酚類化合物主要來源于石油裂解乙烯、合成苯酚、聚酰胺纖維、合成燃料、有機(jī)農(nóng)藥等生產(chǎn)過程。含酚廢水是一種典型的難降解有機(jī)廢水，為當(dāng)今世界上危害最大、污染范圍最廣的工業(yè)廢水之一。其中苯酚是最簡單的酚類有機(jī)物，為酚類化合物中毒性最大，也是工業(yè)廢水有機(jī)污染物的主要組成。酚類對(duì)人體、水產(chǎn)和農(nóng)作物等都有一定的危害，美國衛(wèi)生機(jī)構(gòu)規(guī)定飲用水中酚的含量必須低于1mg/L，我國工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工業(yè)廢水中酚含量不得高于5mg/L。因此需要對(duì)含酚類廢水進(jìn)行處理，減少含酚廢水對(duì)環(huán)境的污染，降低對(duì)人類和其他生物健康的影響。
目前用于含酚類污水的處理方法主要有生化法(活性污泥法、生物膜法等)、高級(jí)氧化法(濕化催化氧化、芬頓法、臭氧氧化、等離子體技術(shù)等)，各有適用的范圍。其中等離子體技術(shù)不僅可以產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基和激發(fā)態(tài)的原子、分子等高活性粒子，這些活性物質(zhì)可使難降解有機(jī)物分子激發(fā)、電離或斷鍵國。等離子產(chǎn)生過程中還伴隨有紫外光輻射、沖擊波以及液電空化降解等物理化學(xué)效應(yīng)，這些效應(yīng)也加速了有機(jī)物的氧化降解。近年來，越來越多的學(xué)者對(duì)此技術(shù)進(jìn)行研究。本文采用電弧放電產(chǎn)生的等離子體處理苯酚廢水，考察電壓幅值、處理時(shí)間、溶液初始質(zhì)量濃度和pH值、投加Fe2+和Fe3+等因素對(duì)苯酚降解率的影響，對(duì)所得到的結(jié)果進(jìn)行了分析，研究內(nèi)容為苯酚廢水處理提供了參考。
1、實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)裝置
本實(shí)驗(yàn)整套裝置由等離子體放電電源、控制器、反應(yīng)器和輔助設(shè)備組成，如圖1所示。
1.2 實(shí)驗(yàn)試劑
實(shí)驗(yàn)試劑包括：苯酚、重鉻酸鉀、30%過氧化氫、氫氧化鈉、硫酸銀、硫酸汞硫酸、硫酸等。
主要試驗(yàn)儀器包括：BS224S電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;pHS-3CpH計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司;UV2450紫外分光光度計(jì)，日本島津有限公司;TOC-VcPH，日本島津有限公司;DDS-11D電導(dǎo)率儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司。
1.3 實(shí)驗(yàn)過程
實(shí)驗(yàn)所用水樣為分析純苯酚和純水配制的模擬廢水。采用4-氨基安替吡啉分光光度法測定溶液中的苯酚濃度，化學(xué)需氧量(COD)采用重鉻酸鉀法測定。配置一定濃度苯酚溶液20mL置于反應(yīng)器(直徑100mm，高50mm無頂蓋的圓柱狀石英玻璃皿)中，用一柱狀銅棒做高壓電極，待處理廢水做地電極。開啟氧氣瓶將氧氣注入水中，使得高壓電極處形成大量氣泡，有利于放電的產(chǎn)生。取樣測定COD的降解效率及苯酚的濃度。
2、結(jié)果與討論
2.1 反應(yīng)時(shí)間的影響
放電電壓為8kV，100mg/L的苯酚溶液，處理時(shí)間1~5min，處理效果如圖2所示。在處理過程中可以觀察到放電約1min溶液顏色發(fā)生變化變成黃色-紅色，此后顏色再轉(zhuǎn)成淡黃色。由圖2可以看出，隨著處理時(shí)間的延長，苯酚降解率增加。在處理時(shí)間達(dá)5min時(shí)，苯酚與COD可達(dá)到90%以上。由于實(shí)驗(yàn)過程中通入氧氣，放電過程中可反應(yīng)生成臭氧，臭氧與水分子作用形成過氧化氫、羥基自由基等。處理時(shí)間越長，上述氧化粒子濃度越高，因此苯酚溶液可以得到充分反應(yīng)，苯酚的處理效果較好。
2.2 電壓和時(shí)間的影響
改變放電電壓(6kV、7kV、8kV)對(duì)100mg/L的苯酚溶液進(jìn)行處理，苯酚和COD去除率見圖3和圖4。從圖中可以看出，不同電壓對(duì)苯酚的降解效果影響較為明顯。隨著電壓的提高，COD的降解率相應(yīng)提高。處理時(shí)間5min，放電電壓為8kV時(shí)，苯酚去除率達(dá)92.3%，COD去除率達(dá)91.6%。隨外加電壓升高，放電產(chǎn)生的等離子體密度也隨之增加，反應(yīng)體系獲得能量更高，放電過程產(chǎn)生產(chǎn)生的臭氧和活性自由基濃度也隨之變大，苯酚受活性粒子有效碰撞幾率增大，溶液中有機(jī)物氧化反應(yīng)速率增加，降解率隨之增高。
2.3 溶液初始濃度的影響
分別配置初始濃度為50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L的苯酚溶液，放電電壓8kV，不同濃度的處理效果如圖5和圖6所示。從圖5、6可知，苯酚的初始濃度對(duì)降解效果影響比較明顯，苯酚去除率及COD降解率隨濃度的增加先升高后降低，在濃度為100mg/L的苯酚溶液的降解效果最好。當(dāng)溶液濃度較低時(shí)，苯環(huán)與高能電子以及產(chǎn)生的活性物種碰撞而反應(yīng)的概率較小，隨溶液濃度增加反應(yīng)產(chǎn)生的中間產(chǎn)物濃度增高，濃度越大，反應(yīng)物、中間物與活性物種之間反應(yīng)幾率越強(qiáng)，從而使苯酚去除率越高。然而隨溶液濃度進(jìn)一步增加，由于等離子體密度不變，所以相同時(shí)間內(nèi)苯酚的絕對(duì)降解量降低，苯酚去除率隨之減小。因此，當(dāng)苯酚溶液濃度在一定范圍內(nèi)，苯酚溶液的苯酚降解率會(huì)提高;當(dāng)溶液濃度過高時(shí)，放電產(chǎn)生的羥基自由基、紫外光不能很好的將苯酚溶液的苯酚降解。因此，利用等離子體對(duì)苯酚的降解效果并不是濃度越低越好，亦不是濃度越高越好。
2.4 溶液初始pH值的影響
為了考察等離子體對(duì)水體pH值變化的適應(yīng)程度，在苯酚溶液濃度100mg/L時(shí)，用H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值，電壓幅值8kV，處理時(shí)間5min，不同pH值下其處理效果見圖7。苯酚和COD的降解效果隨pH的增加先提高后減小再增大，在偏酸性及堿性的條件下，處理效果最好。放電產(chǎn)生的臭氧在高pH值下可以生成更多的羥基自由基回，苯酚降解率高。由此可知，電弧放電的最佳處理有機(jī)物有一定的適用范圍。
3、結(jié)論
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電弧放電產(chǎn)生的等離子體對(duì)苯酚有較好的去除效果。初始濃度100mg/L，隨著處理時(shí)間的延長，苯酚和COD去除率逐漸增大，電壓幅值對(duì)其去除率影響較放電時(shí)間小。溶液初始濃度對(duì)苯酚去除效果影響較為明顯，濃度越大和越小，去除率越低。溶液初始pH值會(huì)影響等離子體的處理效果，偏酸性及堿性條件下有利于苯酚的降解。（來源：南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司）
