低溫等離子體協(xié)同吸附凈化甲醇苯酚廢水的試驗(yàn)及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、隨著中國工業(yè)快速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的提高，產(chǎn)生的大量工業(yè)有機(jī)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(jī)廢水的新方法是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。
　　低溫等離子體是一種高級(jí)氧化技術(shù)，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(fù)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(yīng)，將有機(jī)物分子氧化分解。單獨(dú)采用低溫等離子體技術(shù)，存在降解時(shí)間長，能量利用效率不高的缺點(diǎn);單

2、獨(dú)吸附法凈化有機(jī)廢水，存在凈化效率低、運(yùn)行成本高的缺點(diǎn)。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(jī)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(jī)廢水的降解規(guī)律及動(dòng)力學(xué)方程。模擬廢水以甲醇為小分子有機(jī)物，以苯酚為難降解有機(jī)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(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。檢測(cè)在低溫等離子體協(xié)同吸附作用下有機(jī)廢水凈化的中間產(chǎn)物，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析，探索其宏觀傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

3、模型。
　　試驗(yàn)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(duì)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(duì)甲醇的吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程;陶粒對(duì)苯酚的吸附過程更符合準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程;4A分子篩、拉西環(huán)、γ-Al2O3三種吸附劑對(duì)苯酚的吸附更符合準(zhǔn)一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程。在相同試驗(yàn)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(dú)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(shí)驗(yàn)和多因素響應(yīng)面分析結(jié)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(shí)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(shí)驗(yàn)條件下達(dá)到相同COD降解率所需時(shí)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(shí)間內(nèi)COD的降解率，但受到反應(yīng)器

5、結(jié)構(gòu)等因素的影響，過高的放電電壓對(duì)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(duì)于初始濃度而言，這種變化的原因主要受反應(yīng)器單位時(shí)間內(nèi)最大降解能力的影響，對(duì)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(shí)間和放電電壓對(duì)降解率影響較大，初始濃度和空氣流量對(duì)降解率影響較小。對(duì)降解過程的動(dòng)力學(xué)研究表明，液相污染物濃度降低會(huì)造成宏觀降解反應(yīng)級(jí)數(shù)升高，但整體的降解過程符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，

6、并且隨放電電壓的升高，反應(yīng)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(yàn)條件下，協(xié)同作用的降解效果優(yōu)于單獨(dú)凈化效果。協(xié)同作用初始階段COD凈化以吸附為主導(dǎo)，后期以低溫等離子體氧化為主導(dǎo)，降解反應(yīng)不是完整的一級(jí)或二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，反應(yīng)級(jí)數(shù)隨反應(yīng)時(shí)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(yīng)初期COD降解量和降解速率較為平緩，反應(yīng)后期低溫等離子體協(xié)同吸附降解效果優(yōu)

7、于單獨(dú)低溫等離子體降解效果，因?yàn)槲娇筛患合嘀杏袡C(jī)物濃度。其降解反應(yīng)更符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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(dá)到相同COD降解率所需時(shí)間越長，放電有效能量利用率越低。由響應(yīng)面分析獲知:放電電壓和放電時(shí)間與COD降解率正相關(guān)，混合液中苯酚比例與COD降解率負(fù)相關(guān)，放電電壓對(duì)COD降解率影響最大，其次為放電時(shí)間，再次為苯酚比例。甲醇苯酚混合廢水降解的宏觀動(dòng)力學(xué)反應(yīng)級(jí)數(shù)隨

8、苯酚比例增加而降低。
　　反應(yīng)器結(jié)構(gòu)影響混合廢水COD降解反應(yīng)速率，從大到小順序?yàn)?同軸噴霧式反應(yīng)器＞同軸液膜式反應(yīng)器＞線板式反應(yīng)器＞多針板式反應(yīng)器＞單針板式反應(yīng)器。同軸噴霧和同軸液膜式反應(yīng)器有效能量利用率最高，其次為線板式反應(yīng)器和多針板反應(yīng)器，單針板式反應(yīng)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(duì)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(yīng)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(jī)廢水是一個(gè)復(fù)雜的傳質(zhì)-反應(yīng)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(jìn)入液相，在液相與有機(jī)物分子擴(kuò)散偶遇并發(fā)生氧化降解反應(yīng)。液相中有機(jī)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