等離子體-電化學耦合處理難降解廢水的應(yīng)用研究.pdf

1、環(huán)境污染問題日益得到廣泛關(guān)注。難降解有機污廢水的處理是目前環(huán)境工程界研究的焦點之一。氯酚是一種廣泛使用的化工原料，具有穩(wěn)定的化學性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及較強的生物毒性，是一類優(yōu)先監(jiān)控的難降解有機污染物。因此，開展氯酚廢水處理的研究在工業(yè)應(yīng)用方面有著重要的理論與實際意義。
　　本文提出一種新型的大氣壓放電等離子體-電化學耦合技術(shù)，有效的實現(xiàn)了4-氯酚廢水及實際難降解有機廢水的氧化處理，并通過降解效果測定、氣泡影像采集、Danckwerts繪標法

2、及活性物種分析等多種技術(shù)途徑系統(tǒng)探討了主要影響因素對反應(yīng)體系的影響規(guī)律，并對相關(guān)機理進行了研究。主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　(1)通過對耦合系統(tǒng)電源電壓的優(yōu)化，得到4-氯酚(4-CP)降解最優(yōu)耦合電壓為：電氧化電壓8.0 V，等離子體峰值電壓14.2 kV。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，在相同的放電時間內(nèi)，耦合系統(tǒng)內(nèi)4-氯酚降解率遠大于單獨電化學氧化和單獨等離子體放電系統(tǒng)。
　　(2)通過研究耦合系統(tǒng)電解池溶液中鹽含量與4-氯酚降解率的變

3、化關(guān)系，得到溶液的最佳鹽含量為80 mg/L NaCl。
　　(3)溶液初始pH對4-氯酚降解率、溶液COD和TOC去除率的影響規(guī)律：初始pH為9.23時，相同時間下，4-氯酚去除率達到88.28％(4-氯酚降解的平均能量效率為0.72 g/kWh)，遠高于pH為6.50和3.65時的81.32%和79.99%。COD去除率在堿性條件下最高，達到61.10%(COD去除的平均能量效率為1.35 g/kWh)，而中性為59.44%，

4、酸性為49.29%。TOC去除率堿性條件最高，酸性次之，中性最差。
　　(4)利用靛蘭三磺酸鉀分光光度法、草酸鈦鉀比色法和對羥基苯甲酸捕獲法分別測定了耦合系統(tǒng)放電過程中產(chǎn)生的活性物質(zhì)O3、H2O2和?OH。在pH為3.65和9.23時，O3的生成速率最快，且堿性大于酸性中的產(chǎn)率。酸性條件下，H2O2在90 min放電時間內(nèi)的產(chǎn)量最大，為0.0507 mmol/L，中性次之，堿性最少。堿性條件下，?OH生成速率達到了2.67×10-

5、5 mmol/(L s)，能量產(chǎn)率高達1.16×10-7 mol/J。由此說明，在堿性條下促進4-氯酚降解的主要活性物質(zhì)是O3和?OH，而在酸性和中性條件下為?OH和H2O2。
　　(5)利用照相技術(shù)獲取了放電等離子體系統(tǒng)內(nèi)的瞬間氣泡影像，統(tǒng)計并計算了不同實驗條件下的氣泡分布和特征參數(shù)。利用Danckwerts繪標法，測定了相同體系中的氣-液傳質(zhì)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)理論計算與氣泡影像的統(tǒng)計結(jié)果基本一致，共同解釋了等離子體放電反應(yīng)器在不同條件

6、下的傳質(zhì)反應(yīng)過程。
　　(6)采用HPLC和IC對4-氯酚芳香類中間產(chǎn)物和小分子有機酸進行測定。結(jié)合活性物質(zhì)和中間產(chǎn)物的分析可推斷4-氯酚在不同pH下的降解歷程：在酸性和中性溶液中，主要是由?OH和H2O2誘導的羥基鄰、對位上的親電取代反應(yīng)，分別生成了4-氯鄰苯二酚和對苯二酚。在堿性溶液中，4-氯酚更易發(fā)生由臭氧化引發(fā)的親電取代反應(yīng)，并伴隨著少量?OH引發(fā)的親電取代反應(yīng)。O3分子易攻擊羥基的鄰、對位碳原子，引起氯原子從4-氯酚苯環(huán)

7、上脫去形成對苯二酚和苯酚，而羥基鄰位上的氫原子被?OH取代分別生成了4-氯鄰苯二酚。
　　(7)利用耦合體系對實際難降解廢水進行了應(yīng)用實驗研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在沒加催化劑的條件下，耦合系統(tǒng)處理難降解實際廢水的效果比加入催化劑更佳，COD的去除率較高，但隨著等離子體峰值電壓的增大，COD的去除率呈現(xiàn)下降的趨勢。在峰值電壓為14.2 kV時，COD去除率高達67.68%。此時，整體耗能又是最少的。同時經(jīng)過電氧化電壓和等離子體峰值電壓的交叉優(yōu)