摘 要：近年來，在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，城市化進程逐漸加快，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水與生活廢水，部分廢水中有大量復雜性有害物質(zhì)，如果未經(jīng)處理便排放，將會嚴重污染生態(tài)環(huán)境，對人們的生活產(chǎn)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(shù)也得到了進一步完善，被廣泛應用于廢水處理中。經(jīng)濟、高效、無二次污染的廢水處理技術(shù)一直是業(yè)界人員研究的方向。其中，低溫等離子體技術(shù)是一項新型污水處理技術(shù)，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(guān)注。分析低溫等離子體技術(shù)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(shù)的發(fā)展研究現(xiàn)狀，進一步探討了低溫等離子體技術(shù)在廢水處理過程中面臨的相關(guān)問題與應用前景，希望可以為相關(guān)從業(yè)人員提供借鑒。

　　關(guān)鍵詞：低溫等離子體;廢水處理;研究進展

　　隨著工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量的廢水與廢棄物，廢水處理至關(guān)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(zhì)，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(guān)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(jīng)有多種處理技術(shù)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(shù)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(guān)注。其中，低溫等離子體中包含強氧化性的羥自由基、激發(fā)態(tài)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(fā)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(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注。

　　1 低溫等離子體技術(shù)原理

　　等離子體主要是在相對特定的反應環(huán)境中，高壓脈沖電源注入能量到水中或者水面上產(chǎn)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(tǒng)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(fā)生解離，在高溫環(huán)境下，通道中會快速出現(xiàn)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(fā)態(tài)分子、原子等共同組成，在放電環(huán)境中，活性物質(zhì)會使污染物中的不飽和鍵產(chǎn)生斷鍵與開環(huán)等反應，將廢水中的大分子物質(zhì)逐漸分解，變?yōu)樾》肿樱踔翆⑵渫耆V化，有助于提升難降解物質(zhì)的整體可生化性。

　　低溫等離子體技術(shù)具有高存儲能力、高密度等優(yōu)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(zhuǎn)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(chǎn)生沖擊波。等離子體熱能會使周邊的液體氣化，快速形成內(nèi)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(zhì)相對均勻時，動能和位能之間會發(fā)生轉(zhuǎn)變，產(chǎn)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(zhì)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(xiàn)，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(shù)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(chǎn)生的基礎與關(guān)鍵技術(shù)是高壓電源，當前用于產(chǎn)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(xù)性，又可劃分為高壓脈沖電源與高壓電源，后者可實現(xiàn)連續(xù)性放電，前者主要是通過放電開關(guān)以及火花隙開關(guān)、高容量電容共同形成放電回路，實現(xiàn)脈沖放電。當前關(guān)于交流放電所產(chǎn)生的低溫等離子體對廢水進行直接處理的相關(guān)研究不多[2]。

　　為了促進低溫等離子體廢水處理朝著工業(yè)化的方向發(fā)展，對大功率脈沖電源的研究與開發(fā)成為當前的重點研究方向。當前火花隙脈沖電源已經(jīng)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(shù)的工業(yè)化發(fā)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(zhuǎn)化的重要場所，也是該技術(shù)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(jié)構(gòu)差異性，包括線筒式反應器、泡沫式反應器以及介質(zhì)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(guān)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(zhì)的放電材料。板電極主要用作接地電極，主要材質(zhì)是不銹鋼，由于放電電極針的具體數(shù)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(zhì)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(fā)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(chǎn)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(chǎn)生等離子體，產(chǎn)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(wěn)定性不高，等離子體中會產(chǎn)生活性物，其所產(chǎn)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(jié)構(gòu)的反應器處理廢水，并深入研究了高壓脈沖殺菌方法。結(jié)果顯示，該結(jié)構(gòu)的反應器和其他反應器相比，有顯著的效果。

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