电磁耦合型低频感应无极灯降解水中有机污染物的研究

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近几年来,光降解作为一种高级氧化法,由于具有诸如氧化能力强、无选择性、无后续污染等优点,因此经常被研究用于污染物的降解处理。无极灯作为一款新型的光源以其寿命长、光效好、结构方便等成为目前新型光源的研究热点。现有的关于无极灯在污染物处理领域的应用报道基本上使用的都是在微波激发下的高频无极灯(频率>2GHz),改变的参数仅限于填充气体组分和压力,从而达到改变光谱提高处理效率的目的,而没有在能源转换和结构上进行改进,大部分的能耗都没有得到有效利用。本研究选取一种新型的低频电磁感应耦合型无极灯(LFEL)作为新型光源,在不加入任何催化材料的条件下,研究其对于水中有机污染物酸性橙7(AO7)和四环素的降解能力,并探索和讨论了主要影响因素和降解机理。本论文通过自制的反应装置,以无极灯光源为主要处理手段,引入曝气为辅助技术,以典型偶氮染料酸性橙7和抗生素四环素为主要降解对象,研究其在水相环境下LFEL对于这些有机污染物的降解效果,详细考察主要影响因素,探讨了将LFEL作为新型光化学光源发生系统在实际处理有机废水工艺中的可行性。主要内容归纳如下:(1)以40W低频无极灯为光化学光源,采用自制的有机玻璃材料制作了反应器主体,并配套了常用曝气装置,曝气流量可调,且装置设置有调节高度性能。反应器采用浸没式的反应方式,使待反应溶液与无极灯完全接触;同时,内置功率相似的常用光源紫外汞作为对比观察。曝气管均匀分布于整个装置的底部,采用微孔曝气(φ0.02-0.05mm)的方式,气流同时达到搅拌、充氧和冲刷的目的。无极灯光源为连续光谱光源,有从紫外到可见的发射光,紫外包含全波段连续光谱,在246、310、361.7、401.6、432.2nm等紫外近紫外段有较为突出的强度峰,这些特征是由LFEL灯的内部参数如填充气体、气压、微量金属物,频率转换器的电气参数等决定的。(2)当反应条件为:曝气量为2m3/min,反应器有效体积7L,初始pH值7.0±0.5,采用40W无极灯时,降解20 mg/L的A07,240 min后降解效率达到94.1%,TOC去除率达到71.9%,在相同条件下单独开启紫外汞灯,相同时间和曝气的条件下其降解率为21%,TOC去除率为16.3%,表明LFEL光源装置在降解染料中有着独特的效果,远远超过普通的紫外汞灯。当开启LFEL达到60min时,最高检测到有2.67mg/L的臭氧存在于水中,这是本反应间接降解过程中主要的活性氧的提供载体。GC-MS检测显示,反应最终生成了诸多的小分子碎片。淬灭效果表明,1O2和·O2-为本反应的主要活性氧物质,羟基自由基几乎不起作用。(3)当以四环素为降解对象时,LFEL光源装置依然能够很好的降低水中的四环素含量,曝气量为1.5m3/min,反应器有效体积7L,初始pH值7.0-±0.5,采用40W无极灯时,降解20 mg/L的四环素,240 min后降解效率达到91.3%,碱性条件下对于反应有促进作用,pH=11时降解率最高可达95.2%。H202的加入可以提高反应的反应速率,当H2O2的浓度达到5.28mmol/L时,仅需120min左右即可达到98.3%。(4)当使用LFEL作为光源降解有机物时,四环素达到15mg/L以上时会产生不溶物析出现象,这些不溶物会经过水中的微孔曝气带到水面发生气浮现象,形成浮渣。以50mg/L四环素为例,最终析出的浮渣干重达到四环素总重量的38.4%,TOC的去除也上升到76.6%。
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