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低温等离子体协同絮凝剂降解垃圾渗滤液中COD

北极星环保网来源:安徽理工大学学报·自然科学版2016/12/16 15:40:31我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:垃圾渗滤液 COD 高级氧化技术

1.2实验过程及方法

220  V交流电经接触调压器、功率放大器后,分别连接至针板式反应器的中心铜针和底部铝网上。水样置于反应器中,反应器上端接冷凝回流管,下部放置磁力搅拌器。整个放电体系的电功率用接触调压器之前的功率表测量,放电电压由高压探头和示波器测量,实验装置如图1所示。

实验前调节铜针针尖与液面距离约8  mm,以保证良好的放电效果。调节磁力搅拌器转速确保搅拌时不会在液面形成明显的漩涡凹面。在放电过程中,阴极和阳极之间的放电空间产生高能电子,同时在放电过程中还会向水体中辐射紫外光与其他活性基团协同降解渗滤液中的有机污染物[12]。COD降解率计算公式为COD降解率=(COD0-CODi)/COD0,其中COD0  和CODi分别为未经处理的原水样和实验测试COD值。

2.结果及讨论

2.1放电时间对COD降解率的影响

垃圾渗滤液水样50 mL置于等离子体反应器中,放电电压135 kV,连续放电10 h。垃圾渗滤液COD降解率随放电时间变化如图2所示。

放电时间/h

放电30 min后,渗滤液的COD浓度上升了247%;继续放电COD浓度开始下降,1~6 hCOD降解速率最快,COD降解率从131%上升至5523%;6  h之后继续放电,COD降解速率变缓,从5523%上升至6206%。反应初期渗滤液中的大分子有机污染物(例如多环芳烃)在等离子体活性基团作用下开环断键,形成新的可化学氧化的小分子有机污染物,表现为COD上升[13],所以在初始阶段COD降解率为负值。随后小分子有机物在等离子体作用下不断被氧化分解,COD降解率不断上升。继续放电COD降解率上升速度减弱,放电6h之后曲线趋于平稳,说明渗滤液中可被等离子体降解的有机物含量逐渐减少。

2.2 放电电压对COD降解率的影响

取50 mL垃圾渗滤液于等离子体反应器中,放电电压变化范围99~153 kV,放电时间4h。COD降解率随放电电压变化规律如图3所示。

放电电压/kV

放电电压从99 kV升至153 kV对应的COD降解率从2718%升至4608%。

在相同的处理时间内,COD的降解率随放电电压升高而升高。放电电压较低时,在单位空间内产生等离子体活性基团密度较低,所以单位时间内被活性基团氧化的有机污染物的量较少。随着放电电压升高,单位空间内等离子体密度上升,相同时间内被氧化的有机污染物总量上升,表现为COD降解率升高。从图3中可以发现,放电电压在135  kV之后,COD降解率曲线斜率逐渐下降,说明放电空间的等离子体密度已趋于饱和,继续增大电压COD的降解率上升并不明显,在本实验中13~14  kV是较为理想的放电电压。

2.3 输入功率对COD降解率的影响

反应器放电电压不同系统的电能消耗不同。放电电压变化范围99~153 kV,连续放电4 h,对应的系统总功率与COD降解率变化曲线如图4所示。

总功率/W

由图4可知,在放电时间相同条件下,COD降解率随放电系统总功率增大而上升,但是总功率大于325 W,曲线斜率降低,  COD降解率上升幅度不明显。增大功率可提高单位体积内的等离子体密度,但当等离子体密度达到饱和时即使再继续增加功率COD降解变化也基本趋于稳定。

2.4 絮凝剂协同作用对COD降解率的影响

取垃圾渗滤液水样50 mL置于等离子体反应器中,放电电压135 kV,放电时间4h。选取碱式氯化铝(PAC)为絮凝剂,单位体积渗滤液中PAC的投加量为60  mg/L,絮凝剂不同的添加顺序对COD降解率影响如表1和图5所示。

将低温等离子体和絮凝沉淀这两种单一处理方式进行比较,直接添加PAC的去除效果优于低温等离子体放电4h的COD去除效果,并且处理时间更短。在絮凝沉淀过程中,通过电中和、吸附架桥、絮体卷扫等过程,将渗滤液中的有机污染物从液相转移至固相,实现了污染物相间转移,但是并没有将污染物净化。将低温等离子体和PAC进行组合,利用絮凝沉淀和吸附作用,快速将有机污染物捕捉分离,提高体系的净化效率,其处理效果优于单一处理方式。放电前投加絮凝剂,可有效降低等离子体的净化负荷,提高净化效率,对COD的降解效果与单独使用等离子体技术在相同电压下处理5~6  h的效果相当。在放电后投加絮凝剂的效果优于放电前投加絮凝剂的效果,渗滤液中大分子有机污染物被等离子体打碎成小分子有机污染物,更易于被絮凝剂吸附去除[11]。采用絮凝沉淀+低温等离子体+絮凝沉淀的处理方式,其处理效果优于上述单一或组合的处理方式,其处理效果与单独采用等离子体技术在相同电压下处理7~8  h的处理效果相当。

3结论

1) 低温等离子体可以有效降解垃圾渗滤液中的COD。放电初期COD浓度短暂升高,继续放电COD浓度降低。本实验放电电压135 kV条件下,放电6  h后COD降解变缓。

2) 在反应器结构不变情况下,提高放电电压可提高有机污染物降解率。但当等离子体密度饱和后,继续提高放电电压COD降解率变化不明显。

3) COD降解率初始阶段随输入总功率增加而上升,当COD降解率达到最大值后(本实验对应总功率325 W),继续增大总功率COD降解率上升不明显。

4) 低温等离子体协同絮凝作用降解效果优于单一处理方式,可提高净化效率和系统输入电能能量利用率。

延伸阅读:

北京阿苏卫垃圾填场垃圾渗滤液深度处理中试报告

垃圾渗滤液处理的5个问题和3个发展方向

垃圾渗滤液处理流程说明及应用

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