新型水下等离子体放电系统的开发及其在印染废水处理中的应用

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hongyanzhiji761112
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印染废水占我国工业废水排放量大,存在有机浓度高、色度高、成分复杂以及难降解等特性,对水体环境危害巨大。常规的物理、化学、生物等水处理方法效率低且容易造成二次污染。因此,探索高效清洁的水处理方法极其重要。近年来,由于低温等离子体技术可以产生大量羟基自由基、臭氧等活性物质被用于印染废水的脱色处理中,但在水中产生放电等离子体存在放电难度大,活性物质利用率低等问题。针对这些问题,本研究以靛蓝二磺酸钠为目标污染物,采用一种新型微孔陶瓷电极进行水下放电,该系统以高压脉冲电源为激发装置,以氩气和氧气的混合气体作为工作气体,可实现水下低电压驱动大面积均匀放电。此外,通过在介电层负载MnO2催化臭氧分解,增加臭氧利用效率提高靛蓝二磺酸钠的脱色效率。具体研究如下:(1)对微孔陶瓷电极的放电特性进行研究,包括水下激发电压以及原子发射光谱诊断。通过控制放电频率、气体流量以及氧气体积占比这些参数探究对放电激发电压的影响。分析表明放电频率在0.5~3 k Hz区间变化不会影响放电的激发电压,气体流量在较低水平时不利于放电的激发。随氧气占比的提高,放电激发电压升高。在纯氩气放电下的激发电压最低为2.1 k V。对放电的原子发射光谱进行光谱诊断,检测到激发态的O原子和H原子,为·OH的产生提供了条件。(2)针对电极参数以及溶液性质对放电影响做了研究。结果表明,该电极对靛蓝二磺酸钠的脱色符合一级反应动力学,脱色效率随放电频率、放电电压、气体流量的增加而增加,随氧气占比的增加先增加后降低,脱色的最佳电极参数为放电频率2 k Hz,放电电压5 k V,气体流量200 sccm,氧气占比20%,在此条件下对500 ml浓度为50 mg/L的靛蓝二磺酸钠溶液处理10 min后的脱色效果达到97.8%,当溶液性质在酸性条件以及低电导率条件下对脱色更有利。对活性物质H2O2、·OH、O3分析也可对脱色效果加以印证。(3)采用水热法在Al2O3陶瓷上负载MnO2,对陶瓷表面进行X射线衍射、扫描电镜和X射线光电子能谱分析,表征显示在Al2O3陶瓷表面成功负载MnO2催化剂,在放电前4 min脱色率提高了9.3%,对活性物质进行分析可知,O3被分解产生了更多·OH,提高了O3利用效率。且连续5次脱色后脱色效果仍高于未负载的情况,证明催化剂有一定的可重复性。
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