等离子体技术在废水处理中的应用

2．1液相高压脉冲等离子体降解水中污染物

液相脉冲等离子体降解有机物是多种氧化反应相互交替的过程。它包括物理作用下有机物的直接降解和化学作用下活性物质对有机物的高级氧化降解，可应用于难处理的工业污染物质及污水的深度处理。该方法利用电子传输过程，能量释放的多样性和放电产生的低温等离子体，作用于酚类物质、有机染料、硝基苯、苯乙酮和氯酚等有机污染物，效果良好。

1996年，M．sato等研究了高压脉冲放电在水中形成的活性物质，检测到流柱放电区域有-H和-OH自由基的存在。M．Sato和J．S．Clements等研究了水中脉冲电晕放电的特性，并对其影响因素进行了分析，考察不同放电形式对苯酚去除的影响，认为火花放电可使苯酚的去除率最高，流柱放电次之，电晕放电苯酚的去除效果最差。

D．M．Willberg与P．S．Lang采用高压脉冲放电技术对水中氯酚、二氯苯胺和TNT进行降解，经过1min(约200次)的高能放电(每次放电耗能4~7kJ)，这几种有机物的去除率达到99％。D．R．Grymonpre等提出电晕放电通过活性炭微粒可以诱发表面化学反应，从而使酚的降解率提高一倍。

A．A．Joshi等测量了高压脉冲液电反应器中液相羟基自由基、过氧化氢和高能自由电子的形成速率，发现反应速率常数与电场场强有关，羟基自由基和双氧水在有机物降解过程中起主要作用。

雷乐成课题组应用高压脉冲液相放电降解邻氯苯酚，发现其降解速率随脉冲峰压升高、电极距离的缩短而加快，在脉冲峰压为30kV，电极距离2cm和脉冲频率150Hz时，邻氯苯酚的降解率约为98．7％。

叶齐政和李劲课题组应用脉冲放电等离子体处理硝基苯，考察pH值的影响发现，在中性溶液中，脉冲电压为24kV和处理5s的条件下，降解效果明显；在酸性溶液中，脉冲电压为18kv和处理时间5s，降解效果好于中性溶液。他们利用直流放电降解硝基苯生成丙酮，同时完成溶液的雾化与处理，一次处理降解率可达50％左右。

20世纪90年代，李胜利和李劲等率先利用高压脉冲放电等离子体处理印染废水，并进行直接蓝2B废水降解和染料废水脱色试验，发现高压毫微秒脉冲产生的非平衡等离子体可有效破坏染料发色基团，使印染废水在10s内脱色，最终使色度降低90％。直接蓝2B废水pH值≤9．40时，上层清液COD值表现为先降后升，处理一定时间后，上层清液COD值甚至高于原液COD值，pH值超过11，上层清液COD值随之上升。

2．2接触辉光放电等离子体处理废水

这是一种新型电化学技术，利用直流辉光将等离子体维持在电极与周围的电解液间。其显著特点是电解产率与法拉第定律存在极大偏离，且可获得普通电鳃所得不到的产物。接触辉光放电电解可用于引发溶液中一些非常规反应。

高锦章课题组研究了接触辉光放电处理有机废水，并对反应机理作了推断，发现升高温度对酸性黄和弱酸红的降解率和脱色率有消极影响。对茜素红的降解研究表明，pH值为7，处理60min，茜素红可被完全降解，其废水排放接近无色。降解过程中，溶液pH值降低，说明反应过程中可能有羧酸类物质詹甫在对石肖萁甚对氢硝其苌和邻管装酚的隆懈中发珊．初始浓度越大，降解速率越快，Fe2+催化作用明显。

目前的研究大多针对单一组分难降解的有机物或染料。但是，印染废水中含有大量表面活性剂，会与染料发生作用，使作用因素更多，处理更加困难。表面活性剂与染料可以是单分子(或离子)间作用，也可能是染料分子(或离子)与表面活性剂胶束(或反胶束)、泡囊(或聚合泡囊)、双层类脂膜和多层铸膜的相互作用。

二者主要通过静电力、氢键、范德华力结合，或因熵变等因素分离。例如非离子表面活性剂胶束对某些染料有增溶作用，染料会渗入胶束，甚至达到胶束核心部分。因此，单纯配制简单结构的染料水溶液模拟印染废水，并不符合实际情况。

2．3微波等离子体处理废水

微波等离子体是通过微波能量使气体分子激发放电，产生等离子体。微波放电无需在放电空间设置电极，而功率却可以局部集中，因此能获得高密度等离子体。微波放电等离子体压强范围从1×10-3～1×105Pa。

针对印染废水有机物难降解和传统内电解法对有机物去除率不高的问题，李建平等提出利用微波强化内电解处理印染废水的新方法，探讨了微波功率、微波作用时间、反应时间和pH值等因素对有机物去除率的影响。结果表明，微波可以分解被活性炭吸附的染料。用分散艳蓝E-4R模拟印染废水，CODcr，去除率超过80％，脱色率超过90％。

3放电等离子体处理印染废水存在的问题

目前，等离子体技术用于印染废水处理尚处于探索阶段，还存在以下问题：

(1)提高降解效果的针对性不强，物理化学参数在线检测困难，且尚未确定所需的电参数。

(2)工业应用成本较高。

(3)有机污染物的降解是一个复杂的过程，对大多数污染物的降解机理尚无详细的分析。

虽然等离子体技术在加工设备及处理参数等很多方面尚待完善，但其具有显著优势，在未来有很大的应用潜力。

4结语

印染废水处理是一项长期而艰巨的任务。今后需提高等离子体技术自行设计水平，改进工艺条件，降低运行费用，并加强多种技术联用，以提高染料废水治理效果。

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