等离子技术应用剖析.pdf

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1、第四章 国内等离子体水处理应用状况 国内对等离子技术的工程应用研究主要是超声实验室，超等实验室于2008 年成功制出世界第一个等离子水上放电设备。实验表明：同样功效的水体氧化作 用，水上等离子技术耗能只有臭氧机的1/10。在大气压下，等离子直接在空气和 水体两相的临界点放电， 大面积的水上等离子放电产生后，水体、气体和等离子 可产生临界效应，使得水上等离子通道同时带有超声波和紫外线，形成高效的 AOPs组合。 超声等离子技术具有以下技术特点：1）低温大气压等离子技术的瓶颈突破， 解决低温等离子目前只能在真空或者惰性气体环境下的加工技术，极大降低等离 子应用的经济成本； 2）独创性地实现了水上等

2、离子大面积稳定放电、等离子水 中均匀放电，从而实现等离子行业应用的突破；3）等离子能量从超声波纵向机 械传递穿透皮肤深层， 有效杀灭真菌等微生物， 具有减少创伤、 无菌选择性等优 点；4）高能量技术的精确控制，实现在人体可直接接触范围内，等离子稳定放 电模式，实现纳米级细胞定位融化技术，为癌症晚期提供一种有效的技术手段。 而目前水处理系统的处理瓶颈：1）高浓度工业有机废水无法正常生化；2） 污水处理末端废水残余 COD无法将至排放标准； 3）反渗透过滤装置进水水质控 制困难； 4）大型池塘湖泊无法控制蓝藻的爆发；5）饮用水处理成本居高不下。 超声等离子实验室通过对等离子水处理的研究，已试用的主

3、要超高浓度污水如表 X所示，且将等离子技术应用到等离子直饮处理、等离子医院污水消毒处理、水 上等离子除藻机、 AMBR 低浓度污水处理系统、工业冷却循环水处理。 废水名称主要处理难点 糖蜜/木薯酒精废液含有大量硫酸根，胶体，难以生化 玫瑰红染料废水难以脱色， COD去除困难 垃圾渗滤液成分复杂，超高浓度 COD难以降解 间氨基苯磺酸 /间硝基苯磺酸废水色度无法去除（发达国家禁止生产） 造纸废水纤维素，木质素等胶体难以降解 橡胶促进剂制造废水盐分和氯离子阻碍生化 聚硫橡胶制造废水成份难以降解 纤维板制造废水胶体和大分子有机物成分难以降解 制药废水（如抗生素，中间体）主要成分无法生化或破环生化反应

4、 表X 超声等离子技术已试用的主要超高浓度污水 废水名称原水浓度 mg/L 处理后 mg/L 去除率反应时间 印染废水脱色800倍色度20倍91% 0.2h 镀银含氰废水CN-=52.0 0.2 99.9% 0.5h 生活废水CODGr=156 59.1 62% 0.5h 洗涤CODGr=488 46.6 90.5% 1.0h 电镀综合废水CODGr=268 76.6 71.4% 1.0h 印刷油墨废水CODGr=668 73.1 89.0% 1.5h 喷漆喷油废水CODGr=4568 352 92.3% 6.0h 表X 各类废水处理典型数据表 第一节等离子直饮处理 传统直饮水处理设备存在以下

5、瓶颈问题：1）滤芯昂贵，水质不好时更换频 繁，使用成本过高； 2）出水保障困难，膜出水无法完全保障水质安全，如果添 加臭氧，紫外线等设备则既难以显示性价比优势，且可能导致二次污染。 等离子 嵌入指引水处理设备通过水上等离子预处理，在微滤之前， 去除自来水中余氯的 同时消除水中部分有机物，激活水能量，延长下一级滤芯寿命200%以上，接着 通过等离子末端处理，在RO膜分离之后，杀菌消毒，去除剩余微污染物质，活 化水质，增强口感， 最终保障处理后的直饮水安全。运用直饮水处理设备有着以 下优点： 1）高级氧化处理能彻底氧化剩余的有机物COD；2）等离子屏蔽自来 水中的余氯，保护滤芯不受氯离子腐蚀，延长

6、寿命；3）最强的杀菌效果，迅速 杀死一些细菌、霉菌和病毒；4）减少了过滤程序。等离子指引处理工艺的流程 如下图所示： 第二节等离子医院污水消毒处理一体机 医疗废水曾经多次引起公众关注，医疗费水的排放对水资源造成的危害巨 大，已经成为危害群众健康的一个“ 源头” ；部分地区真正能够达到国家排放标准 自来水水上等离子预处理微滤等离子杀菌RO 膜反渗直饮水 工艺流程 的只有屈指可数的几家医院。目前，法律的不规范，环保意识的薄弱，造成了医 疗费水直排和各大医院存在的“ 高污染，低治理 ” 现状。根据相关资料，与工业废 水相比，医疗废水对环境的影响更大，危害也更大。医院在运行过程中，不可避 免地产生了具

7、有直接或者间接感染性、毒性以及其他危害性的废水， 这些废水的 来源决定了其成分复杂性， 涉及多种生物性、 化学性或放射性污染。医疗废水 中除含有大量的细菌、 病毒、虫卵等致病原体外， 还含有化学药剂和放射性同位 素，具有对空间污染、 急性传染和潜伏性传染的几大特征。如果含有病原微生物 的医疗污水，不经过消毒、灭活等无害化处理，而直接排入城市下水道，往往会 造成水、土壤的污染，严重的会引发各种疾病，或导致介水传染病的暴发流行。 等离子医院污水消毒处理一体机是医院污水杀菌处理的最新高科技终端设 备，具备自动化处理，安全耐用。降解有机物COD达标和消毒达标两大功能合 为一体。通过高能量的等离子点击水

8、体， 水中产生大量强氧化微粒羟基自由 基 OH，对水中有机物进行高级氧化反应和杀菌处理：1）其中超等 AOP发生的 羟基自由基具有 402.8MJ/mol反映能，高于有机物中各类化学键，如C-C、C-H、 C-O、H-O、N-H，能迅速有效地分解水中的有机物，再加上其他活性物质（O3） 的协同作用，效果更加迅速；2）同时具有有抗菌和杀菌效应：细菌的生长与繁 殖需要有机营养物质， 而等离子产生的活性羟基能分解这些有机营养物，抑制细 菌增强和发育， 从而在很大程度上减少了细菌数量，达到抗菌和杀菌的目的； 3） 彻底的杀灭性： 能使细胞失去活性， 但细菌被杀死后， 可释放出致热和有毒的组 分如内毒素

9、。内毒素是致命物质，可引起伤寒，霍乱等疾病。羟基自由基不仅能 杀死细菌，还能同时降解由细菌释放出的有毒复合物。 超等AOP技术处理医院污水前指标与处理后污水指标如图X所示，以及二氧 化氯、臭氧、等离子消毒机技术对比表X（按日处理水量 30吨计算） 。 表X 等离子医院污水消毒处理一体机处理前后水质参数 技术指标 对比项目 二氧化氯臭氧等离子消毒机 消耗材料次氯酸钠和盐酸无氧化维护剂 需要处理时间10 分钟510 分钟12 分钟 对细菌的有效性有有有 对病毒的有效性一般有有 设备投资（ 30 吨/天）12 万元（不含控制余氯 系统） 48 万 （包括分 子筛） 3 万3.5 万 运行费用 0.4

10、 元1.096 元/吨（按投 加每吨 40g 消毒剂） 1.48 元/吨(按 每吨投加40g 消毒剂和混合 系统 ) 0.33元/吨(按每吨投 加的氧化维护剂和 电费 ) 药剂 获得难以程度 难 （盐酸为公安部控制的 危险品，不易购买） 易（氧化维护剂） 危害程度 强 （盐酸容易腐蚀设备，造 成管道堵塞） 无 存放难易程度难易 余量的控制及影响难 (二氧化氯余量不够，就 没有持续的杀菌能力；过 量的二氧化氯会对人体 有毒害。 ) 易 能耗一般高低 杀菌能力一般较强最强 持续的杀菌能力有无有 除臭能力一般（消毒后还残留氯气 的味道） 强最强 是否二次污染有(二氧化氯制备时会产 生卤化物，有致癌作

11、用) 无无 pH、温度、压力、光线 的影响 较小较小无 表X 二氧化氯、臭氧、等离子消毒机技术对比表 第三节水上等离子除藻机 针对水体需要移位处理而专门设计的一种除藻一体机，将水上等离子技术与 其它辅助工艺技术相结合， 将系统几个部分功能有机结合， 以超声波作为预处理， 水上等离子为主处理，并辅助紫外线（UV）催化氧化技术，使系统处理能力更 强，处理效率更高。工作原理为：1）水上直接产生高能量等离子可以对水面的 藻类进行高温的电击和燃烧，瞬间消灭水体表面的污染物和藻类；2）水体表面 直接产生氧原子 （O） ，臭氧（O3）可消灭水体藻类腐殖的臭味和产生的细菌；3） 水体因等离子的轰击，直接产生唯

12、一可溶于水的强氧化剂羟基（?OH自然界 第二强的氧化还原能力） ，可以存在水中长期有效杀灭单细胞的藻类，病毒和细 菌；4） 产生大量紫外线（ UV ） ，这些紫外光对水下的污染物有抑制作用；5） 高频脉冲电冲击底部的藻类，使其死亡；6）利用超声波的机械和空化作用对藻 类产生藻体破碎、细胞灭活、生长抑制等作用。 产品特点有： 1）迅速有效。在遭受蓝藻污染的1000立方米水中只需处理三 天就能清澈见底； 2）长期自洁能力，防止蚊蝇幼虫滋生。在经过水上等离子除 藻机处理后，水质可保持两个月，每两个月维护一次，水质保持十年；3）使用 中小规模的富营养化水域的除藻处理；4）处理成本低廉且维护简单。500

13、0立方 以上处理成本为 1元/吨至 5元/吨， 5000立方米以下处理成本为0.1元/吨至0.5元/ 吨，维护费用为 0.05元/吨。 下图为自来水与除藻处理后的池塘水金鱼放养对比；放养金鱼一天后可见自 来水(图左)明显浑浊缸底聚集大量鱼粪；处理后的池塘水(图右)明显清澈并未发 现鱼粪。 图X 自来水与除藻处理后的池塘水金鱼放养对比图 第四节AMBR 低浓度污水处理系统 AMBR 低浓度污水处理系统超等实验室结合等离子水处理技术与生物膜技 术潜心研发而成， 是高级氧化与生化的经典结合， 专为低浓度与微污染有机废水 达标处理设计。工作原理为：1）等离子可提前降解可能对生物反应产生不利影 响的有机

14、物， 保护生物反应入水水质， 维持生物反应器的稳定运行。在入水水质 由于气温突变、 人为因素等发生改变或受到水体严重污染时，等离子预处理技术 就可以预防生物反应事故的发生。生化反应事故一般现象有： 污泥急速膨胀、 反 应池中产生大量泡沫等。 等离子技术在本系统中也作为出水的最终质量保障；2） 在本系统中， 经过预处理的水将更易于生化。 生物膜技术将可以迅速的发挥最大 效果，将大部分剩余有机物降解。 图XAMBR 低浓度污水处理系统工作流程图 产品特点： 1）装备自动化控制系统，操作简便、可实现无人操作；2）本设备体 积小，占地面积少，可以常年使用，节约处理污水的成本，同时可以避免地域的 限制；

15、 3）本设备费用低，可以避免一些中小企业由于资金不足而难以维持废水 处理； 4）高级生物膜反应器的出水水质可长期稳定的保持在高水准，并且杜绝 了由于外界原因而产生的生物反应事故，有效降低设备维护时的时间、 人力和实 物成本。 图X等离子污水处理器 第五节生化系统等离子辅助设备 生化系统等离子辅助设备应用于生化水处理系统的预处理、中间处理与末端 深度处理， 维持厌氧、 好氧等生化水处理系统的稳定运行，确保最终出水质量满 足技术标准。 工作原理： 本技术运用等离子的高级氧化技术， 在高浓度污水和微污染污水治理方面凸 显优势： 1）对于高浓度、成分复杂、难降解的污水，生化系统预处理机利用系 统产生的

16、羟基自由基将污染物分子结构破坏或改变其结构，进而提高B/C，使整 个污水系统的可生化性大幅提高；以生化处理系统的预处理、 中间处理与终端深 度处理为主， 嵌入和配套生化工艺流程， 维持厌氧、 好氧等生化水处理系统的稳 定运行，确保最终出水质量满足技术标准；2）对于生化方法难以降解或色度难 以去除的微污染污水， 借助于系统中强氧化性能的羟基自由基反应常数大，选择 性小，与反应物浓度无关，甚至可以降解10-9数量级的污染物的特点，将微污染 物直接化成无害物质或矿化成无机盐，达到最终去除剩余有机物与色度的目的。 第六节工业循环冷却水处理机 工业循环冷却水一般问题有：1）冷却水长期循环导致管道、阀门结

17、垢，造 成阻塞；2）冷却水易滋生细菌、 病毒以及藻类， 水质变质后对设备造成损害； 3） 冷却水长期循环流经的设备金属部位具一定的腐蚀作用。 等离子工业循环冷却水处理机处理原理：1）等离子在水体中产生的强氧化 微粒可形成有效的阻垢机制， 防止循环水结垢的发生； 2） 本机的高级氧化技术 可使循环水水体难以形成富营养化环境，彻底杜绝循环水细菌、 病毒和藻类的滋 生；3）本机利用强氧化微粒对金属表面的钝化作用，使金属管道形成防腐保护 层；4）可以脱原垢，系统不须定期清洗。采用传统药剂法处理的循环冷却水系 统，通常要定期采用一定方法清洗，而不论是采取在线或间歇清洗，都会对生产 造成一定的影响， 而且

18、目前的一些清洗技术适用性较差，对有的系统并不能达到 很好的清洗效果。 而高级氧化集清洗与水质稳定于一身，可大大减轻运行和管理 上经济和维护方面的压力。 图X 工业冷却循环水处理流程图 第七节游泳池循环水处理系统 产品功能及原理有： 1）运用水上等离子处理技术，在组合系统中产生持续 氧化能力极强的活性微粒，这些活性微粒能够彻底地灭活游泳池水体中的病毒、 细菌； 2）水面等离子放电过程中伴随产生大量的紫外线，在紫外光辐射下，部 分有机物的键发生断裂而直接分解，而水中臭氧在紫外光辐射下， 分解成更强氧 化能力的羟基自由基，增加了对水中有机物的氧化能力和速度。因此，水中污 染物被高效、快速处理； 3）

19、 由于紫外光辐射的作用，水中的臭氧多数转化为羟 基自由基，并且紫外线对水中剩余的臭氧有分解和破坏作用；同时，臭氧在水 中增强水中官能团的含氧量， 水中的溶解氧得到提升， 利于氧化后的污染物沉降 分离，确保水质的澄清， 并且使处理后水中剩余臭氧的浓度低于国家安全排放标 准。再有，紫外光辐射与臭氧相结合，能使氧化速度提高10100 倍，因此大大 提高了消毒效率； 4）以上物理、化学的协同作用下，系统能高效、快捷将污染 物氧化成 CO2、H2O和无机盐。处理后的循环水再经后续的过滤器予以吸附而去 除，从而使池水清澈发蓝、透明度好、池水无刺激性、无异味，对眼、皮肤和头 发无伤害，并能使游泳池周围的空气清新和游泳者有舒适感，延长了泳池水使用 周期。