脉冲放电等离子体水处理技术及其研究进展_王慧娟

脉冲放电等离子体水处理技术及其研究进展王慧娟(江苏大学环境学院,江苏镇江212013)摘要综述脉冲放电等离子体的液相形成机理、溶液中放电等离子体形成的各种效应及其在水处理中的应用进展。关键词脉冲放电;等离子体;形成机理;废水处理中图分类号X703.1文献标识码A文章编号0517-6611(2009)22-10707-04WastewaterTreatmentbyPulsedDischargePlasmaandItsResearchProgressWANGHui-juan(EnvironmentCollegeofJiangsuUniversity,Zhenjiang,Jiangsu212013)AbstractTheformingmechanismofpulseddischargeplasmainliquidandthecorrespondingdegradationweresummarized.Furthermore,theresearchprogressinthewastewatertreatmentbythistechniquewasdiscussed.KeywordsPulseddischarge;Plasma;Formingmechanism;Wastewatertreatment由高压脉冲电源作为外加电源形成的脉冲流光放电等离子体(简称脉冲放电等离子体),是一种在废水处理中应用较多的电晕放电等离子体形式。作为高级氧化水处理技术中的一种,脉冲放电等离子体技术与其他高级氧化技术相比有诸多优点,如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。这一系列的优点使得该技术成为近年来的研究热点。笔者就水溶液中脉冲放电等离子体的形成机理、溶液中放电等离子体形成的各种效应及其在水处理中的应用进展进行详细地介绍。1水溶液中脉冲放电等离子体的形成机理———水溶液的电击穿理论自Clements等首次报道了水溶液中脉冲放电形成的预击穿现象以来[1],利用脉冲放电技术降解水溶液中有机污染物的研究就受到各国学者的普遍关注,水溶液中放电形成等离子体的起始机理及其降解有机物的机理也一直是众多研究者关注的焦点。然而,水溶液中形成放电的机理至今还没有如气相中的放电过程那样归纳出一个全面细致的解释,目前形成的理论包括电子理论和热力学(气泡)理论这2种[2]。①电子理论(图1a)。当高压电场施加于电极上时,电极间隙的自由电子会被加速,加速的电子可以与周围离子化的分子碰撞生成更多的自由电子,形成电子雪崩,即流光或等离子体通道。通常施加于电极的电压是正极性高压电源,此时电子被吸附至高压端,而电子的迁移造成流光前沿荷正电,这将进一步提高高压电场的作用,导致更多自由电子的形成,致使更多的水分子离子化,最后水溶液被击穿。②热力学(气泡)理论(图1b)。假设强电场区域的电流可以引起液体的加热并蒸发,进而形成气泡,此时水溶液中放电通过气泡传播的行为与其在气相中的传播过程相近。因此,电场作用首先在每一个气泡内形成击穿,最终导致水溶液中产生更高的热量和更多的气泡,直至水溶液的完全击穿。图1水溶液的电击穿示意Fig.1Coronadischargeinwater基金项目江苏大学高级专业人才科研启动基金资助项目(08JDG041)。作者简介王慧娟(1980-),女,宁夏永宁人,博士,讲师,从事等离子体高级氧化水处理技术研究。收稿日期2009-04-102脉冲放电等离子体在水溶液中形成的效应根据脉冲放电在气液混合体系中引发的一系列反应以及放电过程中观察到的现象,可以归纳出脉冲放电过程中产生的2种效应,即化学效应和物理效应[3-4]。化学效应主要是指脉冲放电过程中,强的电场在放电空间形成了一个等离子体通道,这一通道中存在高能电子、离子、激发态离子以及多种氧化性物种,包括·OH、·O、O2-、·HO2、H2O2、O3等,这些氧化性自由基和氧化性分子均具有较高的氧化电位,可以有效地氧化降解水体中的有机物分子;物理效应则是伴随放电在水溶液中形成的高温热解、超声波和紫外光等。由气液混合体系中脉冲放电过程形成的各种物理的和化学的效应可以分析出,脉冲放电等离子体水处理过程中包含多种高级氧化过程,如O3氧化、H2O2氧化、超声辐解、超临界水氧化和紫外光解等,是一种集光、电、化学氧化于一体的新型高级安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2009,37(22):10707-10710责任编辑庆瑢责任校对夏蓉DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611