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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.