高壓脈沖放電等離子體處理有色染料

摘 要：為了滿足有色染料難降解的特殊處理要求，研究建立了多針-板電極的高壓脈沖放電等離子體體系，以酸性大紅作為有色染料的代表，進(jìn)行脫色。其脫色率隨著電壓上升、電極間距縮小，電極數(shù)量的增大而升高。

關(guān)鍵詞：高壓脈沖放電 多針-板電極 酸性大紅 脫色

中圖分類號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）01（a）-0-02

目前，我國的染料產(chǎn)量為每年42萬 t，居世界第一位。染料廢水是工業(yè)生產(chǎn)發(fā)生量最大、危害嚴(yán)重且難以治理的三大廢水之一[1]。染料廢水中污染物具有色度深，COD濃度高，有機(jī)污染物難生物降解甚至具有毒性和致癌性等特點(diǎn)[2]。近年來，出現(xiàn)了一些以產(chǎn)生氧化自由基為主的高級(jí)氧化水處理技術(shù)，脈沖放電等離子體處理技術(shù)就是其中一種[3]。高壓脈沖放電水處理技術(shù)以占地面積小、高效、無二次污染、使用能源清潔、處理對象無選擇性而有明顯的優(yōu)越性。被認(rèn)為是21世紀(jì)廢水處理最有發(fā)展前途的技術(shù)之一[4]。該文采用針板式電極高壓脈沖放電等離子體處理模擬酸性大紅染料。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置由針板式反應(yīng)器、脈沖電源、火花開關(guān)系統(tǒng)組成。高壓脈沖反應(yīng)器采用有機(jī)玻璃制造，內(nèi)徑100 mm，高度150 mm，反應(yīng)器電極形式為針板式，選用3 mm厚的不銹鋼板作為接收極。反應(yīng)器器壁有進(jìn)出氣口和進(jìn)出水口，反應(yīng)器兩端的放電極與接收極通過1個(gè)法蘭結(jié)構(gòu)與反應(yīng)器主體相連，而且可以上下調(diào)整放電極與接收極的距離。

1.2 有色染料制備

用分析純酸性大紅和去離子水配制模擬廢水，

1.3 去除率公式

通過分光光度計(jì)測試在不同條件、不同時(shí)間下處理后的甲基橙溶液的吸光度，再根據(jù)下面的公式計(jì)算出這個(gè)酸性大紅溶液的脫色率（ρ）。

ρ（%）=

式中，A：初始吸光度；

A0：處理后的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸性大紅濃度對去除率的影響

反應(yīng)器安裝三個(gè)針板式電極，電極間距調(diào)整為3 mm，頻率設(shè)定為25 Hz，在啟動(dòng)電源后將電壓迅速增加到30 kV。選取配制好的10、20、40、60、80 mg/L的酸性大紅溶液各100 mL。處理10 min后停止放電，分別取樣測試吸光度計(jì)算脫色率（圖1）。

結(jié)果表明，隨著放電時(shí)間的增加，各初始濃度下的脫色率逐漸降低。隨著染料初始濃度的增大，實(shí)際降解染料分子的數(shù)目在增加，但是染料分子的量超過了脈沖放電體系中產(chǎn)生的自由基數(shù)目，染料降解率呈下降趨勢，初始濃度越小，降解速率越快，初始濃度為10 mg/L的酸性大紅溶液的色度去除率在10 min達(dá)到67%，而初始濃度為80 mg/L的酸性大紅溶液的色度去除率在10 min的只達(dá)到38%。初始酸性大紅染料的質(zhì)量濃度越低，染料的脫色速率越快，電暈放電產(chǎn)生的臭氧利用率越高，其相對色度去除率雖然高，但絕對色度去除率隨初始濃度的降低而降低。

2.2 脈沖頻率對去除率的影響

在脈沖電壓為30 kv，電極間距為3 mm，安裝三個(gè)針板式電極，考察脈沖頻率分別為5、10、15、20、25Hz時(shí)放電體系對染料廢水的脫色效果（圖2）。

結(jié)果表明在本反應(yīng)體系中，脈沖頻率的變化對染料廢水的脫色效果影響顯著，隨著系統(tǒng)脈沖頻率的增大，傳入脫色反應(yīng)體系的總能量也必將增大，單次放電的能量隨之增加，從而導(dǎo)致有機(jī)染料廢水的脫色率增大[5]

2.3 電極間距對去除率的影響

選取3份10 mg/L的酸性大紅溶液各100 mg/L，電極數(shù)量為三個(gè)針式電極，放電時(shí)間為30 min，輸入電壓為30 kV，放電頻率為25 Hz，改變針式電極的距離為、3、5 mm，測試3份樣品的吸光度，計(jì)算脫色率（圖3）。

隨著放電距離的減小，酸性大紅溶液的脫色率逐漸提高，這是因?yàn)獒槹咫姌O間距太小時(shí)，容易發(fā)生溶液擊穿，使得活性物質(zhì)的濃度大大降低，能量的利用率下降，從而導(dǎo)致脫色效率的提高。

2.4 電極數(shù)量對去除率的影響

選取五份10 mg/L的酸性大紅溶液各100 mL，電極間距為3 mm，放電時(shí)間為10 min分鐘，輸入電壓為30 kV，放電頻率為25 Hz，改變針式電極的數(shù)量，測試五份樣品的吸光度，計(jì)算脫色率（圖4）。

電極數(shù)量的增加也影響到酸性大紅溶液的脫色率，但是并非直線關(guān)系，主要由于實(shí)驗(yàn)的條件以及儀器的精密程度，電極在放電過程中出現(xiàn)損耗，多個(gè)電極情況下不會(huì)出現(xiàn)所有電極同時(shí)放電的情況，而且多電極的放電的范圍也比單一的放電極要好，也有可能對有色染料的凈化產(chǎn)生好的影響。

3 結(jié)語

采用針-板式高壓脈沖放電等離子體技術(shù)處理含偶氮染料酸性大紅的模擬廢水，當(dāng)廢水投加量為10 mL，脈沖頻率為25 Hz，電極間距為3 mm，電極數(shù)量為3，反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)，酸性大紅染料的脫色率為78%。

針對高壓脈沖放電技術(shù)進(jìn)行了初步的研究，找到了一些影響處理效果的主要因素，得到了一些基本結(jié)論。但就應(yīng)用技術(shù)本身來講，脈沖放電法目前還不完全成熟，如何提高能源利用率以及減少高壓脈沖放電的成本，設(shè)計(jì)出一種耐高溫、耐腐蝕、可以長時(shí)間工作的電極，仍是我們需要繼續(xù)探索的方面。

參考文獻(xiàn)

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