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等离子体技术在废水处理中的应用

来源:印染在线 发布时间:2010年07月24日

刘红玉,沈诚,周陈俪,翁瑾怡,李 戎

0 前言 纺织行业每年排放废水9亿多吨,居工业废水“排行榜”第六位。其中,印染废水排放量占纺织工业废水排放量80%,耗水回用率仅为7%,为所有行业中最低。 针对印染废水处理中存在的问题,环保工作者开发新型印染废水处理技术,主要有氧化絮凝工艺、光催化降解工艺、多相催化臭氧化法、超声强化氧化法、湿式氧化法(WAO)、加压生物氧化法、高压脉冲电流和投加高效降解菌剂等方法。 在这些处理技术中,水高级氧化技术一自由基反应受到研究者的重视。其作用机理是通过产生·OH自由基,诱发一系列自由基链反应,攻击水体中各种污染物,使之降解为二氧化碳、水和其它矿物盐。 等离子体高级氧化技术兼备湿式氧化技术、超临界水氧化法、光催化氧化法和电化学催化降解法等优点,在放电时产生大量·OH自由基,具备大规模链式反应能力,反应迅速而无选择性,具有适用性广、有机物去除率高和无二次污染等特点。

1等离子体特性及发生方法1.1等离子体种类 (1)自然界中的等离子体 地球是个特别的环境条件,物质以凝聚态存在,能量水平极低。但在大气中,由于宇宙射线等外来高能射线的作用,会有20个离子/cm3·s。雷雨时若有闪电,则可发生很强的电离,形成可观的等离子体。 (2)人工等离子体 人类所利用的火,如火焰本身就是等离子体;爆炸、冲击波也会产生等离子体。人工放电产生等离子体的主要方式有:辉光(荧光灯)、弧光(电弧)、电晕(高压线周围)。 (3)平衡等离子体和非平衡等离子体 在平衡等离子体中,Te(电子温度)=Ti(离子温度)=Tg(气体温度)。在非平衡等离子体中,Te/Tg(或Ti)≥10 2 K。当等离子体系统温度大于5000 K时,体系处于热平衡状态,粒子平均动能达到一致,称为平衡等离子体。又因整个系统处于高能状态,也称高

温等离子体。 低气压放电获得的等离子体,气体分子间距离非常大。自由电子可以在电场方向获得较快的加速度,具有较高的能量。而质量较大的离子在电场中不会得到电子那样的动能,气体分子的碰撞也较轻,此时电子的平均动能远超过中性粒子和离子的动能,Te可高达10 000 K,而Ti和Tg可低至300~500 K,这种等离子体处在非平衡状态,称为非平衡等离子体或低温等离子体。在难降解染料废水处理方面,低温等离子体技术是目前研究较为活跃的新技术。1.2等离子体的产生 分子或原子主要由电子和原子核组成。在通常情况下,电子以不同的能级存在于核场周围,其势能或动能不大。但是当物质受到外加能量(磁、电、热等)激发后,其原子的外层电子势能急速下降,脱离核场的束缚而逃逸,发生电离。此时,原子变成负电荷的电子和正电荷的离子。如果组成物质的分子或原子完全被电离成离子和电子,就成为物质的第四形态——等离子体。物质的等离子体态具有很高的能量,并且所有的粒子都带电荷,宏观上电荷为中性,即ne/ni(ne为电子密度,ni为离子密度),故称等离子体。

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