【摘 要】
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有机染料废水由于对环境及人类生活的负面影响日益显著,已得到相当大的关注。基于介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge,DBD）的低温等离子体技术被证实可以有效处理有机废水。本文针对大气压沿面DBD低温等离子体降解染料废水进行系统研究,设计开发了新型沿面DBD低温等离子体水处理装置,以甲基橙为目标污染物,对自制反应器降解过程的电学特性、降解效率及影响因素进行了研究,探讨
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有机染料废水由于对环境及人类生活的负面影响日益显著,已得到相当大的关注。基于介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge,DBD）的低温等离子体技术被证实可以有效处理有机废水。本文针对大气压沿面DBD低温等离子体降解染料废水进行系统研究,设计开发了新型沿面DBD低温等离子体水处理装置,以甲基橙为目标污染物,对自制反应器降解过程的电学特性、降解效率及影响因素进行了研究,探讨降解过程中废水的物化特性变化。开发了新型沿面DBD低温等离子体水处理装置,从电极参数、阻挡介质材质与反应器型式对水处理装置进行设计,基于Comsol数值仿真研究低压电极线径、螺距两几何参数对电势分布的影响,并利用软件等离子体模块计算得出放电过程电子密度的分布规律。沿面DBD电极结构大幅降低了放电起始电压,电压幅值为1.8k V时便可产生大量优质低温等离子体。8.0k V电压幅值下对对溶液体积2L、溶液浓度25mg/L的甲基橙5min降解率为92.5%,25min达99.2%。基于Matlab/Simulink搭建了沿面DBD等效电路模型,研究沿面DBD放电过程及电学特性。对反应器的电学特性诊断实验结果表明,在微放电电压起始点、放电功率、测量电容电压方面整体符合仿真预期。实验考察了初始浓度、初始pH值、泵气速率对甲基橙降解的影响。相同时间内,溶液初始浓度越高则平均降解速率越高,但甲基橙脱色率更低;酸性条件下甲基橙降解效果更好,但酸性过强时反而抑制氧化反应的正向进行;提高泵气速率能够加快甲基橙降解,但当泵气速率达到能使溶液充盈气泡后,继续提高泵气速率无法继续提高降解效率。实验考察了电压幅值、电源频率对甲基橙降解的影响。降解效率随电压幅值升高而升高,随频率的升高先升高后降低,电压幅值、电源频率过高均会导致电极发热明显,能量效率降低。将TiO2光催化法与DBD低温等离子体法联用降解甲基橙。向降解体系中投加1.5g的光催化剂TiO2,10min甲基橙降解率达93.3%,比单独使用DBD低温等离子体法提高了14.2%。光催化剂TiO2利用到了DBD低温等离子体放电过程中产生的紫外线,在单独投加TiO2时,甲基橙不被降解。因此光催化法对DBD低温等离子体降解过程有协同作用。分析甲基橙降解过程中溶液pH值与COD的变化趋势发现,甲基橙溶液的pH值在降解过程中总体呈现下降趋势,这表明甲基橙在降解过程中生成有机酸类中间产物。而COD的变化趋势与甲基橙的降解并非完全同步,呈现出先降低后升高又降低的趋势,且COD更难降解彻底。
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