脉冲电晕放电等离子体耦合土壤颗粒去除水中盐酸四环素的研究

发布时间：2020-09-18 14:31

　　抗生素是目前世界上生产量和使用量最大的药物之一,四环素类抗生素作为其中的典型代表被广泛应用于临床医疗和畜牧养殖等行业。由于抗生素废水中含有大量的有毒有害物质且具有抑菌性,传统的废水处理方法往往不能达到理想的效果。作为一种新型的高级氧化技术,脉冲电晕放电等离子体(PCDP)在水处理领域一直备受关注,它具有操作简单、去除效率高、无选择性、无二次污染等特点。但是长期以来,能量利用效率低一直是该技术难以克服的瓶颈。为此,有学者将PCDP和其它方法进行了联用,其中,将PCDP技术与吸附法相结合是一种行之有效的废水处理方法。土壤作为自然界中最广泛存在的物质之一受到了众多学者的关注。由于土壤表面含有丰富的官能团且具有一定的孔隙结构,使得它成为一种廉价易得的吸附剂。基于此,本研究将PCDP技术与土壤颗粒(Soil particles,SPs)吸附相结合用于废水中典型抗生素—盐酸四环素(Tetracycline hydrochloride,TCH)的处理。围绕PCDP耦合SPs(PCDP/SPs)体系,对其特性和TCH的去除效果展开研究,探讨了TCH在耦合体系中的降解过程和机制,得到如下结果:1.通过考察PCDP/SPs体系中的活性物种、放电状态和SPs的理化性质,分析了PCDP与SPs间的相互作用。结果表明,加入SPs可以显著提高PCDP的放电状态,延长等离子体通道的寿命,提高活性物质的生成浓度;PCDP放电对SPs的比表面积、阳离子交换量和有机质含量等物理性质影响不大,而对SPs的化学性质有一定影响,经过放电处理后SPs表面官能团发生了微弱的变化。2.对比了PCDP放电体系、SPs吸附体系和PCDP/SPs体系去除水中TCH的效果,结果表明,投加SPs可明显提高PCDP去除TCH的去除效果和能量利用率。加入SPs可在SPs表面及毗邻区域营造一个高浓度TCH环境,增加脉冲放电产生的活性物质的浓度和TCH分子的碰撞几率进而提高TCH的去除率。3.考察了SPs参数、电气参数、溶液参数等因素对PCDP/SPs体系去除TCH的影响,研究了PCDP/SPs体系对水中TCH的降解特性。结果表明:SPs类型对TCH的去除效果有很大影响,陕西的X土(LS)对TCH去除效果最好,其次是吉林的黑土(BS),湖南的红壤(RS)最差;SPs粒径越小,TCH的去除效果越好;提高脉冲峰值电压和脉冲频率有利于TCH的降解;增加溶液初始浓度和电导率不利于TCH的降解;SPs质量对TCH的去除有显著影响,但添加过量SPs后对TCH去除率影响不大。4.通过分析PCDP/SPs体系内活性物质的变化和TCH的降解产物发现:·OH和O_3在TCH降解的过程中起到了重要作用;溶液中的TCH被彻底降解,富集在SPs表面的TCH也被去除;TCH在体系中的物理、化学等效应作用下首先转化为小分子有机物,然后进一步被降解为NO_3~-、H_2O和CO_2等无机小分子物质。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703
【部分图文】：

示意图,实验装置,示意图,放电状态

2.1 引言PCDP 作为一种高级氧化技术，其中涉及了多种物理化学反应，被广泛应用于废水的处理。但是在降解污染物的过程中 PCDP 的能量效率低限制了该技术的发展。为了解决这个问题，本研究将 PCDP 和 SPs 吸附相结合用于有机污染物的处理。正如前文提到的，PCDP 的放电状态对污染物的去除效果有很大影响，而吸附剂的理化性质可能受到 PCDP 放电过程的影响。为了探究 PCDP 耦合 SPs 的特性，分析投加SPs 后 PCDP 放电和 SPs 间的相互作用，对污染的降解提供一定的理论依据，本章对比了投加 SPs 前后 PCDP 的放电状态和主要活性物质的生成情况；对 PCDP 放电前后 SPs的物理化学性质做了分析，为进一步研究 PCDP 耦合 SPs 降解污染物提供基础。2.2 实验部分2.2.1 实验装置本研究实验装置由脉冲电源、反应器和电气监测系统三部分组成，实验装置示意图如图 2-1 所示。

示意图,针电极,接地电极,高压电极

第二章 PCDP 耦合土壤颗粒（SPs）水处理系统的特性研究反应器中采用的反应器结构示意图如图 2-2（a）所示，反应器主体由圆 80 mm，高 150 mm）制成。反应器针电极为高压电极，由 7 根成，针电极裸露在溶液中的部分长 10 mm，其在有机玻璃板上的所示。接地电极由直径为 60 mm 厚度为 2 mm 的不锈钢钢板组。实验过程中向反应器中通入 6 L·min-1的空气，由反应器底部

体系,放电处理,放电状态,通道

图 2-4 PCDP 体系（a）和 PCDP/SPs 体系（b）的放电状态（放电处理 10 min）Fig. 2-4 The image of discharge state in the PCDP system (a) and PCDP/LS system (b) (10min of treatment)图 2-5 PCDP/SPs 体系中等离子体通道的分析：SPs 表面电荷的分布（I）；不同体系中等离子体通道(Ⅰ)(Ⅱ)

【参考文献】