغ البلازما.

بالنسبة لتفريغ جهاز البث النبضي أحادي القطب ، استخدم الدائرة الموضحة في التخطيطي للتفريغ الموجب أو السلبي حسب الحاجة. قم بتوصيل الطرف المقابل بفجوة شرارة مرئية وقطب كهربائي أرضي. قم بتوصيل باقي مخرجات الجهد العالي بالأقطاب الكهربائية الموجودة فوق سطح دوامة الماء.

ثم افتح صمام الغاز واضبط تدفق الهواء المضغوط على 0.5 إلى غلاف جوي واحد لتطهير فجوة الشرارة. بعد توصيل variac وتشغيل مفتاح الأمان ، أشعل تفريغ البلازما كما هو موضح سابقا. لإنهاء التجربة ، قم بتقليل الجهد المتغير ، وقم بإيقاف تشغيل مصدر الطاقة ، وقم بتشغيل مفتاح الأمان.

ثم أغلق جميع صمامات الغاز للهيليوم والهواء المضغوط إذا تم استخدامها أثناء التجربة. باستخدام عصا تأريض، المس جميع المكونات المعدنية للتحقق من تأريضها بشكل صحيح. من بين عمليات التصريف الثلاثة ، ولد الوميض أعلى تركيزات بيروكسيد الهيدروجين عند حوالي 450 ملليغرام لكل لتر ، والنتريت عند حوالي 90 ملليغرام لكل لتر ، والنترات عند حوالي 340 ملليغرام لكل لتر.

تسبب تفريغ الوميض في انخفاض الرقم الهيدروجيني الأكثر وضوحا ، مما أدى إلى تقليله من حوالي 5.5 إلى 2.3. كانت الموصلية الكهربائية أعلى في العينات المعالجة بالوميض ، حيث وصلت إلى حوالي 2،300 ميكروسيمنز لكل سنتيمتر. زادت إمكانات تقليل الأكسدة بشكل ملحوظ في تفريغ الفلاش ، حيث وصلت إلى حوالي 600 مللي فولت.

وحقق تصريف الأوكتين الوميض أسرع وأكثر تدهور في سلفونات الأوكتين المشبعة بالفلور بالنسبة لكلا التركيزين الأوليين، حيث وصل إلى ما يقرب من 100 في المائة من التحويل بمقدار 60 دقيقة، متفوقا على التصريفات الموجبة والسالبة. في مصفوفة PFAS ، بدون خافض للتوتر السطحي ، أظهرت المركبات طويلة السلسلة مثل PFDA و PFNA و PFOS و PFOA تدهورا أعلى من 90٪ بعد 75 دقيقة. في المقابل ، ظلت الأنواع قصيرة السلسلة ، مثل PFBS و PFBA ، غير مصنفة إلى حد كبير أو زيادة تركيزها بسبب تكوين المنتجات الثانوية.

مع إضافة الفاعل بالسطح ، تدهورت جميع مركبات PFAS طويلة السلسلة فوق 95٪ وتحسن تحلل المركبات قصيرة السلسلة ، مثل PFBA ، من سالب 19٪ إلى حوالي 53٪ و PFBS من 22٪ إلى حوالي 95٪ بدأ تركيز PFHxA في الانخفاض بعد 20 دقيقة وانخفض PFPeA بعد 30 دقيقة من العلاج بجرعات خافضة للتوتر السطحي ، مما يشير إلى الانهيار التدريجي للمنتجات الثانوية PFAS.