垃圾滲濾液的褪色處理裝置設計

趙迪　王達成　簡民　劉偉　覃傳寧

摘 要：低溫等離子體具有很強的降解能力，因此成為各國水處理技術的研究熱點。大氣壓DBD等離子體能降解有機廢液，它的處理效率高，操作簡單，不會產生二次污染，是一項環保技術。我們設置一個新的DBD放電裝置并進行實驗，觀察DBD的放電過程以及褪色處理的效果，再利用發射光譜法進行實時監測，探究等離子體脫色處理的主要作用粒子。實驗中我們選用的是工作氣體是空氣，產生DBD放電時，空氣中的氧和氮被激發產生等離子體，等離子體降解了廢液中的有機物，使其達到脫色的效果。增加工作電壓或者增加工作氣體的氣流量，褪色效果更加明顯。

關鍵詞：大氣壓DBD等離子體；DBD放電；滲濾液；放電波形；發射光譜法

水體中的有機物由于結構穩定，所以溶解性很差，傳統的處理技術工藝非常困難，而且降解效果不顯著。針對處理技術工藝難這一問題，目前高級氧化技術（AOP）備受關注，其中高級氧化技術中的低溫等離子體氧化法應用廣泛。低溫等離子體含有高活性粒子，會破壞有機分子結構、化學鍵斷裂、發生物理化學效應。因此低溫等離子體處理廢水技術是目前處理難降解廢液的有效辦法，對生態環境的保護起了積極的促進作用[1-5]。

1 實驗

1.1 實驗裝置設計及分析

為了提高垃圾滲濾液的褪色效果，維持DBD放電的穩定性以及能耗的問題，我們中心使用了三電極的結構并使用電解液作為負極。如圖1所示，由于石英玻璃具有耐高溫、膨脹系數低、化學穩定性好、耐熱震性，除氫氟酸、熱磷酸外，對一般酸有較好的耐酸性，尤其是絕緣性能良好，并能透過紫外線和紅外線等優點，所以該裝置各主要部件均由石英玻璃制成，采用圓筒狀等離子體發生裝置，實驗裝置包括兩個石英管，最內層是內徑為30mm，厚度為1.5mm的中空石英玻璃管，用三根直徑為3mm的鎢棒作為高壓電極，三根電極呈等邊三角形放置在距離內石英管3mm的位置，用聚四氟固定件固定，以保證高壓電極固定，實驗時三根鎢棒直接與高頻高壓電源相連。最外層也是厚度為2mm的石英玻璃管，內外兩層石英玻璃的中間裝入作為接地電極的液體，液體電極的液體由進液體口輸入，可以選擇自來水或電導率好的溶液，例如KCl溶液，NaCl溶液等。工作氣體空氣由進氣口通入，氣流量大小通過一個氣體流量計控制。液體電極和交流電源用一直徑為2mm的銅絲相連，電源的電壓范圍0到30KV，頻率為1KHz到100KHz可調（CTP-2000K，coronalab），最內層的石英管壁（厚度為1.5mm）做為阻擋放電的介質，在最內層的石英管內部鎢棒的周圍就會產生放電細絲，等離子體由連接在底部的輸出裝置直接通入待處理的液體，將等離子體尾流直接通入到待處理液體的底部，使等離子體與待處理液體充分接觸，提高處理效率。

實驗過程中，觀察被處理液體的顏色變化并用照相機拍攝記錄下來，比較不同時段的褪色處理效果測量了其光譜及放電特性分析，并且利用測量的等離子體光譜分析使滲瀝液脫色的作用基團。

2 實驗結果與分析

目前對垃圾滲瀝液的處理主要有：北京高碑店及天津紀莊子等大型城市污水處理廠采用的傳統活性污泥法；太湖及滇池周圍的污水廠采用的A-O除磷和脫氮工藝和A-A-O除磷脫氮工藝，昆明第一、二污水廠以及邯鄲東區污水廠采用的氧化溝工藝；昆明的第三、第四污水廠采用的SBR工藝等。但現階段的大部分處理方法都存在著處理費用昂貴，效率低，有二次污染等缺點。

本文利用大氣壓下介質阻擋放電等離子體對垃圾滲瀝液以及屠宰場廢水進行處理。實驗中取500ml垃圾滲濾液原液作為處理對象進行處理，將放電氣體通入等離子體發生器內，調節氣體流量，持續穩定再放電。觀察隨著電學參數的變化DBD放電的變化情況。每隔30分鐘從槽中取出處理后的廢液每次取50ml，每次取出的液體顏色變化。

2.1 DBD等離子體放電情況

當輸入電壓達到17KV時，電極上開始出現了藍紫光。用示波器采集DBD放電比較穩定的布滿全部的放電區域時的電極兩端電壓和回路電流波形。

電流的波形上的電流脈沖很少，當我們繼續加大電壓時，當輸入電壓達到38KV，明顯的可以從裝置上看到電極間隙上布滿紫藍色的光，我們很明顯的聞到一股類似于海水的腥味（臭氧），用示波器采集DBD放電比較穩定的布滿全部的放電區域時的電極兩端電壓和回路電流波形。這時電流電壓波形十分規則，電流的波形在每一個周期都有多個強度不同的切持續時間較長的電流脈沖，并且重復性好，每次都出現在相同的位置。電流脈沖持續時間達到微秒量級，這樣的持續時間大于絲狀放電的納秒量級，所以從電流電壓圖形可以判斷這種放電的方式是絲狀放電。

2.2 DBD等離子體處理滲濾液褪色情況

當輸入電壓為40KV，氣流量為60ml/s，將等離子氣體通入垃圾滲濾液中，褪色情況如圖1所示。

3 結論

介質阻擋放電穩定，能產生較大面積的放電等離子體粒子，從而激發更多的活性粒子，這些活性粒子用作處理滲濾液，具有降解速率快、效果好、無二次污染、可在常溫常壓下進行等優點。DBD等離子體技術是一種有效的處理有機廢水的新方法。增加工作電壓能使滲濾液的褪色效果更加明顯，工作電壓增大，單位時間內產生的等離子體粒子增加，使滲濾液中的有機分子的降解效率增加，工作氣體的流量并不是越大越好，有一個飽和度，當我們通入工作氣體流量達到75ml/s時，滲濾液的褪色效果不但沒有增加，反而有下降的趨勢，氣流量大導致活性粒子與滲濾液的接觸時間減少。

參考文獻

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