【物理论文】浅析等离子体水处理技术 4页

'　　【物理论文】浅析等离子体水处理技术辉光放电等离子体技术是近几十年来新兴发展的水处理技术，能同时产生物理和化学效应，更可以去除气相、液相、固相的有机污染物，具有适用范围广、处理效果好，与环境兼容等特点，近年来备受科学家关注[1]。该技术通过高能电子、外光、臭氧等多因素的综合作用处理废水。等离子体是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。由于库仑力是带电粒子之间的主要作用力，每个粒子都可以周围粒子发生明显的作用，因此等离子体在运动过程中一般表现出明显的集体行为。　　　等离子体氧化法机理是在水中通入一定的用来进行放电的高压，来引起物理化学反应，随即对有机污染物进行降解。 　　　在进行放电的时候，巨大的脉冲电流使等离子体通道系统温度急剧上升，同时高强电场使电子瞬间获得能量成为高能电子，然后与水分子碰撞解离，在高温条件下的通道内充满着等离子体。它包含、、处于不同激发态的氢、氧原子及等自由基，还有、、、离子团等。有机物分子在等离子体通道内由于高温会被热解，或者跟自由基发生反应进行化学降解。同时，等离子体通道的液体迅速吸收由高温产生强的紫外光，加快与水中的溶解氧反应，生成的激发态氧原子迅速与有机物作用，从而进行氧化降解有机物[3]。　　　用低温等离子体水处理技术降解有机物的过程是自由基氧化、高温热解、紫外光解、液电空化降解以及超临界水氧化等多种氧化技术相互交替作用的过程。2.2等离子体水处理技术分类2.2.1高压脉冲放电等离子体水处理技术脉冲电晕放电等离子体水处理是通过高压脉冲放电给反应器注入大量能量，产生大量高能电子对目标物轰击，在此过程中形成低温非平衡等离子体，产生各种物理和化学效应。该方法涉及等离子物理、等离子化学、流体力学、热力学、电工和环境学科等交叉领域[4]，图1为其装置的基本原理图。图1高压脉冲放电等离子体发生装置 羟基自由基、过氧化氢等强氧化活性物质可以通过高压脉冲放电等离子体技术产生，利用活性物质与有机物发生作用对有机物降解或氧化为、等。该技术具有适用于多种有机物降解、环保的利用能源、降解效率高等诸多优点[5]。　　　同时，由于采用了上升前沿陡峭的窄脉冲，放电时单向电子供应能量来形成等离子体，能量的利用率高，因而，该技术不但对目前污水中存在的各类有机物的降解具有广泛的适用性，而且因其利用能源的清洁、高效使其具有广阔的工业应用前景。2.2.2介质阻挡放电等离子体水处理技术　　　介质阻挡放电（DBD）是有绝缘介质插入放电空间的一种气体放电。介质可以覆盖在电极上或悬挂在放电空间。这样当在放电电极上施加足够高的交流电压时，电极间的气体即使在很高的气压下，也会被击穿而形成所谓的介质阻挡放电。　　　这种放电看似均匀稳定，但实际上它有大量细致的快脉冲放电通道,通常放电空间的气体压强为104Pa-105Pa或更高。　　　介质阻挡放电（DBD）能够在大气压下产生大体积、高能量密度的低温等离子体，不需要真空设备就能在室温或接近室温条件下获得化学反应所需的活性粒子。广泛应用于臭氧发生和DBD等离子体材料表面改性等方面。　　　常见的DBD结构如图2所示[6]，分为3种基本类型：①体积DBD，放电发生在平行板或同心圆筒之间；② 表面DBD，为Venugopalan等[7]发明，特点是条形或线形电极和平板电极分别接触在介质的两侧；③共板DBD，两个电极以固定的间隙嵌于同一介质当中，常用于等离子体显示板。图2DBD典型电极结构　　　DBD虽然具有电子密度高、电子平均能量高的特点，但是其微观放电形成机制、等离子体化学反应动力学过程等问题的研究上还不够成熟。2.2.3滑动弧放电等离子体水处理技术滑动弧光放电是在一对电极间施加电压并通过气流，在一对电极间最窄处形成放电弧，并利用气流来推动电弧，使之向下游移动，同时在电极间最窄处形成新的电弧，重复上述过程形成放电[8]　　　典型的气液两相流滑动弧光放电等离子体处理废水装置如图3所示:　　　图3气液两相滑动弧放电等离子体水处理装置　　　该技术起步较晚，对数还停留在实验室阶段，很少有处理相关工业废水相关的实际应用报告。依然存在的问题主要是废水处理的机制和各种因素对处理效果的影响以及研究放电过程中电场的分布情况等[9]。'