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低温等离子体对直接染料废水的脱色研究

来源网络 发布时间:2017-10-4 9:13

据不完全统计,我国印染废水 每天 排放量 在 3 ×106~4×106 m3之间,其的水质特点为水量大、有 机污染物含量高、难降 解物 质 多、pH值 变 化 大、色 度高以及组分复杂.印染废水其中的染料和助剂属 于典型的结构复杂的有机物,他们的结构主要含芳 烃及杂环以及以芳烃及杂环化合物为母体,并带有 π→π*跃迁或n→π*跃 迁 的 生 色 基 团 (如 -N=N -、-N=O)及 助 色 基 团 (如 -SO3Na、-OH、- NH2),属典型难降解的物质.废水中除含有染料和助剂外,还有浆料、油剂、酸碱、纤维杂质、砂类物 质及无机盐等其它物质.染料和助剂染料中的硝基 和胺基 化合 物以及铜、铬、锌、砷等 重金 属元 素,具 有较大的生物 毒 性,严 重 污 染 环 境.同 时,由 于 染料正朝着抗光解、抗氧化和抗生物降解的方向发 展,从而给废水处理工艺带来了较大的困难.介质 阻 挡 放 电 等离子体是一种常压下可实现稳定放电的低 温非平衡等离子 体.他 的 产 生 不 需 要 高 真 空,因 此 也不需要真空设备,大气压或者略高于大气压的条 件均可得到稳定放电,能在常温下获得化学反应所 需的各 种 活 性 粒 子 (如 紫 外 线、臭 氧 及 各 种 自 由 基),具有特殊的光(多 波 段 紫 外)、热 (室 温 或 略 高 于室温)、电 (电 子、离 子)等 物 理 过 程 及 化 学 过 程 (自由基),是最早被环境工作者发现并利用于产生 臭氧治理环境污染的等 离 子 体 技 术.文 献 [5]研 究 了雾化介质阻挡放 电 过 程 中 产 生 的 低 温 等 离 子 体 对偶氮染料靛蓝二磺酸钠染料 废水的脱色效果,发 现 当 处 理 时 间 相 同 时,待 降 解 染料溶液的浓度降 低 程 度 与 放 电 电 压 的 升 高 程 度 和介质空气间隙的减小程度呈现正相关.对其脱色 的机理研究发现雾 化 介 质 阻 挡 放 电 过 程 中 产 生 的 低温等离子体活性物质对染料脱色起重要作用.通过研究等离子体在内电极通入氧条件下降 解水溶液中甲基紫 进 一 步 揭 示 了 低 温 等 离 子 体 处 理染料的机理,证 实 甲 基 紫 溶 液 的 降 解 是 氧 原 子、 电子、活性自由基 和 离 子 等 共 同 作 用 的 结 果.研究发现等离子体装置的结构及电极形状对部 分分散、活性及直接染料类型染料废水的处理效果 有着一定影响,这一结果被同时证实.但对直接染料以及板板放电系统在脱色、降解及动力 学和相关机理方面的研究未见报道.
文 中 采用 介 质 阻挡 放 电获 得 常 压下 的 空 气 低 温等离子体,将其 作 用 于 直 接 染 料 液 面 上,使 该 等 离子体产生的臭氧、紫外光和自由基等活性基团自 由扩散至液相,并与液相中的直接染料发生氧化还 原反应,以脱色率 为 评 价 指 标,测 试 等 离 子 体 参 数 (放电功率、介质间距和放电时间)对直接染料脱色 的影响,以 及 染 料 自 身 因 素 (染 料 浓 度、溶 液 初 始 pH值)对脱 色 产 生 的 抗 力 响 应,试 图 揭 示 常 压 下 空气低温等离子体 直 接 染 料 的 脱 色 规 律 及 模 拟 动 力学方程.

染料废水色度高,且其存在复杂的环状结 构,一 般 处 理 方 法 很 难 获 得 理 想 的 处 理 效 果.采用直接草绿和直接橘黄配制模拟染料废水,将介质阻挡放电低温等离子体技术应用于直 接染料废水脱色研究.研究结果表明:介质阻挡放电低温等离子体处理直接染料可获得的脱色 率与染料结构的复杂程度呈负相关.放电功率的增 高、介 质 间 距 的 降 低、溶 液 浓 度 的 减 小 均 有 利于获得较高的脱色率.当放电功率为8.5kW,介质间距为 5mm,溶液 浓度为 100mg·L-1 时,直接橘黄和直接 草绿 获 得 98%脱色率所需时间分别为 8min和 18min.延长 放电时 间可 以部分补偿因放电功率不足或介质间距过高带来的脱 色 率 降 低,但 无 法 补 偿 因 浓 度 增 高 带 来 的脱色率下降.在研究测试的400mg·L-1溶液浓度范围内,直接染料的脱色反应符合假一级 反应动力学方程.低温等离子体技术处理直接染料所获 得 的 脱 色 效 果 可 以 满 足 深 度 处 理 技 术 要求.介质阻挡放电低温等离子体处理直接染料 可获得的脱色率与染料结构的复杂程度呈负相关,在同样的处理条件下,结构越复杂脱色率越低. 反 应 初 期,同 样 的 处 理 时 间 内 放 电 功 率 的增高、介质间距的降低和溶液浓度的减小均有利于 获得较高的脱色率.当放电功率为8.5kW,介质间 距 为5mm,溶液浓度为100mg·L-1时,直接橘黄 和直 接 草 绿 获 得 98%脱 色 率 所 需 时 间 分 别 为 8 min和18min.相应延长放电时间可以补偿由于放 电功率降低和介质间距增加带来的脱色率降低;直 接草绿浓度增高带 来 的 脱 色 率 降 低 无 法 依 靠 单 纯 延长放电时间补 偿,对 于 直 接 橘 黄,放 电 时 间 对 于 浓度增高带来的脱色率降低的补偿也是有限的.实 验 测 试 的 浓 度 范 围 内,直 接 染 料 的 脱 色 反应符合假一级反应动力学方程.低温等离子体技 术处理直接染料所 获 得 的 脱 色 效 果 可 以 满 足 深 度 处理技术要求.

废水脱色

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