双向窄脉冲放电染料废水脱色技术研究

【摘要】：液中放电等离子体水处理技术是一种新兴的水处理高级氧化技术。它是在水处理反应器内放电产生低温等离子体,等离子体通道中的高能电子、活性物种(如自由基、活性分子等)等与溶液中的有机污染物质作用,使有机污染物质发生降解反应,乃至完全矿化。该技术因其处理效率高,无选择性、不产生二次污染等呈现出良好的应用前景,近来已成为该领域的研究热点。 本文提出利用双向窄脉冲引发的气液混合体及气液固三相混合体中放电的方法处理染料废水,设计了放电处理系统,并对相应系统的放电特性进行了诊断。文中以靛蓝二磺酸钠(IDS)和苋菜红(AR27)为模拟污染物质,对放电水处理系统的性能进行了实验研究,并以大肠杆菌为目标菌种,对三相放电水处理反应器的杀菌性能进行了考察。 本文的主要内容和取得的研究成果及结论如下: 1.对双向窄脉冲电源与气液两相和气液固三相放电反应器的匹配进行了研究,实验发现当脉冲电容(Cp)和放电反应器负载电容(C_R)满足Cp=(3～10)C_R时,放电反应器和双向窄脉冲电源之间形成良好的匹配关系。 2.分别利用电气和光谱、电气手段对双向窄脉冲电源引发的气液两相和气液固三相放电反应器的放电特性进行了诊断。实验考察了峰值电压、气体流量、溶液电导率等单因素对于放电特性的影响。结果表明:对于一定的放电反应系统,随着供电电压的增加,气液混合体和气液固三相混合体的放电增强;相同的供电电压下,溶液的初始电导率增加,系统的放电作用降低;其它条件相同时,气体的流量由0增加到0.75m~3/h时,气液混合体的放电作用迅速增强,气体流量进一步增加,放电作用增强变缓;脉冲重复频率增加,放电作用增强。 3.对双向窄脉冲电源引发的气液混合体反应器中放电脱除靛蓝二磺酸钠(IDS)水溶液的色度进行了实验研究。重点考察了反应器的结构尺寸、电源的特性和溶液特性对于废水脱色效果的影响。结果表明:较小的电极间距有利于脱色反应的进行;提高放电反应器上的外加电压和电源的频率,能够有效地提高气液两相放电反应器中溶液色度的去除效果;溶液的初始浓度和电导率较高对于放电脱色反应不利。 4.研究了不同介电特性的固体填料对气液固三相放电水处理反应器的放电特性以及反应器中的主要化学活性物种生成的影响。结果表明:气液混合体放电反应器中填充固体填料后,反应器中的放电作用增强,同时反应器放电过程中产生的气相臭氧及液相 臭氧、双氧水的浓度增加。填充导体填料时,反应器中的放电及等离子体相关化学过程 相对较弱,填充普通玻璃球时反应器中的化学过程的增强作用最明显,而多孔惰陶瓷球 的影响居中。 5.对双向窄脉冲电源引发的气液固三相混合体中放电脱除溶液中偶氮染料觅菜红 (AR27)的效果进行了实验研究。实验考察了电源的特性和溶液特性对芜菜红溶液脱 色效果的影响,并详细考察了各因素对三相混合体放电反应器中AR27脱色速率常数的 影响。结果表明:较小的电极间距、较高的供电电压和频率有利于脱色反应的进行;而 溶液初始浓度和电导率较高时对觅菜红的放电脱色不利,碱性溶液条件下有利于AR27 的脱色。反应器中AR27的脱色反应为一级反应,处理过程中溶液的TOC不断下降。 6.根据研究结果,对放电过程中各物理化学效应对染料废水脱色的作用进行了分 析。实验发现电解作用和单独曝气对放电脱色反应的贡献不大,而放电过程中生成的活 性物种如臭氧、HZOZ、OH·是引起放电过程中染料脱色反应的主体。 7.对双向窄脉冲电源引发的气液固三相混合体中的放电杀菌效果进行了实验研究。 实验发现放电巧分钟,反应器中的杀菌效果保持在90%以上。反应器中的功率密度越 大,杀菌效果越好,气体流量增加,放电杀菌效果增强,而溶液的初始电导率和pH对 放电杀菌的影响不大。 关键词:双极性脉冲,脉冲放电,气液混合体,气液固混合体,等离子体,印染废水