垃圾滲濾液的褪色處理裝置設(shè)計(jì)

趙迪　王達(dá)成　簡(jiǎn)民　劉偉　覃傳寧

摘 要：低溫等離子體具有很強(qiáng)的降解能力，因此成為各國(guó)水處理技術(shù)的研究熱點(diǎn)。大氣壓DBD等離子體能降解有機(jī)廢液，它的處理效率高，操作簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，是一項(xiàng)環(huán)保技術(shù)。我們?cè)O(shè)置一個(gè)新的DBD放電裝置并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察DBD的放電過(guò)程以及褪色處理的效果，再利用發(fā)射光譜法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，探究等離子體脫色處理的主要作用粒子。實(shí)驗(yàn)中我們選用的是工作氣體是空氣，產(chǎn)生DBD放電時(shí)，空氣中的氧和氮被激發(fā)產(chǎn)生等離子體，等離子體降解了廢液中的有機(jī)物，使其達(dá)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(guān)鍵詞：大氣壓DBD等離子體；DBD放電；滲濾液；放電波形；發(fā)射光譜法

水體中的有機(jī)物由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以溶解性很差，傳統(tǒng)的處理技術(shù)工藝非常困難，而且降解效果不顯著。針對(duì)處理技術(shù)工藝難這一問(wèn)題，目前高級(jí)氧化技術(shù)（AOP）備受關(guān)注，其中高級(jí)氧化技術(shù)中的低溫等離子體氧化法應(yīng)用廣泛。低溫等離子體含有高活性粒子，會(huì)破壞有機(jī)分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵斷裂、發(fā)生物理化學(xué)效應(yīng)。因此低溫等離子體處理廢水技術(shù)是目前處理難降解廢液的有效辦法，對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)起了積極的促進(jìn)作用[1-5]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)及分析

為了提高垃圾滲濾液的褪色效果，維持DBD放電的穩(wěn)定性以及能耗的問(wèn)題，我們中心使用了三電極的結(jié)構(gòu)并使用電解液作為負(fù)極。如圖1所示，由于石英玻璃具有耐高溫、膨脹系數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐熱震性，除氫氟酸、熱磷酸外，對(duì)一般酸有較好的耐酸性，尤其是絕緣性能良好，并能透過(guò)紫外線和紅外線等優(yōu)點(diǎn)，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(fā)生裝置，實(shí)驗(yàn)裝置包括兩個(gè)石英管，最內(nèi)層是內(nèi)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(nèi)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(shí)驗(yàn)時(shí)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(nèi)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(jìn)液體口輸入，可以選擇自來(lái)水或電導(dǎo)率好的溶液，例如KCl溶液，NaCl溶液等。工作氣體空氣由進(jìn)氣口通入，氣流量大小通過(guò)一個(gè)氣體流量計(jì)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(diào)（CTP-2000K，coronalab），最內(nèi)層的石英管壁（厚度為1.5mm）做為阻擋放電的介質(zhì)，在最內(nèi)層的石英管內(nèi)部鎢棒的周圍就會(huì)產(chǎn)生放電細(xì)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中，觀察被處理液體的顏色變化并用照相機(jī)拍攝記錄下來(lái)，比較不同時(shí)段的褪色處理效果測(cè)量了其光譜及放電特性分析，并且利用測(cè)量的等離子體光譜分析使?jié)B瀝液脫色的作用基團(tuán)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

目前對(duì)垃圾滲瀝液的處理主要有：北京高碑店及天津紀(jì)莊子等大型城市污水處理廠采用的傳統(tǒng)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(qū)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(xiàn)階段的大部分處理方法都存在著處理費(fèi)用昂貴，效率低，有二次污染等缺點(diǎn)。

本文利用大氣壓下介質(zhì)阻擋放電等離子體對(duì)垃圾滲瀝液以及屠宰場(chǎng)廢水進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)中取500ml垃圾滲濾液原液作為處理對(duì)象進(jìn)行處理，將放電氣體通入等離子體發(fā)生器內(nèi)，調(diào)節(jié)氣體流量，持續(xù)穩(wěn)定再放電。觀察隨著電學(xué)參數(shù)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(dāng)輸入電壓達(dá)到17KV時(shí)，電極上開(kāi)始出現(xiàn)了藍(lán)紫光。用示波器采集DBD放電比較穩(wěn)定的布滿全部的放電區(qū)域時(shí)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(dāng)我們繼續(xù)加大電壓時(shí)，當(dāng)輸入電壓達(dá)到38KV，明顯的可以從裝置上看到電極間隙上布滿紫藍(lán)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(wěn)定的布滿全部的放電區(qū)域時(shí)的電極兩端電壓和回路電流波形。這時(shí)電流電壓波形十分規(guī)則，電流的波形在每一個(gè)周期都有多個(gè)強(qiáng)度不同的切持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的電流脈沖，并且重復(fù)性好，每次都出現(xiàn)在相同的位置。電流脈沖持續(xù)時(shí)間達(dá)到微秒量級(jí)，這樣的持續(xù)時(shí)間大于絲狀放電的納秒量級(jí)，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(dāng)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(jié)論

介質(zhì)阻擋放電穩(wěn)定，能產(chǎn)生較大面積的放電等離子體粒子，從而激發(fā)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(wú)二次污染、可在常溫常壓下進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)。DBD等離子體技術(shù)是一種有效的處理有機(jī)廢水的新方法。增加工作電壓能使?jié)B濾液的褪色效果更加明顯，工作電壓增大，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的等離子體粒子增加，使?jié)B濾液中的有機(jī)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(gè)飽和度，當(dāng)我們通入工作氣體流量達(dá)到75ml/s時(shí)，滲濾液的褪色效果不但沒(méi)有增加，反而有下降的趨勢(shì)，氣流量大導(dǎo)致活性粒子與滲濾液的接觸時(shí)間減少。

參考文獻(xiàn)

[1]高 航，徐宏勇，劉勇弟. 白腐菌附著式生物膜反應(yīng)器處理垃圾滲瀝液技術(shù)研究. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24（2）：309-314

[2]王宗平，陶濤，金儒霖.垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液處理研究進(jìn)展.環(huán)境科學(xué)進(jìn)展，1999，7（3）：32-39

[3]金鵬康，王曉昌，王洪波，等.水中腐殖酸的臭氧特性研究.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，32（4）：334-337

[4]高甲友.超聲技術(shù)降解水溶液中甲基紫.水處理技術(shù)，2003，29（6）：352-353

[5]全志英，隋儒楠，陳軍，等. 反滲透法處理城市生活垃圾滲瀝液探討. 環(huán)境科學(xué)與管理，2006，31（2）：104-105