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低温等离子水处理技术

文章编辑:新能环境人气:326发表时间:2020-01-08【

低温等离子水处理技术


低温等离子体水处理技术,包括高压脉冲放电等离子体水处理技术和辉光放电等离子体水处理技术,是利用放电直接在水溶液中产生等离子体,或者将气体放电等离子体中的活性粒子引入水中,可使水中的污染物彻底氧化、分解。


水溶液中的直接脉冲放电可以在常温常压下操作,整个放电过程中无需加入催化剂就可以在水溶液中产生原位的化学氧化性物种氧化降解有机物,该项技术对低浓度有机物的处理经济且有效。此外,应用脉冲放电等离子体水处理技术的反应器形式可以灵活调整,操作过程简单,相应的维护费用也较低。受放电设备的限制,该工艺降解有机物的能量利用率较低,等离子体技术在水处理中的应用还处在研发阶段。


滑动弧等离子体处理有机废水方法  


滑动弧等离子体技术降解有机废水主要有2种方法,一种是将反应器放置于液体上方,放电空间内产生的活性物质经电弧吹入气液相界面,实现有机物降解,这种方法能量效率相对较低;另一种是经雾化喷嘴将载气与废液同时注入反应空间,气液接触更加充分,实现气液两相放电,有机物降解效果和能量利用率更高。


严建华等利用气液两相滑动弧放电等离子体装置,降解制药废水和DSD酸的浓缩废液,研究表明高浓度有机废水的COD、BOD5去除率均达99%以上。杜长明等通过气液两相滑动弧放电等离子体处理酸性橙Ⅱ、中性红和碱性艳蓝3种染料,研究了其脱色效果、降解效果、降解路径及反应动力学。500mL,200mg/L的染料废水,在放电电压10kV、空气流速0.8m3/h的条件下,放电60min,三种染料的脱色率分别为84.1%、72.7%与89.7%,取得较好效果。


滑动弧反应器放电区域大、反应接触面广,同时能量转化率高、可连续操作;但其多数还只是在实验室研究阶段,实际工业废水处理的案例较少。还需要进一步研究放电参数、废水组成、反应器结构等对有机废水降解的影响规律,以有效提高能量利用率和有机物降解率。


辉光放电等离子体处理有机废水  


辉光放电水处理装置如图6所示,在特定反应器内,当两电极间的电压足够高时,阳极针状电极与周围电解液之间产生辉光、紫外线和冲击波,使周围溶剂迅速汽化形成稳定的蒸汽鞘,持续产生如·OH、H2O2、·H等高活性粒子,这些活性粒子在一般的电化学反应中不易得到,但在辉光放电中可源源不断产生,并被输送到电极附近的溶液中,使水体中的有机物氧化,并进一步降解为CO2、H2O和无机盐,特别适用于有机废水的消毒和净化。


辉光放电最显著特征是非法拉第特性,即被转化的物质量远超过按法拉第电量计算所得值。此外等离子体气体鞘层空间中含有大量的自由基、分子、原子、离子等粒子,其中高能水生活性物质对非法拉第现象的产生具有重要作用。刘永军等以4-氯苯酚的硫酸钠溶液为模拟废水,采用接触辉光放电等离子体技术对其降解,实验发现在4-氯苯酚降解过程中产生大量H2O2,4-氯苯酚的降解速率和H2O2生成速率随电流升高而加快,H2O2的生成加速了有机物降解。


辉光放电技术在有机废水降解方面有显著优势,如降解时间短、速率快、能耗低等特点,也为工业化学合成和电解制氢提供了新方法、新思路。但其技术本身也存在一些问题,一是在提高有机物降解率的方法上针对性和目的性不强;二是放电过程及反应机理复杂,放电时易受探测装置和其他非可控因素影响,理化参数在线检测准确度不高。因此需继续深入研究其机理,优化工艺参数和反应器结构设计。


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