摘 要：近年來，在社會經濟快速發展的同時，城市化進程逐漸加快，工業生產規模不斷擴大，產生大量的工業廢水與生活廢水，部分廢水中有大量復雜性有害物質，如果未經處理便排放，將會嚴重污染生態環境，對人們的生活產生極大的影響。因此，廢水處理工作極為重要，各項廢水處理技術也得到了進一步完善，被廣泛應用于廢水處理中。經濟、高效、無二次污染的廢水處理技術一直是業界人員研究的方向。其中，低溫等離子體技術是一項新型污水處理技術，整體處理效果良好，且適用范圍比較廣，受到了社會各界的廣泛關注。分析低溫等離子體技術對廢水進行處理的基本原理，并闡述了當前低溫等離子體技術的發展研究現狀，進一步探討了低溫等離子體技術在廢水處理過程中面臨的相關問題與應用前景，希望可以為相關從業人員提供借鑒。

　　關鍵詞：低溫等離子體;廢水處理;研究進展

　　隨著工業化生產規模不斷擴大，工業生產過程中產生了大量的廢水與廢棄物，廢水處理至關重要。通過有限的成本，最大限度地保證廢水的排放符合排放標準、達到回收要求是當前污水處理的最終目標。但是廢水中含有大量有毒有害物質，很難有效降解，大量的難降解有機化合物以及表面活性劑等，也是保證廢水處理達到相關標準、要求的重點、難點所在。

　　對于廢水中存在的污染物，當前已經有多種處理技術和方法，且被廣泛應用于實踐研究中。高溫氧化、催化氧化以及低溫等離子體氧化等技術由于對難降解有機物有良好的去除效果，備受社會各界的關注。其中，低溫等離子體中包含強氧化性的羥自由基、激發態原子以及高能活性粒子，能夠有效降解有機物，在氧化過程中，也會發生沖擊波、紫外光輻射等物理化學反應，有助于加快有機物的進一步降解。近年來，由于其高效的降解能力且無二次污染，該技術受到了人們的廣泛關注。

　　1 低溫等離子體技術原理

　　等離子體主要是在相對特定的反應環境中，高壓脈沖電源注入能量到水中或者水面上產生的，當在電極和接地極兩者之間施加窄脈沖高壓時，脈沖電流會導致系統的溫度大幅度上升，從而形成一種放電通道，電子也會獲得巨大能量從而形成高能電子，和水分子碰撞發生解離，在高溫環境下，通道中會快速出現等離子體。低溫等離子體主要由高能電子、正負離子、強氧化性自由基以及激發態分子、原子等共同組成，在放電環境中，活性物質會使污染物中的不飽和鍵產生斷鍵與開環等反應，將廢水中的大分子物質逐漸分解，變為小分子，甚至將其完全礦化，有助于提升難降解物質的整體可生化性。

　　低溫等離子體技術具有高存儲能力、高密度等優勢，可將放電能量以電離能、分子動能等形式儲存在等離子體中，在反應過程中逐漸轉化為光能、熱能與壓力勢能等，在等離子體中形成壓力梯度，熱輻射壓力與膨脹勢能疊加，以水分子慣性為基礎，通過波的形式傳遞出去，從而產生沖擊波。等離子體熱能會使周邊的液體氣化，快速形成內能與膨脹勢能。氣泡中的溫度與壓強也會大幅度上升，當介質相對均勻時，動能和位能之間會發生轉變，產生膨脹與收縮的反應過程。等離子體逐漸消失，氣泡便會慢慢形成，其中存在許多離子、自由基、原子以及分子，氣泡破滅之后，會朝著周邊介質逐漸擴散。所以，等離子體中的熱能會朝著周邊傳輸，同時，高壓、高溫會使蒸汽泡出現，其在溫度與壓力的影響下可形成超臨界水。低溫等離子體受到高溫熱解、紫外光解、超臨界水氧化等多項技術影響，包含等離子體中有機物的降解和通道之外的氧化[1]。

　　2 低溫等離子體裝置

　　2.1 電源

　　低溫等離子體產生的基礎與關鍵技術是高壓電源，當前用于產生低溫等離子體的電源主要分為直流與交流兩種。直流高壓電源針對放電的實際連續性，又可劃分為高壓脈沖電源與高壓電源，后者可實現連續性放電，前者主要是通過放電開關以及火花隙開關、高容量電容共同形成放電回路，實現脈沖放電。當前關于交流放電所產生的低溫等離子體對廢水進行直接處理的相關研究不多[2]。

　　為了促進低溫等離子體廢水處理朝著工業化的方向發展，對大功率脈沖電源的研究與開發成為當前的重點研究方向。當前火花隙脈沖電源已經被廣泛應用于實踐中。平均功率2 kW的脈沖電源，也為該項技術的工業化發展與應用提供了保障。

　　2.2 反應器

　　低溫等離子體對廢水進行處理的反應裝置是對電能進行化學轉化的重要場所，也是該技術的核心處理部分。目前，低溫等離子體在廢水處理過程中，主要是針對電極的整體結構差異性，包括線筒式反應器、泡沫式反應器以及介質阻擋放電式反應器等。

　　針板式反應器是目前應用最廣泛、相關研究最多的一種反應器，由針電極與板電極組成。針電極進行電極放電，其主要材料為不銹鋼，也有鋁、鉑等材質的放電材料。板電極主要用作接地電極，主要材質是不銹鋼，由于放電電極針的具體數目存在很大的不同，可分為單針板與多針板兩種反應器類型。針對放電介質存在很大不同的特征，又可以將其分為氣相放電以及液相放電兩種[3]。

　　氣相放電反應器的針電極位于板電極之上，兩者之間相隔一定距離，被處理溶液會在電極中流動，完成放電，同時，等離子體中的有效成分和液面的一些復雜污染物發生反應。多根針在相同平面中可共同組成多針放電電極。水中放電反應器針電極與板電極通常存在于溶液中，部分情況下，為了進一步探討在溶液中通入不同氣體對整體處理效果所產生的影響，會采用空心針電極對氣體進行引入。

　　棒式反應器的兩個電極都是以棒狀的形式存在，電極之間的距離非常短，當施加高壓電流之后，會逐漸形成電弧進行放電，從而逐漸產生等離子體，產生輻射以及紫外光的同時，伴有很強的沖擊波。這樣的反應器可用于殺菌、降解以及除銹，但是會存在電極腐蝕嚴重的情況，且影響放電，導致放電穩定性不高，等離子體中會產生活性物，其所產生的能量效率非常低。

　　線筒式反應器主要用于接地電極以及氣相放電，放置于反應器器壁上方，放電電極主要位于軸心的部位。西方國家最早采用該方法以及結構的反應器處理廢水，并深入研究了高壓脈沖殺菌方法。結果顯示，該結構的反應器和其他反應器相比，有顯著的效果。

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