水滴诱导放电等离子体及其在布洛芬废水处理中的应用

摘要

随着药品消耗量增大和制药工业的发展，化学合成制药废水带来的环境污染问题越来越严重。制药废水中含很多难降解的药物成分，其成分复杂、化学性质稳定，表现出一定的持久性污染特性，传统污水处理厂的微生物工艺不能对其有效处理。为提高制药废水中药物成分的去除效率，本文通过改进高压液面放电等离子体的产生方式，利用放电等离子体中的活性物质处理模拟制药废水中的布洛芬（Ibuprofen，IBP），以期为含化学合成制药废水处理提供一种新思路。　　开发了水滴诱导放电等离子体装置，将待处理废水分散成水滴引入放电电极间隙，以解决传统的放电等离子体装置中大规模均匀放电等离子体难以获得以及高压电极的耐久性的不足等问题。放电图像和电气特性表明，电极间隙内的水滴对放电有诱导作用，而且水流流量越大诱导作用越明显。从放电图像上可以看到，放电通道从水滴开始向地电极发展，而不是直接发生在电极与电极之间。放电电气特性表明，电极间有水滴时能显著降低放电的起始电压，同电压情况下放电电流和放电功率明显高于无水滴的条件下的放电。水滴对放电的诱导作用归因于水滴导致的电极间电场强度的畸变，使得局部场强高于无水滴存在的情况。水滴对放电的诱导作用能够减小对电极均匀性的要求，因为均匀放电可以通过均匀布水来实现。水滴还能为电极提供保护作用，因为放电通道从液滴开始向地电极发展，而不是直接发生于高压极，能有效避免高压极被氧化腐蚀和高温烧蚀。除此之外，由于放电通道及放电产生的活性物质主要集中在水滴表面和水滴附近，活性物质的传输距离被缩短，能提高等离子体水处理的反应速率和能量效率。　　将水滴诱导放电等离子体装置用于废水中布洛芬的处理，探讨了操作条件（峰值电压、脉冲重复频率、流量、电极间距）、水质条件（电导率、初始浓度、过氧化氢投加量）对布洛芬去除率的影响。结果表明，随着峰值电压、脉冲重复频率的增加、电极间距的减小和初始浓度的降低，布洛芬的去除率增加；在初始浓度为10 mg/L、峰值电压为30 kV、脉冲重复频率为100 pulses per second（pps）、流量为1.4 mL/min、电极间距为2 cm、电导率为0.26 mS/cm时，放电处理80 min后，布洛芬的降解率达到100%。TOC分析表明， TOC的去除率明显低于布洛芬的去除率效果，经过80min的放电处理后，布洛芬去除率达到100%，而TOC去除率为46%。因此，如需彻底去除废水中的有机物，需要更长的反应时间。

目录

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第1章 绪论

1.1引言

1.2化学合成制药废水来源

1.3化学合成制药废水的处理方法

1.4等离子体技术

1.5主要研究内容及技术路线

第2章 实验方法与实验仪器试剂

2.1实验试剂与仪器

2.2实验方法

2.3分析检测方法

第3章 水滴诱导放电装置及放电特性

3.1引言

3.2水滴诱导放电反应器的构建

3.3放电特性

3.4水滴诱导放电的放电机理

3.5本章小结

第4章 水滴诱导放电等离子体处理布洛芬废水

4.1单喷口放电装置中布洛芬的降解

4.2多喷口放电装置中布洛芬的降解

4.3布洛芬的矿化度与降解能量效率

4.4本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

在学期间发表论文及参加课题情况