低溫等離子體協(xié)同吸附凈化甲醇苯酚廢水的試驗及動力學研究.pdf

1、隨著中國工業(yè)快速發(fā)展和環(huán)境保護標準的提高，產(chǎn)生的大量工業(yè)有機廢水需要高效凈化處理。傳統(tǒng)的處理工藝都有不同的缺陷，探索一種高效率低能耗凈化工業(yè)有機廢水的新方法是該領域研究的熱點之一。
　　低溫等離子體是一種高級氧化技術，通過放電產(chǎn)生的高能電子、激發(fā)態(tài)的分子/原子、自由基、分子、正負離子等活性粒子，通過與污染物分子碰撞，發(fā)生斷鍵等一系列氧化反應，將有機物分子氧化分解。單獨采用低溫等離子體技術，存在降解時間長，能量利用效率不高的缺點;單

2、獨吸附法凈化有機廢水，存在凈化效率低、運行成本高的缺點。本論文將開展介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體協(xié)同吸附凈化模擬有機廢水的研究，比較分析吸附、低溫等離子體、低溫等離子體協(xié)同吸附三種工藝條件下有機廢水的降解規(guī)律及動力學方程。模擬廢水以甲醇為小分子有機物，以苯酚為難降解有機物，分別研究單組分廢水、二元混合組分廢水的凈化規(guī)律和反應動力學模型。檢測在低溫等離子體協(xié)同吸附作用下有機廢水凈化的中間產(chǎn)物，結合試驗數(shù)據(jù)和理論分析，探索其宏觀傳質(zhì)-反應動力學

3、模型。
　　試驗采用陶瓷拉西環(huán)、陶粒、γ-Al2O3、4A分子篩四種吸附劑凈化甲醇和苯酚廢水，在相同堆積體積下4A分子篩對甲醇和苯酚的吸附凈化效果優(yōu)于其他三種吸附劑。四種吸附劑對甲醇的吸附過程符合準二級吸附動力學方程;陶粒對苯酚的吸附過程更符合準二級吸附動力學方程;4A分子篩、拉西環(huán)、γ-Al2O3三種吸附劑對苯酚的吸附更符合準一級吸附動力學方程。在相同試驗條件下甲醇的吸附速率和吸附量高于苯酚的吸附速率和吸附量。
　　單獨采

4、用低溫等離子體降解單組分甲醇和苯酚模擬廢水，從單因素實驗和多因素響應面分析結果發(fā)現(xiàn):低溫等離子體能有效降解單組分甲醇和苯酚模擬廢水，降解過程中甲醇模擬廢水的顏色無明顯變化，但苯酚模擬廢水的顏色由無色變?yōu)樽睾稚僮優(yōu)榈S色。隨放電時間的延長，模擬廢水COD值降低、COD降解率升高，系統(tǒng)有效能量利用效率逐漸降低，相同實驗條件下達到相同COD降解率所需時間苯酚高于甲醇，說明苯酚較甲醇難降解。放電電壓能提升單位時間內(nèi)COD的降解率，但受到反應器

5、結構等因素的影響，過高的放電電壓對降解率提升效果并不明顯。隨初始濃度和空氣流量增加，COD的降解率先升高后降低，對于初始濃度而言，這種變化的原因主要受反應器單位時間內(nèi)最大降解能力的影響，對于空氣流量而言，過大的空氣流速造成了活性物質(zhì)的吹脫。不同的因素中，放電時間和放電電壓對降解率影響較大，初始濃度和空氣流量對降解率影響較小。對降解過程的動力學研究表明，液相污染物濃度降低會造成宏觀降解反應級數(shù)升高，但整體的降解過程符合一級反應動力學模型，

6、并且隨放電電壓的升高，反應速率常數(shù)增大。
　　低溫等離子體協(xié)同4A分子篩吸附凈化甲醇廢水研究發(fā)現(xiàn)，在相同試驗條件下，協(xié)同作用的降解效果優(yōu)于單獨凈化效果。協(xié)同作用初始階段COD凈化以吸附為主導，后期以低溫等離子體氧化為主導，降解反應不是完整的一級或二級動力學方程，反應級數(shù)隨反應時間和初始濃度變化而變化。低溫等離子體協(xié)同吸附4A分子篩吸附凈化單組份苯酚廢水，反應初期COD降解量和降解速率較為平緩，反應后期低溫等離子體協(xié)同吸附降解效果優(yōu)

7、于單獨低溫等離子體降解效果，因為吸附可富集液相中有機物濃度。其降解反應更符合一級反應動力學方程。
　　通過低溫等離子體降解甲醇苯酚混合廢水的研究，發(fā)現(xiàn)混合廢水中苯酚比例越大，達到相同COD降解率所需時間越長，放電有效能量利用率越低。由響應面分析獲知:放電電壓和放電時間與COD降解率正相關，混合液中苯酚比例與COD降解率負相關，放電電壓對COD降解率影響最大，其次為放電時間，再次為苯酚比例。甲醇苯酚混合廢水降解的宏觀動力學反應級數(shù)隨

8、苯酚比例增加而降低。
　　反應器結構影響混合廢水COD降解反應速率，從大到小順序為:同軸噴霧式反應器＞同軸液膜式反應器＞線板式反應器＞多針板式反應器＞單針板式反應器。同軸噴霧和同軸液膜式反應器有效能量利用率最高，其次為線板式反應器和多針板反應器，單針板式反應器的有效能量率最低。同軸霧化低溫等離子體協(xié)同吸附對混合廢水的降解效果優(yōu)于多針板式低溫等離子體協(xié)同吸附效果。
　　由液相色譜分析獲知，苯酚在低溫等離子體降解過程中生成的中間

9、產(chǎn)物主要為苯二酚和苯醌;甲醇中間產(chǎn)物與苯酚中間產(chǎn)物可能發(fā)生反應生成新的中間物質(zhì)。在甲醇苯酚混合廢水中甲醇占比越大，總體COD降解速率越快，甲醇比苯酚更易降解?；旌蠌U水中苯酚組分的降解率低于在相同條件下單組份苯酚降解率。
　　低溫等離子體降解有機廢水是一個復雜的傳質(zhì)-反應過程。氣相放電產(chǎn)生的活性粒子需要經(jīng)過氣液傳質(zhì)過程進入液相，在液相與有機物分子擴散偶遇并發(fā)生氧化降解反應。液相中有機物分子的降解速率受氣相傳質(zhì)速率、氣液相界面?zhèn)髻|(zhì)速率