针—板式放电等离子体修复PNP污染土壤的研究

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随着土壤环境污染问题的凸现,探求各种污染土壤修复技术已成为当今环境领域的热点研究课题。低温等离子体技术是近年来发展起来的处理污染土壤的新型技术.具有处理效率高、处理范围广、无二次污染等特点,受到越来越多的关注。本文采用典型的针-板式电极结构产生低温等离子体修复对硝基苯(p-Nitrophenol,PNP)污染土壤,实验分为两个部分,一是采用针-板式介质阻挡放电(DBD)等离子体修复PNP污染土壤,另一种是采用针-板式电晕放电等离子体修复饱和含水率为100%的PNP污染土壤。通过考察影响PNP降解效果因素,探索针-板式电极放电低温等离子体修复PNP污染土壤可行性,为低温等离子体修复有机污染土壤提供研究依据,对后续研究工作的开展起到参考作用。主要研究结果如下:(1)针-板式DBD能够在大气压下产生功率密度适中的等离子体。研究了放电电压和土壤填充对针-板式DBD反应器放电特性的影响;电参数和土壤参数对PNP污染土壤降解效果的影响。结果表明:放电电压为15kV,电源频率500Hz,电极间距为4.5mm,处理60min后,土壤中PNP的降解率达到82%,能量效率为0.020g/kWh。随着放电电压的提高,电场强度增强,提高了注入功率,PNP降解率也随之增加,放电60min,放电电压从12kV增加到18kV,降解率从74.6%提高到87.3%;土壤填充能够改变气体在放点空间的分配比例,减小气隙间距,增加电场强度,注入功率;一定范围内增加载气气量有利于PNP降解,继续增加载气气量则抑制污染;土壤修复土壤含水率为10%,PNP降解效果最好,达到82%;碱性条件和低PNP初始浓度更有利于PNP的降解。(2)研究针-板式脉冲电晕放电等离子体对饱和含水率100%的PNP污染土壤的修复,考察了放电电压和电源频率对反应器放电特性的影响和影响PNP降解效果的因素,对降解过程中产生的H202量,TOC的变化进行了分析。结果表明:针-板式脉冲电晕等离子体对饱和含水率100%的PNP污染土壤有较好的修复效果,放电电压为21.6kV,电源频率70Hz,气量0.4L/min,放电间距10mm,处理60min后,PNP降解率为86.3%,能量效率为0.20g/kWh。增加放电电压和电源频率可以提高反应器的注入功率,促进土壤中PNP的降解;载气气量为0.8L/min,降解率达到87.9%;干净的普通土壤放电H202的产生量明显高于PNP污染土壤;土壤提取液的COD值和TOC值均随着放电时间的延长而降低,实验体系对PNP降解有较高的矿化效果。
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