等离子体水处理技术 45页PPT文档
等离子制备技术PPT课件
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等离子体的基本概念
• 等离子体与气体的区别 • 等离子体是导电流体而又整体上保持电中性 • 组成中带电粒子间存在库仑力 • 等离子体的运动行为受到电磁场的影响和制约
• 并非任何电离气体都是等离子体。只要当电离度大到一定程度，使带电粒子密度达到所产生的空间电荷足 以限制其自身运动时，这样的“电离气体”才算转变成等离子体。否则，体系中虽有少数粒子电离，仍不 过是互不相关的各部分的简单加和，而不具备作为物质的第四态的典型性和特征，仍属于气态。
• 高致密度、细晶粒陶瓷和金属陶瓷：在SPS过程中，样品中每一个粉末颗粒及其相互间的空隙本身都 可能是发热源。用通常方法烧结时所必需的传热过程在SPS过程中可以忽略不计。因此烧结时间可以 大为缩短，烧结温度也明显降低。对于制备高密度、细晶粒陶瓷，SPS是一种很有优势的烧结手段。
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等离子放电烧结
• 电子-电子
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等离子放电烧结
• 等离子体烧结技术SPS（Spark Plasma Sintering ）：在粉末间直接通入脉冲电流进行加热烧结，也被 称为等离子活化烧结或等离子体辅助烧结
• 等离子体烧结发展始： • 1930年，美国科学家提出利用等离子体脉冲烧结原理 • 1965年，脉冲电流烧结技术在美国和日本等国得到应用 • 1988年，日本研制出第一台工业型等离子体烧结装置 • 1996年，日本组织了等离子体烧结研讨会，每年召开一次 • 1998年，瑞典购进等离子体烧结系统，对碳化物、氧化物及生物陶瓷等进行较多研究工作 • 2006年6月武汉理工大学购置了国内首台等离子体烧结装置，此后国内多所高校及研究所相继引进该 装置，成为材料制备的全新技术
低温等离子体技术在水处理领域的应用
低温等离子体技术在水处理领域的应用随着经济的发展和人口的增长，对水资源的需求也逐渐增加。
然而，不断产生的工业废水和生活废水不仅污染了水资源，也影响着生态环境和人类健康。
因此，对水资源的保护和利用也成为了一个重要的问题。
在这其中，低温等离子体技术被越来越多的人们关注和应用。
低温等离子体技术，简称LTP，是指在室温下通过外界能量，将气体转变为等离子体。
等离子体是一种可控的高能态物质，具有高温、高能、高电压等特性。
利用等离子体生成和精细调控，可以对大气和水中的有机污染物进行有效处理。
LTP技术在水处理领域的应用LTP技术在处理水中有机污染物方面有着良好的效果。
LTP技术利用高压能量将氧气和水气化产生的等离子体中过氧化氢、单质态氧等具有氧化能力的物质，去除水中的有机化合物，例如酚、甲醛、有机酸等有害物质。
而且，LTP技术不会产生二次污染，也不需要添加化学药剂，具有环保和安全的特点。
此外，LTP技术还可以去除水中的微生物。
等离子体中产生的高能电子、自由基、UV-C等物质对细菌、病毒、真菌等微生物具有破坏作用，因此LTP技术在水处理中具有杀菌、除臭、除嗅等效果。
LTP技术的优势与局限性与传统水处理技术相比，LTP技术不会产生二次污染和不良副作用，处理效果相对较好。
此外，LTP技术消耗较少的能量和无需添加化学药剂，在运行成本和环保方面也具有优势。
但是，LTP技术也存在一定的局限性。
首先，LTP技术只适用于水中的有机污染物和微生物的处理，对于无机盐、重金属等物质的处理效果较差。
同时，LTP技术的稳定性和长期运行能力也需要不断完善。
LTP技术的前景LTP技术在许多水污染场景中的应用中显示出了巨大的潜力，以及前景十分广泛。
针对不同的污染物质和处理场景，也有着不同的LTP技术处理方法，例如DBD（Dielectric Barrier Discharge，介质阻挡放电）、SCOBD（Surface-coupled Organic Plasma-based Discharges，基于表面耦合的有机等离子处理）和CPE （Capacitive Plasma Electrolysis，等离子体电解技术）等。
等离子体技术在废水处理中的应用
等离子体技术在废水处理中的应用纺织行业每年排放废水9亿多吨，居工业废水“排行榜”第六位。
其中，印染废水排放量占纺织工业废水排放量80％，耗水回用率仅为7％，为所有行业中最低。
针对印染废水处理中存在的问题，环保工作者开发新型印染废水处理技术，主要有氧化絮凝工艺、光催化降解工艺、多相催化臭氧化法、超声强化氧化法、湿式氧化法(WAO)、加压生物氧化法、高压脉冲电流和投加高效降解菌剂等方法。
在这些处理技术中，水高级氧化技术一自由基反应受到研究者的重视。
其作用机理是通过产生-OH自由基，诱发一系列自由基链反应，攻击水体中各种污染物，使之降解为二氧化碳、水和其它矿物盐。
等离子体高级氧化技术兼备湿式氧化技术、超临界水氧化法、光催化氧化法和电化学催化降解法等优点，在放电时产生大量-OH自由基，具备大规模链式反应能力，反应迅速而无选择性，具有适用性广、有机物去除率高和无二次污染等特点。
1等离子体特性及发生方法1.1等离子体种类(1)自然界中的等离子体地球是个特别的环境条件，物质以凝聚态存在，能量水平极低。
但在大气中，由于宇宙射线等外来高能射线的作用，会有20个离子／cm3-s。
雷雨时若有闪电，则可发生很强的电离，形成可观的等离子体。
(2)人工等离子体人类所利用的火，如火焰本身就是等离子体；爆炸、冲击波也会产生等离子体。
人工放电产生等离子体的主要方式有：辉光(荧光灯)、弧光(电弧)、电晕(高压线周围)。
(3)平衡等离子体和非平衡等离子体在平衡等离子体中，Te(电子温度)=Ti(离子温度)=Tg(气体温度)。
在非平衡等离子体中，Te／Tg(或Ti)≥102K。
当等离子体系统温度大于5000K时，体系处于热平衡状态，粒子平均动能到达一致，称为平衡等离子体。
又因整个系统处于高能状态，也称高温等离子体。
低气压放电获得的等离子体，气体分子间距离非常大。
自由电子可以在电场方向获得较快的加速度，具有较高的能量。
而质量较大的离子在电场中不会得到电子那样的动能，气体分子的碰撞也较轻，此时电子的平均动能远超过中性粒子和离子的动能，Te可高达10000K，而Ti和Tg可低至300～500K，这种等离子体处在非平衡状态，称为非平衡等离子体或低温等离子体。
等离子体及其在环境中的应用(共28张PPT)
• 低温(dīwēn)等离子体（非平衡等离子体）的发生形式
• 等离子体在环境中的应用
精品资料
一、等离子体 简介 (děnglízǐtǐ)
• 等离子体（plasma）是电离了的气体，由正离子（和负离子）、电子、 以及一些中性(zhōngxìng)粒子和基团组成，其电离程度可处在从100% （完全电离的气体）到非常低（10-4~10-6，部分电离气体）的比例范 围内。
精品资料
空气(kōngqì)中不同气压下的放电图像
精品资料
不同glízǐtǐ)在环境中的应用
• 高压放电技术作为产生低温等离子体的主要手段，可以用于大气污 染治理，如烟气脱硫脱硝、电除尘、有机(yǒujī)废气处理，可以用于水 和食品的处理及灭菌，还能作为臭氧发生源。
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Influent gas
NTP/Catalyst
Effluent gas
Influent gas
NTP
Catalyst
Effluent gas
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高压 放电水处理 (gāoyā)
• 水下高压放电是在由尖端电极极不均匀电场中产生的。还可向溶液通 入气体，促进局部放电和等离子体通道的形成、增加活性物质数量， 从而处理(chǔlǐ)难降解有机废水和水体消毒灭菌。
精品资料
• 等离子体通常被称作物质的第四态，宇宙(yǔzhòu)中绝大部分的可见物质均处 在等离子态，而在日常生活当中，火焰、霓虹灯、闪电都是（或部分是） 不同种类的等离子体。
精品资料
二、等离子体的基本(jīběn)性质
• 等离子体(děnglízǐtǐ)在宏观上近似呈电中性； • 含有大量的自由电子、带电粒子，以及一些激发状态的粒子，是一种特
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工业化进程的不断加速，水资源逐渐变得短缺，同时水也面临着越来越严重的污染问题。
为了解决这个问题，需要采用一些现代化的水处理技术。
低温等离子体技术是一种新型的水处理技术，它能够有效地去除水中有害物质，从而保证水的安全性和卫生性。
低温等离子体技术是一种利用高电压电场的作用，将空气等离子体产生装置引入到被处理的水中，从而产生一些高活性的自由基或离子来杀灭水中的有害物质的一种新型的水处理技术。
这种技术具有能够高效去除水中有机污染物和重金属离子的能力，同时还能够对水进行除臭和消毒的作用。
低温等离子体技术的优势主要表现在以下几个方面：1、低温等离子体对于水中有机污染物的去除率高传统的水处理方法一般采用化学方法和生物方法来处理污染物，这种方法不但效率低，而且还存在一些不稳定性。
而低温等离子体技术则不同，它的能力可以高效地去除水中的有机物质。
2、低温等离子体可以去除重金属离子水中的重金属污染物被认为是一种极其危险的污染物，因为其容易被沉积在水土系统中，并在一定程度上对生物系统造成危害。
低温等离子体技术则可以高效地对重金属离子进行去除，从而使水资源变得更加清洁。
3、低温等离子体对水的消毒作用显著低温等离子体技术可以有效地对水体中的有害微生物进行杀灭和消毒，从而保证水的安全性和卫生性。
除此之外，低温等离子体技术还具有以下优点：对其他无机污染物的去除能力强、设备体积小、操作简单等等。
这些优点，使得低温等离子体技术在水处理方面具有广泛的应用前景。
目前，低温等离子体技术在某些领域的应用已经开始逐渐成熟，比如食品制造业、半导体、纺织、制药等等。
但是，其在水处理领域的应用还需进一步发展，同时也需要解决一些技术难题和安全问题。
总的来说，随着科学技术快速发展，低温等离子体技术未来发展空间越来越大。
在现代工业化进程中，污染问题是一项十分紧迫的问题。
而低温等离子体技术的出现，为解决这个问题提供了新的思路和技术手段。
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PPT幻灯片课件
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2、怎样产生等离子体？
等离子体的形成
固体 液体 气体 等离子体
能量
能量
能量
物质的四种状态
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方法1：对于气态的物质，温度升高到几千度 时，由于物质分子的热运动的加剧，相互间的 碰撞就会使气体的分子产生电离，这样的物质 就变成正离子和电子组成的混合物等离子体。 方法2：
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等离子体隐身技术
方法一：是利用等离子体发生器产生等离子体，即在 低温下，通过电源以高频和高压的形式提供的高能量 产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活、 电离形成等离子体。 方法二：是在兵器特定部位（如强散射区）涂一层放 射性同位素，它的辐射剂量应确保它的a射线电离空气 所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度， 以确保对雷达波有最强的吸收。与前者相比，后者比 较昂贵且维护困难。
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独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
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各种等离子体的密度和温度
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等离子体工业生产模型
低温等离子体的建立系统;水平式和垂直式
产生低温等离子体系统
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等离子体主要用于以下3方面：
•离子体冶炼：用于难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr) 、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于 简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别 等离子体获得Zr、Mo、Ta和Ti；可开发硬的高熔点粉末， 如碳化钨-钴。 •等离子体喷涂：用等离子体沉积快速固化法可将特种材 料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体（部件）上 ，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可 大大提高喷涂质量。
等离子体废水处理课程展示
溶液的电导率过高会导致等 离子体产生时所带来的高能 电子难以进入介质中，影响 对废水的降解处理。
通过影响臭氧的氧化效率， 羟基的活性，有机物在介质 中存在的形式来间接影响处 理效率。
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PART THREE
通过介质阻挡放电产生等离子
体处理制药废水
等离子体处理制药废水
制药企业实际排放的 废水具有污染浓度大， 污染条件复杂，污染 物种类多等特点。
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等离子体在废水处理中的作用
要超过临界电压条件才会出现 等离子体，更高的电压以及更 高的频率会带来更多等离子体。 同时，电离所带来的紫外线强 度会更高, 有机物的降解速率 以及微生物的死亡速度加快。
常用的放电气体有空气、氧 气、氩气等，或者是它们中 两种及两种以上的混合气体。 由于其属性不同而导致在反 应时生成不同的活性粒子。
等离子体技术在废水处理中的应用
姓名： 学号： 日期：
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PART ONE
等离子体发生方式
等离子体发生方式
DBD
介质阻挡放电
可以使电极之间的气体产生强烈放电，操作范围广，且 电介质可以防止电极之间产生强烈电弧等不安全事故。 处理过程较安全，因而该方法被认为是一种有效且安全 的产生低温等离子体的方法，是目前来看最有可能大规 模投入工业生产的方法。
紫外光分解作用
放电时可产生紫外线, 紫外线本身可对有毒有害的物质起到分解作用, 同时还可与臭氧 联合作用, 对废水中的有毒有害物质进行分解。紫外光分解的单独作用原理为, 有毒有 害物质在吸收光子后即可进入激发态, 使得分子键断裂, 进而形成游离基或离子。游离 基或者离子会与溶解氧或者水分子发生反应, 进而形成新的物质, 然后被去除。
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一、等离子体基本原理ppt课件
时间尺度要求：等离子体碰撞时间、存在时间远大于特
征响应时间
p,p
( D )1/2
kTe/me
等离子体参数：在德拜球中粒子数足够多，具有统计意 义
1 , 4n 0D 2 ( T 3 /n 0 ) 1 /2
.
1.4 等离子体分类
天然等离子体
按存在分类
人工等离子体
完全电离等离子体
.
空间天体等离子体 什么保护了地球：等离子体
.
空间天体等离子体
北极光
.
空间天体等离子体
逃离太阳的等离子体
.
空间天星体系等：离巨子体大的聚变反应堆
.
等离子体参数空间
温度 (度)
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
.密度(cm-3)
地球上，人造的等离子体也越来越多地出现在我们的周围。 日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发 生器 典型的工业应用：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
.
聚变等离子体
一个密度几乎相等，每立方米n0个粒子的电子和单 电荷正离子构成的含能等离子体，在半径为r的球形区域 内，此体积内的静电能由其所包围的剩余电荷量决定， 此球表面的静电位为：
V Q
4 0r .
Q=eδn，为球内静电荷，其中e为电子电荷，此时球表
面的静电位为
V
4r3
3
en
r2en
等离子体清洗技术PPT课件
• 缺点是等离子体区的活性粒子可能会对一 些电敏感性的设备造成损害
三、等离子清洗技术展望
等离子体清洗技术解决了集成电路生产 中大量消耗纯净水与化学品，绿色环保， 社会效益无法估量，使得成品率大大提高， 但成本却降低了，未来等离子体技术将在 实际生产中进一步广泛应用。
谢谢！
个人观点供参考，欢迎讨论！
一种中性、高能量、离子化的气体，包含 中性原子或分子、带电离子和自由电子。 • 等离子体是具有高位能动能的气体团，等 离子体的总带电量仍是中性。 • 等离子体和普通气体的最大区别是它是一 种电离气体，但没有确定形状和体积，具 有流动性。
一、等离子体简述
• 常见的等离子体及其应用
一、等离子体简述
• 等离子体分类 1、按等离子体的温度分类： a 高温等离子体:温度在10~10K时完全电离 b 低温等离子体
二、等离子体清洗
• 新出现等离子体干法清洗被考虑为湿法清 洗的主要替代。
• 干法等离子体技术用来去除有机光刻胶(灰 化)，在集成预处理步骤去除自然氧化层， 气体与等离子体能量化学反应，达到去污 目的。
二、等离子体清洗
• 辉光放电
• 通过在混合气体中施加直流电压 或者射频（RF）范围内使用交流 电都可以产生辉光放电。
二、等离子体清洗
• 化学反应 • 优点：清洗速度较高、选择性好、对清除
有机污染物比较有效 • 缺点：是会在表面产生氧化物
二、等离子体清洗
根据激发频率分类： 激发频率为40kHz的等离子体为超声等离子 体，物理反应，对清洁表面影响大 激发频率为13.56MHz的等离子体为射频等离 子体，物理和化学反应 激发频率为2.45GHz的等离子体为微波等离 子体，化学反应 实际生产中多采用射频等离子体清洗和微波 等离子体清洗
脉冲放电等离子体水处理技术
The Introduction of Pulsed Discharge Plasma
•日本Gunma大学Masayuki Sato对脉冲放电等离子体污水 处理开展了系列研究，发现在水中通入气泡可降低脉冲 电压、处理效果更佳。试验验证了在通有氧气泡的芝加 哥天蓝印染废水中进行脉冲等离子体放电处理，可达>95 ％的脱色效果。 •法国科学家T．H．Dang研究了脉冲电压以及能耗对处理 效果的影响，发现更高的脉冲电压对一氯酚有更好的降 解效率。对于含盐较高的污水，通过添加FeCl2发生 Fenton反应产生更多的自由基，可以提高降解效率。
性的物质状态，这就是等离子体状态。
固体
液体
气体
等离子体
冰
水
水汽
电离气体
00C
1000C
100000C
The Introduction of Pulsed Discharge Plasma
宇宙中90％物质处于等离子体态
星
极
云
光
太
阳
闪
表
电
面
The Introduction of Pulsed Discharge Plasma
水污染处理中广泛关注的问题之一是对难降解有 机物的处理。以羟基自由基为氧化剂的高级氧化技术 是去除难降解有机物的有效手段。
脉冲放电等离子体水处理技术几乎是各种高级氧 化技术的天然组合，它集合了高能电子轰击、羟基自 由基氧化、紫外光降解、臭氧氧化等多种效应于一体， 对有机污染物的处理具有高效率、重复性好、无选择 性等优点，且对有机污染物的降解具有广泛的适用性， 因而吸引了越来越多的研究者关注，应用前景广阔。
The Introduction of Pulsed Discharge Plasma
等离子体技术在废水处理中的应用
等离子体技术在废水处理中的应用摘要：炼化装置含油污水排放过程中会逸散出少量含苯系物VOCs气体，湿度大、恶臭明显、难治理，极大地影响了环境和操作人员的职业健康安全。
关键词：VOCs;低温等离子体;分解;含油污水;苯系物;防爆引言在我国社会经济不断快速发展的同时，也伴随着出现了日渐严重的环境污染问题，其中水污染问题尤其严重，对人类的身体健康构成了严重威胁。
在废水处理方面，常用技术有物理技术、化学技术等，各个处理技术均有其适用范围以及应用优势，但是，对于有害废水中难以降解的废弃物，处理效果不佳。
废水处理高新技术不断涌现，其中，等离子体技术的环境保护效益比较高，在含有大量有毒有害物质废水处理方面，具有明显的应用优势，因此，亟需对其应用要点进行深入研究。
1等离子体相关概述等离子体废水处理技术被广泛应用于工业废水处理中，其应用原理为大气压等离子体射流以及介质阻挡放电等，对于高难度降解废水，比如纺织印染废水、生物医药废水、垃圾渗滤液、高难度煤焦化废水等方面，另外，其已经被扩展应用于医疗机构废水处理中，同时在一定程度上也应用到了生态水体的修复中。
等离子体处理技术与传统废水处理工艺相比，有着非常明显的应用优势，重点体现在以下几个方面：（1）有些废水降解难度比较大，并且废水中含有复杂的有机分子，而等离子体技术科应用高浓度羟基自由基以及臭氧等强氧化性产物对其进行降解，废水处理效果较好。
（2）对于废水中的污染物去除效率比较高，可有效提升COD去除率，同时还具有杀菌、消毒、脱色等效果。
（3）在等离子体技术的应用中，可避免造成二次污染，废水中的污染物经过强氧化作用后，即可降解为CO2、H2O等无害无机物，在处理过程中不会产生污泥，可避免对环境造成二次污染。
（4）废水处理装置的占地面积比较小，反应速度快，并且只需进行常温常压操作。
2等离子体处理印染废水反应器2.1电晕放电反应器利用脉冲电晕放电使有机染料褪色，通过静电火花间隙开关，使用一个电容器(1nF)放电电路产生高压脉冲。
脉冲放电等离子体水处理技术
The Introduction of Pulsed Discharge Plasma
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The Application of Pulsed Discharge Plasma
在水处理中的应用
The Introduction of Pulsed Discharge Plasma
国内外利用高压脉冲放电技术处理水中不同污染物 的研究较多，主要集中于有毒有害的生物难降解的有机 污染物的处理，例如苯环类有机物(苯酚、苯、甲苯、氯 酚、硝基酚、苯胺和多氯联苯等)、四氯乙烯、甲基叔丁 基醚、乙烷基苯、葱醒和有机染料( 如甲基蓝和甲基橙) 等， 其中还包括杀菌消毒的研究。 高压脉冲放电方式按外加电压可分为交流、直流、 脉冲3种; 按介质与反应的相态可分为气相(液膜表面的 气体放电)、液相(水中放电)、气液混合两相放电等几种。
水污染处理中广泛关注的问题之一是对难降解有 机物的处理。以羟基自由基为氧化剂的高级氧化技术 是去除难降解有机物的有效手段。 脉冲放电等离子体水处理技术几乎是各种高级氧 化技术的天然组合，它集合了高能电子轰击、羟基自 由基氧化、紫外光降解、臭氧氧化等多种效应于一体， 对有机污染物的处理具有高效率、重复性好、无选择 性等优点，且对有机污染物的降解具有广泛的适用性， 因而吸引了越来越多的研究者关注，应用前景广阔。
答辩人：XXX
The Mechanism of Pulsed Discharge Plasma
eeO3 2 e-
· OH
· O
e-
HO 2O H 2 2
-H e·
The Mechanism of Pulsed Discharge Plasma
物理作用
紫外光 放电高压
冲击波
The Mechanism of Pulsed Discharge Plasma
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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
星
极
云
光
太
阳
闪表ຫໍສະໝຸດ 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；
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
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）。
• 实验对象：
焦化废水和垃圾渗滤液
• 实验步骤：
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。
焦化废水
实验结论
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。
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。
国内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。
等离子水处理技术
2019.10.15
主要内容
等离子体简介 等离子体氧化机理 水处理等离子体类型 研究现状 发展趋势
什么是等离子体
等离子体是物质第四态，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
高效节能电源的研发 实际工业应用的反应器结构设计 低成本耐用电极的开发 组合工艺的优化
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•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
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。
• 河湖池塘景观水净化： 河流、湖泊、池塘富营养化水体除藻与提质治理。
• 循环水处理（减量化排放）
等离子处理高浓度工业污水效果图
从图中可以看出： 处理过的水样澄清透明，色度 上已达标； 水中的COD的去除率高达95%以 上，BOD的去除率在90%左右， 污水处理各项指标均已合格。
工业污水处理流程图
处理工艺
传统工艺
优点
耗电能低；投资低；无噪声
等离子组合工艺
处理成分复杂、难降解的高浓度 有机废水效果显著，且出水水质 稳定；全套处理设施占地面积小； 不受外界影响，设备运行稳定。
缺点
处理速度慢、周期长，效果不稳
定；受外在自然条件影响产生事 运行时有噪音；操作要求严格 故损失严重；占地面积很大。
未来的发展趋势
微波放电等离子体 高压脉冲放电等离子体
研究现状
等离子体类型
废水类型
高压脉冲等离子体
染料废水、垃圾渗滤液、焦化废水（含氰化物）、荧 光增白剂废水、特定环境中饮用水；
TNT（2，4，6-三硝基甲苯）、苯酚、苯胺、硝基苯 等水溶液。
滑动弧等离子体
印染废水、纺织废水、塑料和橡胶废水、啤酒废水、 皂化废液；
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。
(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。
滑动弧等离子一生化法结合的联合降解的工艺流程图 滑动弧放电等离子体-国内生化法降解有机废水的研究
实验结论
未经滑动弧处理的实际印染废水生化降解效果
经滑动弧处理5min的实际印染废水生化降解效果
经滑动弧处理10min的实际印染废水生化降解效果
滑动弧等离子体-生化法工艺优势及不足
优势： • 工艺投资成本和电极更换成本较低； • 占地面积小； • 工艺简单易于控制、高效、快速； • 降低废水的生物毒性，同时提高废水的可生化降解性。 存在的问题： • 等离子体工艺耗电量大、处理成本高，造成整个联合工艺
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)。
• ·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
垃圾渗滤液
实验结论
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52.4%， BOD降低了55.3%，PH值基本保持不变。
滑动弧等离子体