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随着我国有机化工行业的不断发展,随之产生的有毒有害、难生物降解有机污染物已是造成当前环境污染的主要来源之一,染料废水就是常见的一种有毒有害、难降解有机废水。染料的品种多、更新快、结构复杂特性导致了染料废水具有色度大、有毒有害、难降解等特点,从而使其处理难度不断加大。在其诸多处理方法中,高级氧化技术是研究热点,高压脉冲放电等离子体技术是一种新型的高级氧化技术,该技术具有应用范围广,几乎可以无选择的氧化高浓度、毒性大、常规方法难降解的有机废水,且处理效率高、氧化速率快、二次污染少等优点,因而使这一技术具有广阔的应用前景。本文采用高压脉冲放电等离子体技术,设计了针-板放电反应器,以活性艳红X-3B作为主要研究对象,进行了偶氮染料模拟废水降解实验研究。
首先,考察了脉冲放电类型、电源输出功率、放电电极间距、气体通入量、污染物初始浓度、溶液初始pH值及初始电导率对X-3B降解效率的影响规律。得出放电类型为火花放电时,X-3B的降解速率明显高于电晕放电;电源输出功率的增大,电极间距的减小,气体通入量的增加,污染物初始浓度、溶液初始pH值及初始电导率的降低都会有利于X-3B降解效率的提高。实验还考察了向溶液中投加Fe2+、H2O2对X-3B降解效率的影响情况,得出投加Fe2+、H2O2都有利于提高X-3B的降解速率,但是随着Fe2+投加量的进一步增加,X-3B的降解速率又呈现了下降的趋势,Fe2+最佳投加浓度为0.05-0.15mM。还得出加入Fe2+、H2O2时,放电同样的时间,废水TOC去除率明显高于未加物质,放电反应18min后,废水TOC去除率最高可达46.2%。
其次,考察了脉冲放电等离子体对不同结构偶氮染料的降解情况,得出四种不同结构偶氮染料经放电反应18min后的降解效率都在80%以上,其中三种在90%以上,这说明高压脉冲放电等离子体技术处理偶氮染料废水具有普遍性,受偶氮染料结构的影响较小。
最后,通过考察X-3B降解过程的中间产物及溶液中活性粒子的变化情况,初步探讨了高压脉冲放电等离子体降解偶氮染料废水的机理。废水在放电反应过程中pH呈现了不断下降的趋势,而电导率呈现了不断升高的趋势,这是由于X-3B大分子被氧化成了小分子有机酸,及其分子中Na、Cl、S、N脱落到溶液中生成了Na+、Cl-、SO2-4,NO3-等无机离子导致的。添加羟基自由基捕获剂后使X-3B的降解速率有了明显下降,表明羟基自由基在X-3B降解过程中起着重要作用。放电同样时间,X-3B模拟废水中的臭氧及双氧水含量低于蒸馏水空白样,由此可见,放电过程中产生的臭氧、双氧水促进了溶液中X-3B的降解。