1.1 研究背景和意义

随着工农业的发展, 有机污染物对水体污染日益严重。氧化技术往往是控制有机污染物以及处理有机废水的有效手段。然而许多对人体健康不利的有机物如杀虫剂、除草剂等，往往稳定性高，很难通过传统的氧化过程除去。因而具有高效、快速、无选择性的高级氧化技术得到了越来越多的关注。臭氧的催化氧化可以有效去除高稳定性的农药，Fenton试剂可以有效的从废水中氧化去除有害的有机物。新型的高级氧化技术则是传统氧化剂与外界能量介入的结合, 如紫外线 /H2O2 技术、超声波 /H2O2 技术，以及高能电子辐射技术等。最近水中高压脉冲放电去除污染物的技术由于高效无选择性引起了越来越多的关注。

高压脉冲放电是常压下产生等离子体的主要方法，水中高压脉冲放电脉冲前程短，脉冲宽度窄，因而在电场内不使离子加速的情况下，单使电子加速，从而形成无需屏蔽的高能自由电子，这些高能自由电子碰撞水分子，促使水分子激发裂解或电离，产生等离子体通道。这一过程同时伴随着某些物理效应和化学效应，兼具高温热降解、高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光降解、光化学氧化、超临界水氧化、液电空化降解、高能电子、自由基、激发态分子等多种作用的综合效应。在等离子状态下发生的化学反应可突破传统化学的约束，发生一般条件下无法发生的反应。

放电作用产生的这些活性物质及其高能电子轰击污染物质中C—C键及不饱和键，发生断键和开环等一系列反应，或使大分子物质变成小分子，从而提高难降解物质的可生化性，乃至最终将其去除。同时，放电过程产生的紫外光一方面单独作用分解有机物，另一方面和臭氧联合作用分解有害物质，其单独作用的机理是废水中的有机分子吸收光子后进入激发态，激发态分子返回基态时吸收的能量使其分子键断裂，生成相应的游离基和离子，这些游离基或离子易与游离氧或水分子反应生成新的物质而被除去。在和臭氧联合作用时，无论在氧化能力还是在氧化速度上，都远远超过紫外光解或臭氧单独作用，另外放电通道内的高温、高压，在液体内产生的巨大冲击波也使有机物得到降解。

陡前沿脉冲电源系统是实现高压脉冲放电处理有机废水的关键技术之一，为了持续稳定地生成和维持非平衡等离子体，纳秒级高压脉冲必须具有脉冲前沿陡峭、脉冲宽度窄的特点，以得到强电场并到节能的目的。目前使用的电源主要有两类，一类采用脉冲变压器来产生高压脉冲，另一类则采用火花隙或闸流管开关产生高压脉冲。

采用脉冲变压器产生高压脉冲的电源框图如图1所示，有源功率因数校正电路后采用了一级比较特殊的电路：开关管IGBT1、电感L₁、电容C₁、脉冲变压器T₁的初级线圈构成了一个谐振充电电路，可将C₁上的电压充至800V，开关管IGBT1导通期间，L₁和C₁被充电，当C₁电压等于电源电压时，L₁和前级电源一起对C₁充电，一直充到L₁上的电流减为零，此时C₁上的电压约为两倍的电源电压，即800V。而开关管IGBT2、C₁、T₁、二级管D₂又构成一个典型的脉冲升压电路，这个电路突出的优点：(1)每一个工作周期没有传递到变压器副方的能量会全部返回到储能电容C₁中，大大提高了能量的利用率；(2)对C₁的充电电流可起到对脉冲变压器T₁，铁心去磁的作用，提高了铁心的利用率。

图1 脉冲电源框图

高压纳秒级脉冲电晕放电回路的原理见图2。在旋转火花开关K₂导通之前，直流电源通过R₁对脉冲形成电容C_p充电，其峰值为V_p。K₂导通后．K₁断开，C_p为反应器充电，超过起晕电压后，反应器内形成等离子体通道。此后某一时刻K₂断开，由C_R和R₁的RC网络决定脉冲电压的泄放过程。由此可把脉冲电晕放电回路的响应分成两部分：一部分是K₂导通时决定阻尼衰减振荡的回路；另一部分是K₂断开后的RC衰减回路。这两部分等效电路如图3所示。