等離子體技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

王 照

（貴州省有色地質(zhì)中心實(shí)驗(yàn)室，貴州 安順 561000）

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷快速發(fā)展的同時(shí)，也伴隨著出現(xiàn)了日漸嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，其中水污染問(wèn)題尤其嚴(yán)重，對(duì)人類(lèi)的身體健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。在廢水處理方面，常用技術(shù)有物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)等，各個(gè)處理技術(shù)均有其適用范圍以及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但是，對(duì)于有害廢水中難以降解的廢棄物，處理效果不佳。廢水處理高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，其中，等離子體技術(shù)的環(huán)境保護(hù)效益比較高，在含有大量有毒有害物質(zhì)廢水處理方面，具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，因此，亟需對(duì)其應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行深入研究。

1 等離子體相關(guān)概述

等離子體廢水處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處理中，其應(yīng)用原理為大氣壓等離子體射流以及介質(zhì)阻擋放電等，對(duì)于高難度降解廢水，比如紡織印染廢水、生物醫(yī)藥廢水、垃圾滲濾液、高難度煤焦化廢水等方面，另外，其已經(jīng)被擴(kuò)展應(yīng)用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)廢水處理中，同時(shí)在一定程度上也應(yīng)用到了生態(tài)水體的修復(fù)中。

等離子體處理技術(shù)與傳統(tǒng)廢水處理工藝相比，有著非常明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）有些廢水降解難度比較大，并且廢水中含有復(fù)雜的有機(jī)分子，而等離子體技術(shù)科應(yīng)用高濃度羥基自由基以及臭氧等強(qiáng)氧化性產(chǎn)物對(duì)其進(jìn)行降解，廢水處理效果較好。（2）對(duì)于廢水中的污染物去除效率比較高，可有效提升COD去除率，同時(shí)還具有殺菌、消毒、脫色等效果。（3）在等離子體技術(shù)的應(yīng)用中，可避免造成二次污染，廢水中的污染物經(jīng)過(guò)強(qiáng)氧化作用后，即可降解為CO2、H2O等無(wú)害無(wú)機(jī)物，在處理過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生污泥，可避免對(duì)環(huán)境造成二次污染。（4）廢水處理裝置的占地面積比較小，反應(yīng)速度快，并且只需進(jìn)行常溫常壓操作。

2 基于等離子體技術(shù)的廢水處理裝置

在離子體技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，需要注意，廢水處理裝置在水環(huán)境中不會(huì)發(fā)生電暈放電，但是，在氣體環(huán)境中，該裝置可以產(chǎn)生比較大范圍的電暈放電。由此可見(jiàn)，如果需要將其應(yīng)用于廢水處理中，則應(yīng)該構(gòu)建氣水相間的系統(tǒng)，然后實(shí)現(xiàn)氣中放電，使得放電等離子體可以與廢水充分接觸。

水膜脈沖放電廢水處理裝置，通過(guò)高壓引線(xiàn)可到達(dá)電暈電極的正負(fù)高壓脈沖，電暈電極與流動(dòng)的廢水之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣隙，在這個(gè)氣隙中，可以向水面產(chǎn)生電暈放電，為了避免短線(xiàn)擊穿，必須保證絕緣水槽可以成熟一定強(qiáng)度的電壓。水膜脈沖放電廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，而且對(duì)于空間的利用率也比較高，但是，其也有一定的應(yīng)用弊端，因?yàn)樗さ暮穸群艽螅瑥亩鴮?dǎo)致了接觸面只能是水膜的表面一層，而對(duì)于表面以下的廢水的處理難度比較大，而且對(duì)該處理裝置的電源部分，要求能產(chǎn)生數(shù)十千伏的正、負(fù)高壓脈沖才可以。

水霧電暈放電廢水處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式，線(xiàn)狀電暈電極在放電過(guò)程中，可以產(chǎn)生一定范圍的電場(chǎng)區(qū)域。當(dāng)水霧噴到電場(chǎng)區(qū)域后，在超窄高壓脈沖的作用下，在線(xiàn)板電極間就會(huì)發(fā)生電暈放電。與水膜脈沖放電廢水處理裝置相比，該除了里裝置與廢水之間接觸面積相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大之外，同時(shí)混合的也比較均勻，也能夠采用比較多的單元組件，通過(guò)串聯(lián)或是并聯(lián)的方式形成更大的處理裝置，但是該裝置的結(jié)構(gòu)形式相對(duì)也比較復(fù)雜，并且如果水流量比較大，則應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)增加噴嘴以及放電極板的數(shù)量。

水中氣泡放電廢水處理裝置。處理之后的廢水會(huì)流經(jīng)一個(gè)由絕緣板制作而成的水槽，水槽下方可以注入壓縮空氣，從而便可形成大量小水泡，小水泡逐漸上升。在絕緣槽板外側(cè)，需要以對(duì)稱(chēng)的形式安裝2個(gè)金屬電極板，同時(shí)，還應(yīng)該注意施加雙極性超窄高壓脈沖。

3 等離子體技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

3.1 高能電子作用

廢水處理裝置在放電過(guò)程中，會(huì)陸續(xù)產(chǎn)生等離子體高能電子，這些等離子體高能電子與廢水中的分子在非彈性碰撞之下便會(huì)產(chǎn)生基態(tài)分子的內(nèi)能，同時(shí)伴隨著激發(fā)、離解和電離等一系列反應(yīng)。此時(shí)廢水即可處于活化狀態(tài)。臭氧、單原子分子、自由基以及游離氧等可以組成活性粒子，同時(shí)能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，將廢水中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子污染物轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且安全的小分子物質(zhì)，同時(shí)也能將廢水中的有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)毒害或者低毒害物質(zhì)，進(jìn)而達(dá)到良好的廢水處理效果。

3.2 臭氧氧化作用

臭氧是一種十分理想強(qiáng)氧化劑，標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位2.07V。在水環(huán)境中，臭氧可以發(fā)生氧化反應(yīng)，可將部分有機(jī)物直接進(jìn)行分解，另外還可以通過(guò)對(duì)有機(jī)物分解，產(chǎn)生中間產(chǎn)物HO·自由基氧化有機(jī)物，其標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為2.80V，能夠通過(guò)攻擊高電子云密度的有機(jī)分子，從而形成易氧化的中間產(chǎn)物。在攻擊過(guò)程中，HO·自由基抓變?yōu)镽·自由基，在溶解氧作用下，最后形成R00·自由基，最終達(dá)到殺菌、脫色、除氰、防垢等效果，降低廢水中的BOD和COD，對(duì)廢水中的農(nóng)藥殘留物、洗滌劑等進(jìn)行分解。如果廢水中的廢物為有機(jī)物，則可被降解為二氧化碳和水，如果廢水中含有大量無(wú)機(jī)物質(zhì)，則可以被氧化成氧化物，并且不會(huì)溶于水中。

3.3 紫外光分解作用

放電時(shí)可產(chǎn)生紫外線(xiàn)，紫外線(xiàn)本身可對(duì)有毒有害的物質(zhì)起到分解作用，同時(shí)還可與臭氧聯(lián)合作用，對(duì)廢水中的有毒有害物質(zhì)進(jìn)行分解。紫外光分解的單獨(dú)作用原理為，有毒有害物質(zhì)在吸收光子后即可進(jìn)入激發(fā)態(tài)，使得分子鍵斷裂，進(jìn)而形成游離基或離子。游離基或者離子會(huì)與溶解氧或者水分子發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而形成新的物質(zhì)，然后被去除。通常情況下，大部分有機(jī)物的光解有效波長(zhǎng)在300nm以?xún)?nèi)，因此，采用紫外光分解方法具有一定的局限性。對(duì)此，可以將紫外光分解與臭氧聯(lián)合應(yīng)用，能夠顯著提升氧化能力，同時(shí)加快氧化速度。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文章主要對(duì)等離子體技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)探究，等離子體技術(shù)可以應(yīng)用高電壓放電裝置處理廢水，操作方式便捷，降解速度比較快，廢水凈化徹底，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，值得推廣。