高压脉冲放电等离子体处理有色染料

高压脉冲放电等离子体处理有色染料

摘要：为了满足有色染料难降解的特殊处理要求，研究建立了多针-板电极的高压脉冲放电等离子体体系，以酸性大红作为有色染料的代表，进行脱色。其脱色率随着电压上升、电极间距缩小，电极数量的增大而升高。

关键词：高压脉冲放电?多针-板电极?酸性大红?脱色

目前，我国的染料产量为每年42万?t，居世界第一位。染料废水是工业生产发生量最大、危害严重且难以治理的三大废水之一[1]。染料废水中污染物具有色度深，COD浓度高，有机污染物难生物降解甚至具有毒性和致癌性等特点[2]。近年来，出现了一些以产生氧化自由基为主的高级氧化水处理技术，脉冲放电等离子体处理技术就是其中一种[3]。高压脉冲放电水处理技术以占地面积小、高效、无二次污染、使用能源清洁、处理对象无选择性而有明显的优越性。被认为是21世纪废水处理最有发展前途的技术之一[4]。该文采用针板式电极高压脉冲放电等离子体处理模拟酸性大红染料。

1 试验部分

1.1 试验装置

试验装置由针板式反应器、脉冲电源、火花开关系统组成。高压脉冲反应器采用有机玻璃制造，内径100?mm，高度150?mm，反应

器电极形式为针板式，选用3?mm厚的不锈钢板作为接收极。反应器器壁有进出气口和进出水口，反应器两端的放电极与接收极通过1个法兰结构与反应器主体相连，而且可以上下调整放电极与接收极的距离。

1.2 有色染料制备

用分析纯酸性大红和去离子水配制模拟废水，

1.3 去除率公式

通过分光光度计测试在不同条件、不同时间下处理后的甲基橙溶液的吸光度，再根据下面的公式计算出这个酸性大红溶液的脱色率（ρ）。

2 结果与讨论

2.1 酸性大红浓度对去除率的影响

反应器安装三个针板式电极，电极间距调整为3?mm，频率设定为25?Hz，在启动电源后将电压迅速增加到30?kV。选取配制好的10、20、40、60、80?mg/L的酸性大红溶液各100?mL。处理10?min后停止放电，分别取样测试吸光度计算脱色率（图1）。

结果表明，随着放电时间的增加，各初始浓度下的脱色率逐渐降低。随着染料初始浓度的增大，实际降解染料分子的数目在增加，但是染料分子的量超过了脉冲放电体系中产生的自由基数目，染料降解率呈下降趋势，初始浓度越小，降解速率越快，初始浓度为10?mg/L 的酸性大红溶液的色度去除率在10?min达到67%，而初始浓度为80?mg/L的酸性大红溶液的色度去除率在10?min的只达到38%。初始酸性大红染料的质量浓度越低，染料的脱色速率越快，电晕放电产生的臭氧利用率越高，其相对色度去除率虽然高，但绝对色度去除率随初始浓度的降低而降低。

2.2 脉冲频率对去除率的影响

在脉冲电压为30?kv，电极间距为3?mm，安装三个针板式电极，考察脉冲频率分别为5、10、15、20、25Hz时放电体系对染料废水的脱色效果（图2）。

结果表明在本反应体系中，脉冲频率的变化对染料废水的脱色效果影响显著，随着系统脉冲频率的增大，传入脱色反应体系的总能量也必将增大，单次放电的能量随之增加，从而导致有机染料废水的脱色率增大[5]

2.3 电极间距对去除率的影响

选取3份10?mg/L的酸性大红溶液各100?mg/L，电极数量为三

个针式电极，放电时间为30?min，输入电压为30?kV，放电频率为25Hz，改变针式电极的距离为、3、5?mm，测试3份样品的吸光度，计算脱色率（图3）。

随着放电距离的减小，酸性大红溶液的脱色率逐渐提高，这是因为针板电极间距太小时，容易发生溶液击穿，使得活性物质的浓度大大降低，能量的利用率下降，从而导致脱色效率的提高。

2.4 电极数量对去除率的影响

选取五份10?mg/L的酸性大红溶液各100?mL，电极间距为3?mm，放电时间为10?min分钟，输入电压为30?kV，放电频率为25?Hz，改变针式电极的数量，测试五份样品的吸光度，计算脱色率（图4）。

电极数量的增加也影响到酸性大红溶液的脱色率，但是并非直线关系，主要由于实验的条件以及仪器的精密程度，电极在放电过程中出现损耗，多个电极情况下不会出现所有电极同时放电的情况，而且多电极的放电的范围也比单一的放电极要好，也有可能对有色染料的净化产生好的影响。

3 结语

采用针-板式高压脉冲放电等离子体技术处理含偶氮染料酸性大红的模拟废水，当废水投加量为10?mL，脉冲频率为25?Hz，电极间距为3?mm，电极数量为3，反应时间为30?min时，酸性大红染料的脱色率为78%。

针对高压脉冲放电技术进行了初步的研究，找到了一些影响处理效果的主要因素，得到了一些基本结论。但就应用技术本身来讲，脉冲放电法目前还不完全成熟，如何提高能源利用率以及减少高压脉冲

放电的成本，设计出一种耐高温、耐腐蚀、可以长时间工作的电极，仍是我们需要继续探索的方面。

参考文献

[1] 许开，彭会清，董冰岩.高压脉冲放电等离子体处理活性红X-3B染料废水[J].化工环保，2011（3）.

[2] 张波，杨峰，王成敏，等.高压脉冲放电处理KN-B染料废水的试验[J].江苏大学学报（自然科学版），2003，30（4）.

[3] 李胜利，李劲，王泽文，等.脉冲电晕放电对印染废水脱色效果的实验研究[J].环境科学，1996，17（1）.

[4] 刘芳，黄海涛.高压脉冲放电等离子体水处理中的放电方式及其应用[J].工业安全与环保，2006（7）：32-37.

[5] Muhammad Arif Malik，Ubaid-ur-Rehman，Abdul Ghaffar，et al.Synergistic effect of pulsed corna discharges and ozonation on decolourization of methylene blue in water[J].Plasma Sources Science and Technology，2002（11）：236-240.

[6] 许开，余丽萍.高压脉冲处理活性蓝染料KN-R废水的研究[J].纺织科技进展，2011（2）.

[7] Dong Bingyan，Li Jie，Wu Yan，et al.Experimental study of secondary streamer energy in pulsed corona