等离子体水处理技术
低温等离子体技术在污水处理中的应用
低温等离子体技术在污水处理中的应用在现代社会中，污染问题已经成为了一个全球关注的问题。
为了保护环境和人类的健康，各国政府通过了许多环保法规来规范企业和个人的生产和生活行为。
对于污水处理，科技工作者和环境保护专家一直在努力研发新的技术来减少水污染的对环境和人类的危害。
低温等离子体技术就是其中的一种非常有效的新技术。
低温等离子体技术是一种新兴的污水处理技术，这种技术通常会应用于废水处理，废气净化，以及其他环境污染问题。
本文介绍低温等离子体技术在污水处理中的应用以及技术的原理。
一、技术简介低温等离子体技术是一种将气体或液体引入高频电场中的技术，形成低温等离子体，以杀灭污染物中的细菌和病毒，并将有机物质氧化成二氧化碳和水的一种技术。
低温等离子体在处理污水时，首先将污水喷洒到高频电极片上，随后超高频电场激发气体中的高能量电子，产生低温等离子体，通过与污水中有机物质的接触，加速化学反应，最终分解成二氧化碳和水。
低温等离子体在污水处理中的优点之一就是具有高效性。
这种技术可以将废水中的各种微生物和污染物迅速处理掉，从而避免了对环境的损害。
此外，低温等离子体在处理污水时几乎不会产生二次污染，同时也具有较低的运行成本。
二、技术原理低温等离子体技术的处理过程与其他物理处理方法和化学处理方法不同。
低温等离子体技术的处理过程采用的是半物理-半化学的处理方式。
当污水接触到等离子体时，会出现化学反应，生成一系列的自由基，从而氧化分解污染物质。
等离子体所带有的电荷在极其高的能量作用下，会将水分子中的氧化还原离子加以重组从而达到净化水质的效果。
虽然低温等离子体技术非常先进，但是在实际应用中，也存在一些限制因素。
例如，低温等离子体技术对溶解物和胶体物质的处理能力不足，主要适用于氧化分解有机物的情况。
另外，高频电源在运行时会对水中的重金属离子产生一定的影响，因此在采用低温等离子体技术时需要进行一些前置的处理过程。
三、应用案例低温等离子体技术目前已经应用在许多领域，包括工业废水处理、市政污水处理、农村污水处理和海水淡化等。
低温等离子体处理技术在废水处理中的应用研究
低温等离子体处理技术在废水处理中的应用研究一、引言废水处理是一项环保工程，其目的是去除水中的有害物质，保障环境和人类健康。
传统的废水处理方法一般采用化学方法或生物处理方法，这些方法存在一些问题，例如处理效率低、投资成本高、长周期等。
低温等离子体处理技术是一种新兴的废水处理方法，具有处理效率高、处理周期短、能耗低等优点，被广泛应用于废水处理领域。
本文将重点介绍低温等离子体处理技术在废水处理中的应用研究。
二、低温等离子体处理技术的原理1.低温等离子体的定义等离子体是由气体或液体中的电离物质组成的，是第四种物态，具有电磁特性和量子特性。
低温等离子体是指温度低于室温的等离子体，其温度一般在1000K以下。
2.低温等离子体处理技术的原理低温等离子体处理技术是一种非热等离子体处理技术，包括等离子体发生器、反应器和废气处理装置三部分。
其处理原理是将废水引入反应器，通过等离子体反应产生高能化学活性物质，将水中的有害物质去除或降解为无害物质，最后经过废气处理装置处理，将废气排放到大气中。
三、低温等离子体处理技术在废水处理中的应用研究1.低温等离子体处理技术在有机废水处理中的应用有机废水是指含有有机物质的废水，例如印染废水、纺织废水、食品加工废水等。
有机废水的处理一直是废水处理中的难点之一。
传统的有机废水处理方法主要采用化学方法或生物处理方法，这些方法存在处理效率低、处理周期长等问题。
低温等离子体处理技术因其高处理效率、处理周期短等优点，被广泛应用于有机废水处理中。
2.低温等离子体处理技术在重金属废水处理中的应用重金属废水是指含有重金属离子的废水，例如电镀废水、铸造废水等。
重金属离子对环境和人类健康具有很大的危害，因此重金属废水的处理一直是废水处理中的难点之一。
传统的重金属废水处理方法主要采用化学方法或生物处理方法，但这些方法存在处理效率低、处理周期长等问题。
低温等离子体处理技术因其高处理效率、处理周期短等优点，被广泛应用于重金属废水处理中。
凝胶 医学 等离子体活化水
凝胶医学等离子体活化水
等离子体活化水是一种新型的水处理技术，它通过等离子体的作用，将水分子分解成活性氧、活性氢等活性物质，从而提高水的活性和溶解性。
在医学领域，凝胶通常用于药物输送、组织工程和生物传感器等方面。
等离子体活化水的高活性和溶解性可以提高凝胶的性能，使其更容易被人体吸收和利用。
例如，在药物输送方面，等离子体活化水可以提高凝胶的载药量和释放速率，从而提高药物的治疗效果。
在组织工程方面，等离子体活化水可以提高凝胶的生物相容性和细胞粘附性，从而促进组织的修复和再生。
此外，等离子体活化水还可以用于消毒和杀菌。
在医学领域，消毒和杀菌是非常重要的，可以防止感染和疾病的传播。
等离子体活化水可以通过产生活性氧等物质，杀死细菌和病毒，从而提高医疗环境的卫生水平。
总之，等离子体活化水在医学领域的应用前景非常广阔，它可以提高凝胶的性能，促进组织的修复和再生，以及用于消毒和杀菌等方面。
随着研究的不断深入，相信等离子体活化水在医学领域的应用将会越来越广泛。
等离子体水处理技术 (I)
低温等离子体
等离子体 冷等离子体 如：极光、日光灯 热等离子体 如：电弧、碘钨灯
等离子体氧化机理
01
高能电子作用
03
紫外光分解作用
02
臭氧氧化作用
等离子体氧化机理
等离子体化学反应过程
低温等离子体废水处理技术是一种兼具高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光分解等三种作用于一体的废水处理技术。 三种方法协同作用时，处理效果优于各方法单独作用。
固体 冰
00C
液体 水
1000C
气体 水汽
100000C
等离子体 电离气体
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宇宙中90％物质处于等离子体态
星云 极光 太阳表面 闪电
美国宇航局提供的照片-----南极上空的椭圆形极光
人造等离子体
日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器；
01
工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理；
焦化废水和垃圾渗滤液
实验对象：
将废水装入反应器中，经空心正电极送入压缩空气进行放电，总的持续时间为30分钟，当放电进行到20分钟时进行一次采样，然后放电结束时再次进行采样，最后将处理后水样的各种指标与原水的指标进行对比从而得出一些结论。
实验步骤：
实验结论
焦化废水
分析表明：
处理20分钟与处理30分钟水样的各项指标变化不大； 处理20分钟后各项指标的去除率：COD降低了62.2%，BOD降低了65.2%，PH值基本保持不变。
种珊
等离子体水处理技术
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主要内容
废水处理低温等离子体技术
废水处理低温等离子体技术近几年，工业大力进展带来了巨大的环境污染，这对人类生存和社会进展产生了肯定的影响，讨论废水排放掌握，探究最新转化手段已成为每一个环境工作人员的主要工作目，低温等离子体技术不仅适用性高，而且耗能少，目前，其在水污染处理中得到了肯定的应用，并成为主要探究内容。
因此，本文关于这项技术的讨论具有重要的参考价值。
1、低温等离子体技术简析等离子体主要指代电离度高于0.1%，自身正负电荷一样的电离气体，主要包含电子、离子与激发态原子等多个部分，电子与正离子电荷数一样，在整体层面呈现电中性，区分于常规的三态，属于第四种形态，基本特征为：带电粒子内部无净库仑力;属于优良、抱负的导电流体，借助这一特性完成了磁流体发电;带电离子内部不存在净磁力;电离气体存在热效应。
依照体系能量状态以及离子密度，能够把等离子体划分成高温与低温等离子体，其中前者电离度近乎为1，每一种离子温度大致相同，其体系处在热力学平衡，通常应用在受控热核反应探究问题上;后者每一种离子温度存在差异，电子温度高出离子温度，且系统处在热力学非平衡状况，从宏观层面而言，体系温度偏低，其中气体放电形成的等离子体均归属此类型，它和现代工业生产非常紧密。
2、低温等离子体对废水处理的讨论在最近的几年时间里，各个行业为了实现经济目标，不断的扩大生产力，进而造成了大量的资源的肆意开采，并且独一环境造成了严峻的损害。
环境污染也使得人们深受其害，温室效应使得世界平均温度在渐渐的提升，海平面也在渐渐的增加，空气中酸性成分的存在随着降雨落到农田中，严峻的损害了农作物的正常生长，并且对于农作物的质量造成了影响。
大量的含有氟废气被排放到空气之中会对大气层中的臭氧层造成严峻的损坏，使得其丢失对紫外线的过滤作用，人类在长时间的紫外线照耀下会家中癌症的病发率。
随着社会的不断进步使得人们的思想意识在渐渐的转变，对于环境污染的严峻性也能够正确的熟悉，进而在加大力度解决这个问题，现如今国内相关行政机构已经投入了大量的人力物力来对废气问题加以改善。
低温等离子体技术在水处理中的应用
低温等离子体技术在水处理中的应用随着人口数量的增加以及工业化的不断发展，水资源越来越受到威胁。
如何保证水质安全已经成为一个重要的挑战。
目前，许多水处理技术已经被开发出来，其中低温等离子体技术是一种非常有前景的技术。
本文将对低温等离子体技术在水处理领域中的应用进行介绍。
一、低温等离子体技术基础低温等离子体技术是指在低温下（一般为常温~500℃）产生的电离气体，也称为非热等离子体或巴克等离子体。
它与等离子体喷雾和等离子体聚变不同，不需要高温或高压力来产生，也不需要任何其他形式的能量。
低温等离子体可以在大气压下产生，因此也称为大气压等离子体。
低温等离子体技术是一种非常环保的技术，因为其产生的电离气体只是空气中的组分，不会产生任何有害物质。
由于其不需要高温，因此不会引起环境污染和能源浪费。
使用这种技术可以改善水的质量，减少水污染。
二、低温等离子体技术在水处理中的应用主要有以下几个方面：1、水中污染物的降解低温等离子体技术可以分解水中的有机污染物和无机污染物，使其降解成为无害的物质。
在低温等离子体的作用下，水中的污染物分解成氧化物、酸和酯等，进一步分解成水和二氧化碳、氮气等无害的物质。
2、生物样本的分析和检测低温等离子体技术可以用于对生物样本的分析和检测。
在这种技术中，低温等离子体可以分解样品中的有机污染物和有毒物质，使样品更透明、更清晰，从而更容易分析和检测。
3、消毒和杀菌低温等离子体具有强氧化性，可以用于水的消毒和杀菌。
在这种技术中，低温等离子体可以分解水中的细菌、病毒和其他微生物，从而消除任何潜在的危险。
4、金属离子的去除低温等离子体技术也可以用于去除水中的重金属离子。
在这种技术中，低温等离子体可以分解水中的重金属离子，使其变成无害的物质，从而改善水的品质。
三、结论总的来说，低温等离子体技术在水处理中的应用十分广泛。
它可以用于分解水中的污染物，杀菌和消毒，以及去除水中的重金属离子。
不仅如此，低温等离子体技术还是一种非常环保的技术，不会产生任何有害物质，不会引起环境污染和能源浪费。
等离子体水处理技术 45页PPT文档
塘或灌溉
超等AOP技术→外排或灌
溉
80,000 ～ 120,000
80,000 ～ 120,000
500 ～3,000
300 ～ 1,000
1000 25,000以上
1000 1,500 ～ 2,000
3～7
5(沼气发电)
HRT（停留时间） 投资总成本(万元)
7天 1500 ～ 2000
5天 1,300
的运行成本较高。
等离子高级氧化(AOPs)污水预处理机
• 生活污水： 市政、大型酒店宾馆、 休闲旅游度假村的生活污水 处理及中水回用。
• 高浓度难生物降解工业废水： 如印染污水、电镀污水、造纸废水、化工污水、冶金 厂污水、石化污水、酒精制糖污水、淀粉厂污水、填 埋场垃圾渗滤液等。
• 医院污水消毒深度处理： 代替二级生化处理，代替二氧化氯、臭氧消毒。
• 微波放电的电离度高，气体具有更高的活化程度，因而能 在更低温度下获得和维持具有更高能量的等离子体，更适 合对温度敏感材料如有机薄膜的处理，但设备造价较高。
• 国内外现在已有许多利用微波放电的例子，如大连化学物 理研究所曾用微波放电来脱除一氧化氮。
高压脉冲放电等离子体
滑动弧放电等离子体
介质阻挡放电等离子体
甲基紫、苯酚和纺织品染料水溶液
辉光放电等离子体
苯、酚类水溶液（苯酚、硝基甲苯、1-萘胺、2，4二氯苯酚、苯、硝基苯、4-氯苯酚、苯酚、 甲苯酚、 邻苯二胺）；
染料模拟废水（茜素红、亮绿、甲基紫）
介质阻挡放电等离子体 苯、酚类水溶液（苯酚、氯苯酚、苯、甲苯、二甲
苯）；
染料模拟废水（靛蓝二磺酸钠、茜素红、酸性橙-7）
宇宙中90％物质处于等离子体态
等离子体技术在环境保护中的应用
等离子体技术在环境保护中的应用一、等离子体介绍等离子体是由电子、离子、自由基和中性粒子组成的导电性流体。
整个体系呈电中性,具有与一般气体不同的性质,容易受磁场、电场的影响,称为物质第四态。
它为化学反应提供必须的能量粒子和活性物种,在化学工业、材料工业、电子工业、机械工业、国防工业、生物医学和环境保护等方面有着广泛的应用。
当气体分子以一定的方式在外部激励源的电场被加速获能时,能量高于气体原子的电离电势时,电子与原子间的非弹性碰撞将导致电离而产生离子电子,当气体的电离率足够大时,中性粒子的物理性质开始退居次要地位。
整个系统受带电粒子的支配,此时电离的气体即为等离子体。
等离子体的分类方法有很多,根据温度和内部的热力学平衡性,可将等离子体分为平衡态等离子体和非平衡态等离子体。
在热力学平衡等离子体内,电子温度与离子温度相同,属于一个处于热力学平衡的整体,体系温度非常高,因此又称为高温等离子体。
最典型的例子是电感耦合等离子体(ICP)。
此外,在较高电压下的火花放电和弧光放电也能获得此类等离子体。
非平衡态等离子体内部的电子温度远远高于离子温度(电子温度可高达104K,而离子温度一般只有300～500K)系统处于热力学非平衡态,其表观温度较低,所以被称为低温等离子体。
此类等离子体通常可通过气体放电得到。
常见的有辉光放电,射频放电和微波放电等。
二、等离子体在环境保护中的应用2.1等离子体技术在大气污染治理中的应用2.1.1原理利用电子加速器产生高能电子束辐照需要治理的废气，使其产生活性物质（如OH，HO，O），促进分子间的化学反应。
活性粒子和气体分子碰撞，打开气2，从而将污染物氧体分子键，同时产生大量OH，HO2等自由基和氧化性极强的O3化，达到净化空气的效果。
2.1.2应用大气中的主要污染物有：总悬浮颗粒、飘尘、硫氧化物、氮氧化物、硫化氢、氨、碳氧化物和挥发性有机物（VOCs）等。
它们分别来自于生活污染源、工业污染源和交通污染源。
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种珊 2010.4.9
主要内容
?等离子体简介 ?等离子体氧化机理 ?水处理等离子体体是物质第四态，是由大量的自由电子和离 子组成、且在整体上表现为电中性的电离气体。
固体 冰
液体 水
气体
水汽
等离子体
电离气体
00C
1000C
100000C
核聚变装置中的等离子体
超 大 规 模 集 成 电 路
等离子体分类
等离子体
高温等离子体 如：聚变、太阳核心 （电子温度大于10000℃）
低温等离子体 （电子温度小于10000℃）
冷等离子体 如：极光、日光灯
热等离子体 如：电弧、碘钨灯
实验室常用的有热等离子体（由电弧、电火花或火焰产生）、 冷等离子体（由辉光放电产生）和混合等离子体（由电晕放电 或臭氧发生器产生）。
?缺点： ?介质阻挡放电较适合于降解低浓度的有 机废水，但能耗较高； ?需要研究有较高峰值电压，尽量短的电 压上升沿，以及更大的频率电源； ?反应器的电极结构还需进一步优化。
滑动弧放电
滑动弧放电产生一种周期性摆动的大气压下非平衡等离子体。 与辉光和电晕放电相比，滑动弧放电能够提供更高的能量，产 生更多种类的活性粒子。
H20─→·OH+eaq+·H+ H2O2+H3O +H2 并发生下列反e应，生成游离氧、臭氧和·O+H自由基：
O2─→2O─→2·OH
e
H2O
O2（+M）+O─→O3（+M）
臭氧氧化作用
? 臭氧在水中时发生氧化反应，其氧化途径可由臭氧直接氧 化某些有机物，也可由其分解产生的中间产物·OH自由基 氧化有机物。
(纳秒级)向放电通道输入，形成电子雪崩，巨大的脉冲电 流使通道内形成高能密度，由此引起局部高温。 ? 在放电过程中，电子与中性气体分子和原子进行非弹性碰 撞，使这些中性分子的激发、分解和电离更为强烈，产生 高氧化活性物质(·OH 、H2O2等活性粒子)、紫外辐射、高 能电子轰击等，达到去除有机物的目的。
等离子体氧化机理
?高能电子作用 ?臭氧氧化作用 ?紫外光分解作用
等离子体氧化机理
? 低温等离子体废水处理技术是一种兼具高能电子辐射、臭 氧氧化、紫外光分解等三种作用于一体的废水处理技术。
? 三种方法协同作用时，处理效果优于各方法单独作用。
等离子体化学反应过程
高能电子作用
首先是液下水分子发生电离与激发，在很短的时间内生成 离子，激发分子与次级电子，再生成反应能力极强的物质：
? 获得一定能量的电子与管内气体分子碰撞，使后者电离而 产生次级电子，电子再被电场加速又碰撞其它分子，如此 下去就产生连锁反应，最后达到维持放电正常进行。
?优点： ?对电源要求不高，普通的直流高压 电源即可； ?可在高电导率废水下运行； ?能量效率较高和没有电磁辐射。 ?缺点： ?电极较贵； ?电源以及反应器结构的优化设计需 要进一步研制。
? ·OH容易攻击高电子云密度的有机分子部位，加在有机分 子碳双键上，脱去有机分子上的一个氢，形成R·自由基， R·自由基又被水中溶解氧进一步氧化成ROO·自由基， ROO·自由基再发生一系列的反应，使水中污染物氧化和 分解，最终降解产物为二氧化碳和水。
RH ·OH R· O2 ROO·
CO2+H2O
高压脉冲等离子体水处理设备
?高压脉冲电源用于产生等离 子体； ?反应器则利用产生的活性物 质以及伴随产生的热、光、 波等效应来净化水质。
南宁超等环保公司设计的等离子体水处理的反应装置图
辉光放电
? 利用外加电场作用，在特定的电化学反应器内，当两电极 间的电压足够高时，则产生明暗不一的区域，自由电子在 电场作用下加速。
宇宙中90％物质处于等离子体态
星
极
云
光
太
阳
闪
表
电
面
美国宇航局提供的照片-----南极上空的椭圆形极光
人造等离子体
? 等离子体科学在能源、材料、信息、环保、国防、微电子、 半导体、航空、航天、冶金、生物医学、造纸、化工、纺 织、通讯等领域有广泛的应用。
? 日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生 器；
紫外光分解作用
? 紫外光作用原理是有毒有害物的分子吸收光子后进入激发 态，激发态分子返回基态时吸收的能量使其分子键断裂， 生成相应的游离基或离子。这些游离基或离子易与溶解氧 或水分子反应生成新的物质而被除去。
? 紫外光和臭氧联合使用时，臭氧在紫外光的照射下与 H2O 反应生成了 ·OH，无论是在氧化能力还是在氧化速度上， 都远远超过紫外光分解或臭氧单独使用所达到的效果。
介质阻挡放电
? 有绝缘介质插入放电空间的一种气体放电。 ? 介质阻挡放电中使用的绝缘层(阻挡介质)的典型材料主要
包括玻璃、石英、陶瓷、薄搪瓷或聚合物。
?优点： ?电极不易腐蚀（电极不直接与放电气体 发生接触）； ?具有大规模工业应用的可能性（具有电 子密度高和在常压下运行的特点）； ?可在大气压强下工作，而且可以防止在 放电空间形成局部火花和弧光放电（放 电表现为很均匀、漫散和稳定)。
?石英绝缘罩主要起着封闭反应区和绝 缘的作用。 ?当接通两电极间电压，两电极间最窄 处通入的气体被击穿，形成电弧，在 从喷嘴喷出的高速气流推动下，电弧 向下移动，形成滑动电弧柱。 ?这种反应器结构简单，成本低廉，因 此应用最广。
滑动弧放电
? 滑动弧放电的主要特点是: ? 兼有热等离子体和非热等离子体的特性； ? 滑动弧放电装置和电源结构简单，价格低廉，操作和维护
水处理等离子类型
? 电晕放电 ? 辉光放电 ? 介质阻挡放电 ? 滑动弧放电 ? 射频微波放电
电晕放电
将电压加载在曲率半径很小的电极上，当针状电极上的电 位升高到一定程度时，针尖附近的强电场就使其周围的空 气产生电离，从而产生的局部放电甚至晕光的现象称为电 晕放电。
高压脉冲放电
? 高压脉冲放电是研究最多的电晕放电形式。 ? 由高电压脉冲电源产生的极强电流在水中以极短的时间
? 工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、 冶炼、加热、有害物处理；
? 高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率微 波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹。
人造等离子体
霓 虹 灯 管
等
等
离
离
子
子
电
体 电
弧 焊 接
弧
熔
炼
人造等离子体
等离子体增强化学气相沉积制备 的用于太阳能电池的非晶硅薄膜