纳秒脉冲等离子体放电提高高浓度有机废水降解效率研究

随着我国经济快速发展，所带来的水污染问题问题日益严峻，严重影响经济和社会的可持续发展，传统难降解污水处理技术存在治理成本高、效果差等一系列问题，研究高浓度有毒有害有机废水新技术迫在眉睫。本项目针对目前常规方法中存在的高能耗问题，提出利用纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体放电，提高有机污水降解效率的高级氧化技术研究。从纳秒脉冲等离子体放电的产生和形成，以及活性自由基的生成和利用等各个环节出发，分析研究电能在污水处理系统各环节的能量分配，探索提高电能利用效率的有效方法（包括能量回收技术的实施），优化等离子体反应器结构设计，研究电源参数、电极结构、放电模式、废水理化性质等放电条件对有机物降解速率的影响规律，结合放电等离子体降解有机物的化学反应机理研究，达到提高污水处理效率的目的，为等离子体放电治理污水技术提供可靠的理论依据，为推动该技术的工业化应用奠定技术基础。

本项目针对难降解有机废水治理技术问题，提出利用纳秒脉冲等离子体放电高级氧化法，在气液两相体混合体放电，有效降解有机废水中高分子有毒有害有机物，提高有机污染物降解效率。课题从纳秒脉冲等离子体放电的产生和形成、以及活性自由基的生产和利用基本问题入手，分析研究了电能在等离子体污水处理系统中能量利用效率。分别研究了电源参数、废水理化性质等放电条件对有机物降解速率的影响规律，结合放电等离子体降解有机物的化学反应机理研究，达到提高污水处理效率的目的，为等离子体放电治理污水技术提供可靠的理论依据，为推动该技术的工业化奠定技术基础。通过三年的课题研究，取得的主要研究成果如下：.1、自行设计并研制了一套新型等离子体放电污水处理系统,采用在气液混合相中进行高压脉冲介质阻挡放电形式，产生了大面积局部均匀的等离子体。通过建立放电模型，将放电波形各段与放电的物理过程相对应，分析了脉冲参数对于放电能效的影响；研究并定量计算了脉冲放电过程中的能量分配情况。.2、通过实验验证了脉冲等离子体放电产生过氧化氢氧化剂的机理, 过氧化氢是羟基自由基复合形成的产物，从而有效证明了我们提出的脉冲等离子体放电作为新型高级氧化法用于污水处理的可行性。研究结果表明，过氧化氢的产生量主要由放电参数决定,同时与污染物物理化学特性如PH值、电导率等密切相关。 .3、以罗丹明B水溶液为模拟废水处理对象，研究了不同实验条件对于罗丹明B降解效果的影响，主要包括脉冲的电压峰值、频率，废水的初始pH值、电导率、初始浓度及通入不同气体等。从罗丹明B的降解效果来看，快脉冲放电等离子体有机物废水降解不仅具有可行性，而且耗能低，工艺简单。通过处理前后紫外－可见吸收光谱及化学需氧量、总氮变化等测量对比，对等离子体与有机物的反应历程及降解产物进行了推断。.4、在上述研究工作基础上，本项目对高电导率有机污水以及高毒性两类典型废水开展了针对性试验研究，得到具有重要参考价值的研究结果。特别是对高毒性中药废水试验结果表明，脉冲等离子体放电对剧中药毒性废水具有很高的降解效果。.5、项目发表论文8篇，其中SCI 收录论文6篇， EI 论文1 篇，授权专利1项，培养博士生研究生1名，硕士研究生2名。