【摘要】：基于臭氧的高級氧化技術(shù)(AOPs)在去除廢水中難降解有機物方面表現(xiàn)出很高的效率,但臭氧制備過程能效低。脈沖電暈放電(PCD)作為氧化能效較高的一種高級氧化技術(shù),具有原位產(chǎn)生并利用臭氧及羥基自由基(·OH)等氧化劑的特點,可解決上述問題。PCD應(yīng)用于氣液混合體系時,通過在氣液界面處產(chǎn)生的低壽命活性氧化物質(zhì),協(xié)同氣相中產(chǎn)生且在氣-液相間傳質(zhì)作用的其它一些長壽命活性氧化物質(zhì)及物理場作用,顯著提升了污染物的氧化效率。本研究將基于PCD的氧化物種作用分配機理與污染物轉(zhuǎn)化相結(jié)合,為PCD技術(shù)在水處理中的應(yīng)用提供理論支撐和技術(shù)支持。本研究考察了·OH猝滅劑對三種不同屬性污染物降解動力學(xué)的影響,研究短壽命及長壽命活性氧化物質(zhì)在氧化有機物過程中的作用及分配,并以硫氰化物為研究對象,考察了基于PCD的污染物轉(zhuǎn)化過程及影響因素。針對反應(yīng)速率不同的污染物,PCD氧化過程中所需要氧化物種的種類及作用方式有所不同,根據(jù)氧化物種的需求與分配可選擇適當(dāng)?shù)哪芰枯斎?即反應(yīng)器條件以提高污染物的降解能效。本文分別以苯酚、草酸和腐殖酸作為研究對象,考察添加表面活性劑及非表面活性劑的自由基猝滅劑對目標(biāo)污染物降解能效的影響,以及不同脈沖重復(fù)頻率條件下目標(biāo)污染物降解的不同表現(xiàn)。其中,目標(biāo)污染物的降解速率具有差異性,苯酚的反應(yīng)速率較快,草酸僅與·OH發(fā)生反應(yīng),腐殖酸的反應(yīng)速率較慢。結(jié)果表明,苯酚的氧化既有表面產(chǎn)生·OH的作用,也有溶解性臭氧通過直接氧化和分解為·OH間接氧化的貢獻;由于草酸氧化中非表面活性劑·OH猝滅劑破壞溶液中臭氧分解產(chǎn)生的·OH后,氧化能效依然2倍高于同濃度表面活性劑猝滅作用的情況,故草酸的氧化中表面產(chǎn)生的·OH有更大的貢獻;腐殖酸對氧化劑的作用不敏感,因其本身具有一定的對·OH的猝滅作用,其氧化過程僅依賴于表面產(chǎn)生的·OH。研究表明,快速的能量供應(yīng)適用于僅由自由基激發(fā)氧化的有機物,例如腐殖酸類物質(zhì);針對既可以被表面產(chǎn)生的活性氧化物質(zhì)氧化,又可以被長壽命氧化劑氧化的有機物,低脈沖重復(fù)頻率的條件更加適合。實驗結(jié)果證實了PCD的界面反應(yīng)特征,即·OH等活性氧化物質(zhì)主要產(chǎn)生且作用于氣-液界面處。以配制的硫氰化物模擬廢水為研究對象,從構(gòu)建厭氧氨氧化適配條件的目的出發(fā),考察了不同pH條件下含氮污染物經(jīng)PCD處理隨時間的動態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律,以及SCN~--N降解副產(chǎn)物(SO_4~(2-)和HCO_3~-濃度)對NH_4~+-N降解的影響,并擬合了不同條件下NH_4~+-N的降解動力學(xué)。結(jié)果表明,PCD技術(shù)利用原位產(chǎn)生的O_3和·OH能氧化包括SCN~--N和NH_4~+-N在內(nèi)的還原態(tài)含氮化合物為NO_3~--N,pH的增高有利于氧化反應(yīng)的進行;反應(yīng)過程中產(chǎn)生的SO_4~(2-)和HCO_3~-對NH_4~+-N的氧化具有顯著的抑制作用,HCO_3~-的抑制效應(yīng)要高于SO_4~(2-)。研究表明,對于高SCN~-廢水的處理,PCD技術(shù)可作為厭氧氨氧化及其配套組合工藝的預(yù)處理技術(shù),在規(guī)避毒性抑制與構(gòu)造水質(zhì)特征方面表現(xiàn)出優(yōu)越性。綜上所述,基于PCD對SCN~-的快速氨解,通過反應(yīng)條件的調(diào)控可實現(xiàn)將PCD作為預(yù)處理工藝與厭氧氨氧化結(jié)合用于總氮的去除。結(jié)合不同猝滅劑的作用,總結(jié)了污染物降解的動力學(xué)規(guī)律,并闡明氧化物種的作用及分配情況,在一定程度上闡釋了PCD應(yīng)用于水處理的普遍規(guī)律,驗證了PCD的界面反應(yīng)特征,為PCD的工業(yè)化應(yīng)用提供了理論參考。
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華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文水的預(yù)處理和深度處理工藝，也可以通過與其他技術(shù)的聯(lián)用，從而提及出水水質(zhì)，這些優(yōu)點也使得 AOPs 成為水處理領(lǐng)域的研究熱點。誘導(dǎo)自由基產(chǎn)生的機理不同，AOPs 可以分為 O3法、Fenton 氧化法、式氧化法、超臨界水氧化法等。AOPs 主要以 O3氧化法在水處理市場然而這些工藝僅僅在部分城市得到少量應(yīng)用，在水處理市場的應(yīng)用。由于 O3的產(chǎn)生與應(yīng)用會帶來較高的成本與投資，使得 AOPs 在廢水用停留在實驗室水平，O3發(fā)生器的原理在于平衡反應(yīng)“O2<=>O3”的放電條件下電離反應(yīng)的產(chǎn)物，高活性的氧化物種能量僅部分存在于合成需要氣體干燥，由于 O3的水溶性較差，導(dǎo)致在處理溶液時氣液余 O3的破壞就很有必要。

圖 1-2 脈沖放電等離子體反應(yīng)器電極簡圖：（a）液相介質(zhì)中放電；（b）氣相介質(zhì)中放電；（c）混合氣-液介質(zhì)放電Figure 1-2 Diagrammatic sketches of pulsed discharge plasma reactors: (a) liquid dischargereactor; (b) gas discharge reactor; (c) hybrid gas-liquid discharge reactor1.2.2 直流電暈放電直流電暈放電是指無脈沖的電暈系統(tǒng)通過在氣體或液體中的直流放電獲得高通量電子，從而提供用于化學(xué)氧化的活性氧化物種。與 PCD 相反，直流電暈的優(yōu)點在于它可以持續(xù)地產(chǎn)生自由基物種，但基于該特點，直流電暈放電也會消耗更多能量，并且受液體電導(dǎo)率的影響較為明顯。Sano 等人[41]設(shè)計了一種在溶液中放電的線-板式電極結(jié)構(gòu)直流電暈反應(yīng)器，溶液位于接地電極板之上，，該反應(yīng)器在負電暈電極處表現(xiàn)出極好的性能。之后，該團隊又開發(fā)出了一種線-筒式濕壁反應(yīng)器[42-44]，同樣采用直流電暈放電的方式，可以實現(xiàn)結(jié)合在氣相反應(yīng)區(qū)引入氣體吸收效應(yīng)時，能夠同時處理含酚廢水及含乙醛
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 韋朝海;;煤化工中焦化廢水的污染、控制原理與技術(shù)應(yīng)用[J];環(huán)境化學(xué);2012年10期

本文編號：2632350