低温等离子体技术作为一种新型高级氧化技术,集臭氧氧化、微波辐射、紫外辐射及热解等效应于一体,具有处理效果好、无选择性、无需添加化学药剂且可以在常温常压下实现操作等优势,受到研究者的广泛关注及青睐,因而在近几十年得到了长足的发展。然而目前在低温等离子体水处理领域,其传质问题所导致的能量利用率低、能耗高是该技术的应用瓶颈。本文通过优化低温等离子体系统操作条件,分别从催化剂强化及不同气氛调节提高传质效率,从而提高低温等离子体技术降解印染废水的效能,并探讨了放电+生化组合工艺处理实际印染废水的效果,得出以下主要结论:(1)为了探讨低温等离子体技术对印染废水降解的可行性,首先研究了介质阻挡放电体系对活性艳蓝(RB-19)模拟印染废水的降解效果。主要探索了放电体系的电压、功率、活性艳蓝溶液的初始浓度、初始p H值等实验参数对介质阻挡放电降解活性艳蓝的影响,并分析检测了模拟印染废水降解后,溶液的色度、pH值、COD、TOC和紫外-可见光谱扫描等变化情况。研究结果表明:当放电电压与功率增大时,废水的降解效率提升,放电电压、功率与降解效果正相关,但并不成正比例;本实验中选取放电电压65 kV和放电功率62 W作为放电操作条件,既能保证系统的操作安全性,又能保证模拟印染废水具有较高的降解效率。在相同的放电条件下,溶液的初始浓度与降解效率负相关,初始浓度越高则降解效率越低,但活性艳蓝的绝对去除量却随着溶液初始浓度的升高而呈上升趋势。溶液初始pH值对染料降解效果的影响实验表明:酸性条件下(低pH值)该系统降解模拟印染废水的效果更佳。通过考察反应过程中活性艳蓝浓度变化与时间的关系,得出了在不同功率、不同溶液初始pH值及不同溶液初始浓度等条件下,活性艳蓝的降解都符合一级动力学方程,并分别计算了各种条件下染料降解的动力学参数。响应面分析结果显示放电功率是影响降解效果的主要因素,放电功率,溶液初始pH值和初始浓度三者之间交互作用不明显。介质阻挡放电体系对活性艳蓝溶液具有良好的脱色效果,经过10 min放电处理,溶液脱色率可达90%以上;但溶液的COD和TOC去除率相对较低,分别仅为45.06%和21.86%;同时溶液的紫外-可见全光谱扫描结果显示,虽然在594 nm处的特征峰基本完全消失,但紫外光区的特征峰值降低较少,特征峰还依然存在并保持在较高水平;说明活性艳蓝分子并未彻底降解,染料的蒽醌结构还依然存在,染料仅仅被降解为不显色的中间产物。综上所述,介质阻挡放电技术对模拟印染废水脱色效果显著,但对于模拟印染废水的矿化则显得能力不足。(2)由于介质阻挡放电体系在模拟印染废水矿化能力方面的欠缺,因此考虑将催化剂引入该体系形成催化强化介质阻挡放电体系,从而促进活性粒子的产生,提高该体系降解模拟印染废水的能力。通过文献梳理及理论分析,以钛酸正丁酯和硝酸铁为原料,采用溶胶-凝胶法制作了铁负载二氧化钛催化剂,并成功将其引入介质阻挡放电体系。探讨了催化剂的合成条件(铁掺杂量和煅烧温度)对催化剂晶相、形貌尺寸及其强化催化效果的影响,结果表明:在铁掺量为0.05%,煅烧温度为500℃条件下制作的铁掺杂二氧化钛强化效果最优。并通过x射线衍射(xrd)、扫描电子显微镜(sem)、傅立叶转换红外线光谱(ftir)和紫外-可见漫反射(uv-visdrs)等分析测试手段对优选的催化剂样品进行了表征。通过催化联合介质阻挡放电体系降解活性艳蓝废水的实验研究,明确了催化剂投量、溶液初始ph值、溶液初始浓度等因素对降解效果的影响,结果表明:最优催化剂强化了介质阻挡放电体系的去除效能,在提高模拟印染废水脱色效果的同时可以显著提高废水的矿化度。通过对降解后溶液的各项指标(脱色率、toc降解率、h2o2产率、o3产率、阴离子产量、紫外-可见全光谱扫描、红外光谱扫描、oes光谱扫描及中间产物检测)进行分析,提出该催化剂与介质阻挡放电体系的联合机制:催化剂与放电体系的联合作用可以促进活性粒子(羟基自由基等)的产生,从而强化模拟印染废水的降解过程,使模拟印染废水的toc去除率由单独放电体系的21.86%提升至了联合体系的35.82%。(3)低温等离子体技术作为高级氧化技术的集合体,在放电过程中会产生多种类型的活性粒子,臭氧(以含氧原子气体为放电气氛)是其中的重要活性物质之一。由于臭氧具有可以迅速破坏染料分子发色基团的特点,对印染废水脱色效果显著,但臭氧在低温等离子体技术处理印染废水中的贡献率尚不清楚。将三种不同气氛(氩气、氧气、空气)引入到针板放电反应器中对活性艳蓝溶液进行实验处理,出现了不同的实验现象和结果。针板放电反应器在氩气、空气和氧气气氛中稳定放电的峰-峰值电压分别为14kv、25kv和20kv,电功率分别为0.29w、1.72w和1.57w。废水最佳的脱色率在氧气气氛中获得,但最佳toc降解效果却是在氩气气氛中获得。通过监测放电过程中尾气臭氧含量发现:在氩气气氛中始终没有臭氧的产生;在纯氧气氛中,臭氧的产量随时间的延长迅速增加,放电持续30min时臭氧含量约为400ppm;在空气气氛中,有少量臭氧产生,但经过30min其含量不超过50ppm。在相同的能量密度下,三种气氛中废水脱色率的顺序为氧气>氩气>空气;ph值降低程度的顺序为:空气>氩气>氧气。产生上述实验现象的本质原因是:在不同的放电气氛中,激发产生的活性粒子种类不同。由于在脱色效果上,NOx作用最弱,羟基自由基次之,臭氧最强;因此在氧气气氛中,放电产生的高浓度臭氧是废水脱色效果显著的重要原因;而在氩气气氛中虽然没有臭氧的产生,但非选择性活性粒子(如羟基自由基,氩活性粒子等)的产率高于氧气和空气气氛,从而导致了溶液TOC的降低;空气气氛中产生的NOx(NO2、NO等)则是其pH值迅速降低的重要原因。为了考察臭氧在低温等离子体放电降解印染废水中的贡献率,建立了一维模型(COMSOL CODE),模拟了该针板反应器中仅臭氧与染料溶液的反应情况。该模型由两部分组成:第一部分确定针板放电反应器的扩散系数Dc;第二部分模拟计算臭氧与染料溶液的反应。通过模型的建立与运行,将得出的模拟结果和实验结果进行对比,结果表明臭氧对染料脱色的贡献率一直保持较高水平,大约三分之二的染料脱色率是直接由于臭氧氧化作用而导致。从而,验证了低温等离子体系统(以含氧原子的气体为放电气氛)中产生的臭氧是染料脱色的重要活性物质。(4)为了探讨低温等离子体技术处理实际印染废水的可行性,取江苏某工业园区的实际印染废水作为研究对象,考察了介质阻挡放电技术对实际印染废水的处理效果。结果表明,介质阻挡放电对实际印染废水具有一定的处理效果,经过10 min放电处理,废水脱色率和COD去除率分别为71.45%和44.42%。同时,废水的BOD5/COD值由初始的0.19增加到0.37,表明其可生化性得到大幅提高。因此考虑将该技术作为废水的前处理工艺,联合生物法进一步处理实际印染废水。为了使后续生物法对印染废水有效,将取自污水厂的活性污泥进行驯化,驯化后污泥中菌种的最优生存条件为温度35℃,pH值7,在此条件下经过8 h好氧实验,实际印染废水的脱色率及COD去除率分别为25.94%和31.07%。通过将放电技术作为前处理方法,与生物处理法相结合处理实际印染废水,可以达到良好的处理效果。结果表明,与单一生物法处理相比,介质阻挡放电联合生物法处理后的色度和COD去除率分别提高了2.43倍和1.58倍,废水的色度和COD去除率高达88.91%和80.09%,出水COD和色度分别为82 mg/L和68倍,两指标均达到排放标准。