环境工程污水处理中等离子体技术的运用杨文娟

环境工程污水处理中等离子体技术的运用杨文娟

杨文娟

山东清远环保工程有限公司山东滨州256500

摘要：提升污水处理质量是环境工程的研究重点，等离子体技术的使用，有效提升污水处理效率，效果好、不借助其它化学药剂是该项技术的显著优势。近年来该项技术每年净化的污水量不断增加，环境治理效果极佳，本文围绕此技术展开讨论，深入探讨此项技术在污水处理过程中的原理，希望为相关部门提升污水处理能力提供参考。

关键词：环境治理；等离子体技术；原理；应用

引言：

等离子体处理污水，是高级氧化的主要技术组成，能进行微波辐射、热解等反应，将水体中的污染性离子全面清除，该项技术研究初期，具有能耗高等缺陷，经过多年研究攻关，技术水平明显提升，能量利用效率明显提高，讲解污水能力提升，因此该技术成为目前环境污水处理的最佳选择。现阶段相关人员还未停止对等离子体技术的研究，技术水平有望继续提升。

1.等离子体技术概述

电子、离子等较小粒子是等离子体的主要组成物质，在相应技术的辅助下，小分子粒子会和污水中的粒子进行反应，其中具有强氧化性能的活性物质，会和污水中物质发生碰撞反应，最终形成H2O和CO2，达到净水效果。学术界有很多中等离子体分类方式，离子系统根据温度进行区分，不同温度下离子系统都能达到平衡状态，一种是热力学原理下的平衡态，另一种离子系统达到的平衡态正好相反，前者是将等离子体置于高温环境，后者将等离子体置于低温环境。在高温环境中使用等离子体净化水源，选择热力学状态下的离子系统，此选择方式参照离子的物理特性，低温等离子体使用过程中，更多的是注重其能够进行的化学反应类型[1]。

不同种类的等离子体使用场合存在差异，通过对环境工程的分析，发现其水中污染离子含量较少，低温平衡态的等离子体，再加上相应的技术辅助，就能完成水体净化作业，且做到能源节约。

2.等离子体技术的放电类型

放电介质是划分放电类型的一种方式，常见的有气相和液相两种放电方式。利用放电产生方式的不同，区分放电类型是另一种划分方式，本文着重论述后一种。

2.1电晕放电

选择一个电极，电极的曲率半径必须足够小，然后向电极上加载电压，电压逐渐升高的某定值，电极周围空气就具有较强电场，持续加压会使空气出现电离现象，局部放电随之产生，此过程被称为电晕放电。直流电晕是传统降解水体污染方式，消耗电能极大，为减少能量消耗，研究者推出脉冲电晕，脉冲时间较短，但能在短时间内完成电子加速，从而完成化学反应，脉冲放电能量作用在电子上，对能量消耗较少。

2.2辉光放电

此放电形式是在特定反应器中进行的，反应器中包括隔膜溶液、金属阳极，外部不断向反应器提供电压，在电解反应下，激发态粒子逐渐向活性粒子方向转化，H2O2、•OH等都属于活性粒子，电解过程有可见光产生，同时释放能力完成对污水的处理。低气压、大气压是两种常见的辉光放电形式，前者成本较高，比较两者功效发现并无太大差别，因此环境污水多采用大气压放电进行处理。

2.3滑动电弧放电

在高压环境中，刀刃型电极内部的流动气体会被击穿，电弧随之形成，电弧长度随着气流流动不断延长，其长度在到达临界点后，电弧随即消失，此时电极最窄的地方，会有新电弧的产生，并不断循环上述过程，这是滑弧放电过程[2]。此放电形式是由弧光放电发展来的，能够同时满足高温、高密度的等离子体优势，对污水具有良好的净化效果。

2.4介质阻挡放电

绝缘介质在放电空间中存在，向电极通足够电压，介质会被高强度电压击穿，进而产生放电现象，微放电是此种放电方式的外在表现，放电时间以纳秒级计量，放电电荷会均匀分布在阻挡介质表面，进而产生电场，绝缘介质一般覆盖在电极表面，偶尔也可挂在电极中间，放电过程开始后，介质可存储电能，保证放电过程稳定，且减少火花放电现象。介质阻挡放电是处理气体的常用方式，不适用于水体处理。

3.等离子体技术在环境工程污水中的应用

3.1工程概况

以我国北方某地区的环境工程污水处理为例，在冬季北方温度大幅度下降，在处理污水过程中，很多技术受到低温影响，不能发挥出其原有作用，低温等离子体技术的出现，很好的解决这一问题，其离子系统在低温环境下仍能保持活性。在引入该项技术前，处理厂使用的是活性污泥，利用其中的真菌、细菌等微生物对水中杂质进行降解处理，但在相关试验验证后发现，水温≤13℃状态下，微生物对污染性离子的吸附效果减弱，在温度下降到4℃以后，微生物处于冻死状态，污染水体并未得到有效净化[3]。对比上述试验，将等离子体放在污水中，即使温度大幅度下降，其处理能力仍然不会受到影响，等离子系统对水质无具体要求，氧化功能强大，若为处理厂配备上计算机，能基本实现污水的自动化处理。处理厂引进该项技术后，环境污水处理能力明显增强，处理周期大大缩短，只需经过点解就能实现水体净化，省去培养微生物步骤，厂家的污水处理成本明显减少，处理效果却大幅度提升，处理厂的年经济效益快速增长。

3.2处理装置

通过对上述放电方式的比较，发现电晕放电的污水处理效果较好，但此种放电形式不能将电极直接插在水中，为解决此问题，将气液相系统与电晕放电结合使用，放电过程在空气介质中进行，然后将电能释放到等离子体中，离子系统与水体进行接触，从而实现污水净化，此过程需要不断生成等离子体，且离子面积必须足够大，才能增大与杂水的接触面积。解决电晕放电介质问题后，比较直流、脉冲两种放电形式，最终选择能耗较小的脉冲放电形式[4]。脉冲放电需要准备质量较好的绝缘水槽，能够承受脉冲的高强度压力，确保水槽使用期间不会被击穿。此处理装置结构简单，所占空间较小，符合经济性原则。

3.2处理原理

3.2.1活化处理

在相应技术辅助下，等离子体会在污水中生成较多的高能电子，分子、电子在电解作用下，出现剧烈碰撞，基态分子将能量转化成自身内能，然后进行离解、激发等反应，此过程被称为活化处理。碰撞过程能够将分子拆成游离态粒子，与等离子体重新结合成无害化有机物。

3.2.2臭氧氧化

向混合等离子体中添加强氧化剂，被拆分的离子键若未结合成新物质，继续在水中保持游离状态，此时氧化剂发挥作用，对游离将态分子进行氧化反应，经过多次反应经分子毒性降解，并将杂质滤除，就得到较为纯净的水体。

2.2.3分解作用

电晕放电伴随着能量的释放，同时放电紫外光可对残留的游离态分子，具有强效分解作用，其分解原理如下：光子被游离态分子吸收，分子向激发态方向转变，分子中的共价键发生断裂，分子重新组合发生反应，将新生成物质从水中分离出来，至此完成整个分解任务。

4.结束语

综上所述，是对等离子体污水处理技术的相关介绍，以环境工程为背景，详细论述某污水处理厂对该项技术的使用情况。近年来在科技的不断发展下，强氧化技术在不断更新完善，该项技术中的等离子体对污水处理效率大幅提升，环境污水处理技术符合可持续发展原则，相信在技术的不断提升下，我国的生态环境会得到有力保护，进而加快国家生态文明建设进程。

参考文献：

[1]曾伟昌.环境工程污水处理中等离子体技术的运用[J].农技服务，2017（10）：170-170.

[2]李欣.环境工程中的低温等离子体技术分析与研究[J].绿色环保建材，2017（007）：150.

[3]朱元右.等离子体技术在废水处理中的应用[J].工业水处理，2017（09）：78-81.

[4]刘嘉夫，孔清，张宁.低温等离子体用于船舶废气污染物脱除的研究进展[J].环境保护前沿，2018（3）：249-257.