等离子体技术在废水处理中的应用

等离子体技术在废水处理中的应用

戴双建

广东莞绿环保工程有限公司广东东莞523170

摘要：炼化装置含油污水排放过程中会逸散出少量含苯系物VOCs气体，湿度大、恶臭明显、难治理，极大地影响了环境和操作人员的职业健康安全。

关键词：VOCs;低温等离子体;分解;含油污水;苯系物;防爆

引言

在我国社会经济不断快速发展的同时，也伴随着出现了日渐严重的环境污染问题，其中水污染问题尤其严重，对人类的身体健康构成了严重威胁。在废水处理方面，常用技术有物理技术、化学技术等，各个处理技术均有其适用范围以及应用优势，但是，对于有害废水中难以降解的废弃物，处理效果不佳。废水处理高新技术不断涌现，其中，等离子体技术的环境保护效益比较高，在含有大量有毒有害物质废水处理方面，具有明显的应用优势，因此，亟需对其应用要点进行深入研究。

1等离子体相关概述

等离子体废水处理技术被广泛应用于工业废水处理中，其应用原理为大气压等离子体射流以及介质阻挡放电等，对于高难度降解废水，比如纺织印染废水、生物医药废水、垃圾渗滤液、高难度煤焦化废水等方面，另外，其已经被扩展应用于医疗机构废水处理中，同时在一定程度上也应用到了生态水体的修复中。等离子体处理技术与传统废水处理工艺相比，有着非常明显的应用优势，重点体现在以下几个方面：（1）有些废水降解难度比较大，并且废水中含有复杂的有机分子，而等离子体技术科应用高浓度羟基自由基以及臭氧等强氧化性产物对其进行降解，废水处理效果较好。（2）对于废水中的污染物去除效率比较高，可有效提升COD去除率，同时还具有杀菌、消毒、脱色等效果。（3）在等离子体技术的应用中，可避免造成二次污染，废水中的污染物经过强氧化作用后，即可降解为CO2、H2O等无害无机物，在处理过程中不会产生污泥，可避免对环境造成二次污染。（4）废水处理装置的占地面积比较小，反应速度快，并且只需进行常温常压操作。

2等离子体处理印染废水反应器

2.1电晕放电反应器

利用脉冲电晕放电使有机染料褪色，通过静电火花间隙开关，使用一个电容器(1nF)放电电路产生高压脉冲。峰值电压和重复频率分别为14~18kV和170~600Hz。反应器有两个部分，即静电雾化部分和电晕放电部分。静电雾化部分由皮下注射针喷嘴和环形电极组成。喷嘴电极和环形电极分别连接到直流电源和地电极。喷嘴的外径为0.53mm，接地环形电极的内径为30mm。喷嘴尖端和环形电极之间的距离为15mm。电晕放电部分由方形的线电极(1×1mm2)构成，该电极放置在不锈钢网(2×2mm2)圆柱电极的中间，电极分别连至脉冲电源和地电极。网状圆柱电极的垂直高度为60mm，反应器(有机玻璃管)的长度和内径分别为200和45mm。通过微加料器以6.3mL/min的速率添加染液。以2mL/min的速率从反应器的顶部注入气体。通过多针-板高压电晕放电使偶氮染料(酸性橙7，AO7)脱色，反应系统由一个脉冲高压源和一个反应容器组成。使用0~50kV可调直流电压源、电容器、可调修剪电容和旋转火花间隙开关产生脉冲高压。脉冲上升时间小于100ns，脉冲宽度小于500ns。反应容器由一个树脂玻璃圆柱(内径100mm，长度265mm)组成。圆柱的中间有多针-板电极，其能够在针的尖端产生正流注电晕放电，阳极针和平板电极之间的距离为25mm。7个针构成的阳极中，1个针位于中间，其他的6个针在周围进行均匀圆周分布，其圆周半径为20mm，并使用树脂盘进行固定。每一个针由不锈钢针头构成，硅酮绝缘层包裹着伸出的针尖，针尖只从绝缘层中伸出1mm的长度。接地平板电极由90mm直径、1.5mm厚度的不锈钢圆盘构成。在利用电晕放电反应器降解甲基橙、天空蓝、罗丹明染料废水，实验装置由脉冲高压电源和反应器组成。用蠕动泵以100mL/min的流速使总体积为300mL的染料溶液循环通过反应器。反应器容器包含一个环形电极几何体系，在有机玻璃圆柱体的中心放置一个不锈钢环(厚度0.5mm，直径6mm)(内径53mm，长度50mm)用于在水中产生脉冲流光电晕放电。接地电极为不锈钢圆柱体(直径50mm，长度30mm)。对环形电极施加正的脉冲电压。带有旋转火花隙开关的电源用于产生高压脉冲。存储电容器的脉冲电压幅度，脉冲频率和电容分别为0~30kV，25Hz和6nF。

2.2介质阻挡放电反应器

利用介质阻挡放电反应器降解亚甲基蓝，石英制圆柱形反应器管内径为19mm，长度为210mm。在外部电极上涂上银膏，长度为100mm。内电极是由不锈钢烧结纤维制成的直径为16mm的圆柱体。含有染料的溶液通过蠕动泵循环，并在内部电极的表面上作为薄膜流动，经过顶部的多个孔。通过反应器的上盖引入空气或氧气，通过质量流量控制器调整流量。气体和溶液通过底部的管道离开反应器。管道可以放置在溶液储存器的顶部，也可以放在底部以使气体通过溶液，从而使放电中产生的臭氧与溶液储存器中的染料分子反应。

3等离子体技术在废水处理中的应用

3.1高能电子作用

废水处理装置在放电过程中，会陆续产生等离子体高能电子，这些等离子体高能电子与废水中的分子在非弹性碰撞之下便会产生基态分子的内能，同时伴随着激发、离解和电离等一系列反应。此时废水即可处于活化状态。臭氧、单原子分子、自由基以及游离氧等可以组成活性粒子，同时能产生化学反应，将废水中结构复杂的大分子污染物转化为结构简单并且安全的小分子物质，同时也能将废水中的有毒有害物质转化为无毒害或者低毒害物质，进而达到良好的废水处理效果。

3.2臭氧氧化作用

臭氧是一种十分理想强氧化剂，标准氧化还原电位2.07V。在水环境中，臭氧可以发生氧化反应，可将部分有机物直接进行分解，另外还可以通过对有机物分解，产生中间产物HO·自由基氧化有机物，其标准氧化还原电位为2.80V，能够通过攻击高电子云密度的有机分子，从而形成易氧化的中间产物。在攻击过程中，HO·自由基抓变为R·自由基，在溶解氧作用下，最后形成R00·自由基，最终达到杀菌、脱色、除氰、防垢等效果，降低废水中的BOD和COD，对废水中的农药残留物、洗涤剂等进行分解。如果废水中的废物为有机物，则可被降解为二氧化碳和水，如果废水中含有大量无机物质，则可以被氧化成氧化物，并且不会溶于水中。

3.3紫外光分解作用

放电时可产生紫外线，紫外线本身可对有毒有害的物质起到分解作用，同时还可与臭氧联合作用，对废水中的有毒有害物质进行分解。紫外光分解的单独作用原理为，有毒有害物质在吸收光子后即可进入激发态，使得分子键断裂，进而形成游离基或离子。游离基或者离子会与溶解氧或者水分子发生反应，进而形成新的物质，然后被去除。通常情况下，大部分有机物的光解有效波长在300nm以内，因此，采用紫外光分解方法具有一定的局限性。对此，可以将紫外光分解与臭氧联合应用，能够显著提升氧化能力，同时加快氧化速度。

结语

综上所述，文章主要对等离子体技术在废水处理中的应用进行了详细探究，等离子体技术可以应用高电压放电装置处理废水，操作方式便捷，降解速度比较快，废水净化彻底，应用优势明显，值得推广。

参考文献

［1］邹照华，何素芳，韩彩云，等．重金属废水处理技术研究进展［J］．水处理技术，2010，36(6):17－21．

［2］吴彦军，张林楠，李振山．重金属废水无害化处理技术最新进展［J］．工业水处理，2009，29(3):1－3．