低溫等離子體與污廢水處理

袁子越

摘 要 低溫等離子體治理污廢水效果好，能耗低，不需要投加化學(xué)試劑，逐漸成為污廢水治理的熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)綜述了低溫等離子體，低溫等離子體處理機(jī)理，發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 低溫等離子體 污廢水處理 機(jī)理研究

中圖分類號：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

根據(jù)2014年中國環(huán)境狀況公報(bào)：全國423條主要河流、62座重點(diǎn)湖泊（水庫）的968個(gè)國控地表水監(jiān)測斷面（點(diǎn)位）開展了水質(zhì)監(jiān)測，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ類水質(zhì)斷面分別占3.4%、30.4%、29.3%、20.9%、6.8%、9.2%，水質(zhì)惡化情況嚴(yán)峻，尤其是各大流域的市級與三級支流的黑臭問題更加突出，且劣化程度逐年提高，黑臭河治理成為“十三五”的重要任務(wù)。

近年來高壓脈沖放電等離子體放電技術(shù)用于污廢水環(huán)境治理的研究工作在國內(nèi)外興起，并且各所高校大學(xué)生也逐漸參與到低溫等離子體的研究中，因?yàn)榧杂苫趸?，高溫?zé)峤到?，高能電子轟擊，臭氧氧化，紫外光降解，光化學(xué)氧化等多種作用，成為一種新型的水處理高級氧化技術(shù)，通過對低溫等離子體反應(yīng)器的介紹，以及處理先例的探討，尋求該技術(shù)新的改進(jìn)措施以及研究方向和任務(wù)具有重要意義。

1低溫等離子體

等離子體是由部分電子被剝奪后的原子及原子，分子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)粒子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，整體呈中性的物質(zhì)狀態(tài)，因其具有電子，正離子，負(fù)離子，激發(fā)態(tài)的原子或分子以及光子六種典型的粒子，而是一種很好的導(dǎo)電體，被稱為繼“固態(tài)”，“液態(tài)”，“氣態(tài)”后的“物質(zhì)第四態(tài)”。

等離子體根據(jù)其體系的能量，溫度，離子密度的不同，通常分為高溫等離子體和低溫等離子體。高溫等離子體的各種粒子的溫度幾乎相同，電離度接近1，并且體系處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，而低溫等離子體處于熱力學(xué)非平衡狀態(tài)，各種溫度不相同。低溫等離子體雖然電子溫度高但它在常溫下發(fā)生的等離子體，且不需要真空設(shè)備，能得到比較穩(wěn)定的放電狀態(tài)，被用于很多生產(chǎn)領(lǐng)域。

2處理機(jī)理

目前，水中的有機(jī)物有多環(huán)芳烴，多氯聯(lián)苯，甲醛，有機(jī)氯農(nóng)藥，苯胺類化合物，印染廢水等難生物降解有機(jī)物。

在水溶液中，臭氧同污染物的反應(yīng)機(jī)理包括直接反應(yīng)（臭氧與有機(jī)物直接反應(yīng)）和間接反應(yīng)（臭氧分解產(chǎn)生·OH，·OH同污染物進(jìn)行氧化反應(yīng)），還可經(jīng)過水中溶解物誘發(fā)產(chǎn)生一系列自由基如·O，·O ，·HO2，·OH等，與有機(jī)物進(jìn)行自由基反應(yīng)。O3能降解多種難生物降解有機(jī)物，特別是對染料分子的助色基團(tuán)和發(fā)色基團(tuán)有良好的選擇性和氧化性，因此特別適用于印染廢水的處理。

（3）紫外光的光解作用

污廢水中的有機(jī)物吸收紫外線，進(jìn)入激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)分子返回基態(tài)所放出的能量使其分子鍵斷裂，生成相應(yīng)的游離基或離子，再與氧氣和水生產(chǎn)新的物質(zhì)。紫外線被等離子體通道周圍的液體吸收后，促使水中的溶解氧產(chǎn)生激發(fā)態(tài)氧原子和有機(jī)自由基作用，從而誘發(fā)有機(jī)污染物質(zhì)的降解反應(yīng)。

武海霞等通過采用上述介質(zhì)阻擋放電的方式處理苯胺，研究了各種影響因素的處理效果，結(jié)果證實(shí)，在一定條件下，苯胺的去除率達(dá)89.96%，類似的處理廢水的研究還有袁渭軍等利用低溫等離子體法處理鍋爐EDTA清洗廢水實(shí)驗(yàn)研究中表明，當(dāng)放電功率為15KW，電極間距為5mm時(shí)，可使電廠鍋爐EDTA清洗廢水COD降解率70%以上，色度去除率90%以上。由此看出低溫等離子體處理廢水效果顯著。

3不足以及發(fā)展趨勢

通過以上的介紹可以知道低溫等離子體水處理的核心問題為放電反應(yīng)器的選擇，雖然相比較于其它處理技術(shù)，該技術(shù)更環(huán)保，更便捷，并且有較為理想的成果，但是能量利用率仍然有待提高，電極間存在腐蝕，放電穩(wěn)定性差。這些直接影響該技術(shù)的運(yùn)行成本以及處理效果，因此在致力于重點(diǎn)研發(fā)高效低能的電極結(jié)構(gòu)，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)良的反應(yīng)器，盡可能的降低外加電源功率，這樣不僅易于產(chǎn)生放電等離子體而且能夠提高經(jīng)濟(jì)效益。

4結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，帶來了一系列的水環(huán)境問題，水生態(tài)受損嚴(yán)重，環(huán)境隱患多，飲用水以及污廢水排放等問題十分突出，不利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。雖然低溫等離子體技術(shù)仍存在不足，但其在廢水處理中克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)方式的不足，也有較好的處理效果，因此要促進(jìn)和引導(dǎo)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，并且讓社會(huì)各界人士了解這項(xiàng)技術(shù)十分必要，對實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)黑臭河的治理具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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[2] 武海霞，徐炎華，方志，等.大氣壓介質(zhì)阻擋放電降解水中苯胺[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35（6）：1671-7627.

[3] 袁渭軍，張文治，等.低溫等離子體法處理電廠鍋爐EDTA清洗廢水實(shí)驗(yàn)研究[M].水處理技術(shù)，2015，41（6）：1000-3770.