【摘 要】
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聚合物驱提高油田采收率的同时会产生大量的含聚丙烯酰胺污水(The Polyacrylamide,PAM),含聚污水具有粘度大和乳化程度高等特点,不经处理的含聚污水直接排放会对生态环境造成极大破坏。因此,降解含聚污水已成为人们研究的热点。传统降解含聚污水方法主要包括物理法、化学法和生物法。物理法主要通过物理切割或膜分离使污染物转移,其降解效率较低;化学法主要通过在含聚污水中添加化学试剂,其降解效率较
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聚合物驱提高油田采收率的同时会产生大量的含聚丙烯酰胺污水(The Polyacrylamide,PAM),含聚污水具有粘度大和乳化程度高等特点,不经处理的含聚污水直接排放会对生态环境造成极大破坏。因此,降解含聚污水已成为人们研究的热点。传统降解含聚污水方法主要包括物理法、化学法和生物法。物理法主要通过物理切割或膜分离使污染物转移,其降解效率较低;化学法主要通过在含聚污水中添加化学试剂,其降解效率较高,但会产生二次污染;生物法通过在含聚污水中加入以菌株,此方法可以使PAM完全降解,但菌株选取和培育需要大量时间且易受到水质影响。因此,寻找一种高效绿色的降解方式是当前研究的热点。非平衡态等离子体降解技术作为一种新型的高级氧化技术,其在污染物处理等方面运用广泛。介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge,DBD)作为产生非平衡态等离子体的放电形式之一,具有操作简单和安全可靠等优势。本文致力于研究DBD放电产生非平衡态等离子体降解含聚污水的可行性,首先利用数值模拟软件模拟DBD放电过程,研究非平衡态等离子体反应机理。从提高其降解效率的角度出发,设计了一双玻璃介质水冷DBD反应器,研究了不同放电时间、PAM溶液浓度、放电电压的条件下,非平衡态等离子体对PAM溶液的降解率和PH变化,为了提高DBD能量利用率,在反应器中添加AC/Mn+Ti O2和γ-Al2O3催化剂,研究不同种类催化剂和催化剂添加量对PAM溶液降解率和PH的影响。并主要得出以下结论:1.在放电过程中,气隙电压最大值约为1.6 k V,电流密度在气隙电压的上升边缘达到最大值,约为5 A/m~2。气隙电压和电流密度随着电源电压的增大而增大。但由于电荷表面积累形成了附加电场,使气隙电压基本保持不变直至电源电压达到峰值,后随着电源电压的减小而减小;2.在放电初期,电子温度由于在电子和空气粒子的非弹性碰撞而减小,约为0.5 e V。一段时间后,电子的二次碰撞提高了电子温度且电子温度最大值约为2.7 e V;3.非平衡态等离子体降解PAM溶液过程中,放电时间为300min,PAM溶液浓度为1000 mg/L,放电电压为20 k V时,PAM溶液降解率最高为83%;放电时间为0~30min时,PAM溶液PH明显下降,数值约为2.5,但放电30min后PAM溶液PH变化很小,数值约为1.8;4.非平衡态等离子体协同催化降解PAM溶液过程中,被激发粒子退激会释放光子,光子使AC/Mn+Ti O2产生空穴,促进形成羟基自由基,提高PAM溶液降解率,最高可达到85%。γ-Al2O3可促进臭氧产生,从而提高PAM溶液降解率,最高可达到81%。
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