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1、 快脉冲放电等离子体治理快脉冲放电等离子体治理高浓度难降解有机污水新技术高浓度难降解有机污水新技术 快脉冲放电等离子体治理高浓度难降解有机污水新技术主要内容n需求背景n基本原理n国内外研究现状n应用前景分析n我们的研究工作n关键技术主要内容需求背景一、需求背景一、需求背景 n环境问题日益突出环境问题日益突出,水污染导致环境恶化水污染导致环境恶化一、需求背景 环境问题日益突出,水污染导致环境恶化水污染已影响国民经济可持续发展n淮河告急！n太湖蓝藻泛滥！n松花江大片水域有毒工业废水泄漏！n珠江三角洲水系大面积污染！水污染已影响国民经济可持续发展淮河告急！水污染对地球生物造成极大破坏水污染对地球生物
2、造成极大破坏难降解有机物对人类危害巨大难降解有机物对人类危害巨大 目前处理高浓度难降解有机废水的主要方法及存在的问题n目前的主要方法：n化学氧化法、萃取法、吸附法、焚烧法、催化氧化法、生化法n主要存在问题：n工艺流程长、外加物(如外加碳源物、调节pH药剂等)量大且费用高。n以焦化废水为例,目前较为理想的处理焦化废水的单位水量成本至少在(人民币)108元/m3以上 目前处理高浓度难降解有机废水的主要方法及存在的问题目前的以羟基自由基OH为标志的 高级氧化技术（AOP）受到关注以羟基自由基OH为标志的 高级氧化技术（AOP）受到现有的高级氧化技术现有的高级氧化技术n臭氧氧化法（臭氧氧化法（O3）n
3、紫外紫外/臭氧（臭氧（UV+O3）n光催化氧化法（光催化氧化法（UV+TiO2）nFenton 法法（Fe2+H2O2）n高能辐射（高能辐射（射线，加速器）射线，加速器）n缺点：缺点：n氧化剂消耗量大，运行费用高氧化剂消耗量大，运行费用高n存在运输、腐蚀等问题存在运输、腐蚀等问题现有的高级氧化技术臭氧氧化法（O3）二、新型高级氧化法二、新型高级氧化法-快脉冲放电等离子体技术快脉冲放电等离子体技术二、新型高级氧化法-快脉冲放电等离子体技术理论基础理论基础n 高压快脉冲放电能在脉冲放电瞬间形成导电区，并且产生强的低温等离子体，这种等离子体可以产生各种活性氧化剂（*OH,*H,*O,O2,*HO,H
4、2O2,O3等）。n高压脉冲在水中的放电过程还可产生强电场，紫外光和臭氧的协同作用。n羟基自由基与有机物RH反应生成游离基R,R进一步氧化生成CO2和H2O,大大降低COD。理论基础 高压快脉冲放电能在脉冲放电瞬间形成导电区，并且产生水中放电羟基自由基产生机理水中放电羟基自由基产生机理p多种物理效应协同“高级氧化”作用，处理效率高，耗能低；p集紫外光催化、臭氧、高能辐射技术于一体；p可随时处理，不需要化学药剂，仅仅消耗一定的电能，不存在氧化剂生产和存储问题，工艺结构简单；p快速、高效、无二次污染p处理有机物范围广，具有“广谱性”；p同时具有脱色、杀菌、灭毒效果；p可对浓缩液降解处理；p也可用于
5、预处理，提高废水的可生化性。特色及优势特色及优势多种物理效应协同“高级氧化”作用，处理效率高，耗能低；特色光谱分析活性自由基产生光谱分析活性自由基产生 水中放电产生H2O2 水中放电产生H2O2三、国内外研究状况三、国内外研究状况20022002年欧盟将其列为重点研究项目，并制定年欧盟将其列为重点研究项目，并制定年欧盟将其列为重点研究项目，并制定年欧盟将其列为重点研究项目，并制定了名为了名为了名为了名为“ytriD”ytriD”的研究计划的研究计划的研究计划的研究计划美国、日本、德国积极开展研究美国、日本、德国积极开展研究美国、日本、德国积极开展研究美国、日本、德国积极开展研究http:/ww
6、w.phys.tue.nl/EPG/YTRID/三、国内外研究状况2002年欧盟将其列为重点研究项目，并制定气、液两相反应器气、液两相反应器气、液两相反应器不同形式等离子体反应器不同形式等离子体反应器不同形式等离子体反应器Tap water 针-板放电结构Tap water 针-板放电结构高压纳秒脉冲放电高压纳秒脉冲放电高压纳秒脉冲放电苯的降解率随处理时间的关系苯的降解率随处理时间的关系芝加哥蓝溶液脱色率随脉冲电压、使用的能量关系芝加哥蓝溶液脱色率随脉冲电压、使用的能量关系4氯苯降解率随电能的关系（90降解率每吨水为5度）4氯苯降解率随电能的关系（90降解率每吨水为5度）四、应用前景分析n可处
7、理高浓度、难降解、有毒有害有机污水n多环芳烃n硝基化合物、n氯苯类（多氯联苯）n有机磷农药n表面活性剂n有机染料 n适应于多种污染行业n医药n化工n印染n皮革n石油n农药n军工废水（TNT）四、应用前景分析可处理高浓度、难降解、有毒有害有机污水成本分析4氯苯降解率随电能的关系（90降解率每吨水为5度）按95%降解率计算，每升4氯苯水溶液耗能30kJ,每吨耗能30MJ,（已知每度电电能3.6MJ）,相当于每吨耗能9度电，人民币5.4元；按50%降解率计算，每升4氯苯水溶液耗能5kJ,每吨耗能5MJ,相当于每吨耗能1.4度电，人民币0.84元；成本分析4氯苯降解率随电能的关系（90降解率每吨水为5
8、度五、已开展的研究工作五、已开展的研究工作快脉冲放电脉冲功率源快脉冲放电等离子体技术等离子体反应器设计多学科的合作研究五、已开展的研究工作快脉冲放电脉冲功率源 阵列式介质阻挡放电结构 阵列式介质阻挡放电结构已研制的实验装置已研制的实验装置实验过程电源参数：电源参数：nV=25.0kV，I=200A,nW=200ns,f=50Hz消耗功率：消耗功率：n单脉冲能量：E=0.75Jn平均消耗功率：P=37.5W实验过程电源参数：n实验方法实验药剂：罗丹明B，分子式C28H31ClN2O3，难降解有机染料，废水色度高，可生化性差实验过程实验方法实验药剂：罗丹明B，分子式C28H31ClN2O3，放电模
9、型及能效计算单个脉冲总能量0.25J,有效放电能量0.14J;以f=250Hz计，则放电室平均注入功率63W，等离子消耗35W；能效有机物降解量/（平均功率x时间）放电模型及能效计算单个脉冲总能量0.25J,有效放电能量0.罗丹明B降解实验结果罗丹明B降解实验结果罗丹明降解效果实验条件：RhB初始浓度120mg/L,体积2.5L,脉冲电压峰值21kV,脉冲频率50Hz,空气通入12L/min罗丹明降解效果实验条件：土霉素降解效果土霉素降解效果n结构式：实验条件-20kV/250Hz/2.0L/60min废水COD由7400mg/L下降到2900mg/L，去除率61%毒死蜱降解效果结构式：毒死蜱降解效果 污水处理工艺流程图 污水处理工艺流程图 六、关键技术n高压纳秒脉冲功率源n高效的等离子体放电反应器n增大羟基自由基生成率，提高处理效果n特定的污水处理效果试验n配套污水处理工艺设计 六、关键技术高压纳秒脉冲功率源谢谢！还我青山绿水！谢谢！还我青山绿水！
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