Question

脉冲放电污水处理的机理是什么？

Answer 1

从化学角度看，高压脉冲放电处理焦化废水的依据是等离子体的化学反应过程。等离子体空间富集的离子、电子、激发态的原子、分子和自由基，提供模衡郑了极活泼的反应性物种。纳秒脉冲电晕放电所产生的非平衡等离子体，因为脉宽小，脉冲前沿上升时间短，其能量基本上不消耗在对产生自由基无用的离子加速迁移上，而是作用在自由电子上，使其具有形成高活性自由基所需的能量，促进焦化废水中的氰化物、酚等有害物质的激发裂解或电离。同时脉冲电晕放电产生的紫外线、臭氧等多种效应也会对有害物质起到降解作用。由于放电等离子体中存在大量高能电子(2～20eV)和臭氧，并不断辐射紫外线，这三种因素对废水协同作用产生大量的活性自由基，有如下反应：

焦化废水的pH=9.45，溶液中H较少而OH大量存在，通过反应式(1)-(6)在溶液中产生很多氧化能力极强的.OH和O3，能有效的氧化溶液中的污染物分子。

高频脉冲电处理焦化废水的工作原理水网博客——水业思想的集散地！3J7F(?xJU/[x
作为处理焦化废水的连续式电解氧化技术,该技术由于效果好、费用低和操作方便而受到格外青睐。电极氧化基本原理可分为2个部分,即直接氧化和间接氧化。

直接氧化作用通过两种途径在电极表面发生电催化降解，其一是与电极表面的羟基自由基作用，称为电化学燃烧过程；其二是被电极表面生成的过氧化拦没物所氧化,称为电化学转化过程。电化学燃烧过程有利于水体中的有机物被彻底矿化为CO2和H2O,体现为溶液中的TOC和COD的有效降低。电化学转化过程可有效实现芳香族化合物的开环反应,但对小分子有机物的催化氧化能力较弱,对溶液中的TOC和COD的去除率较低。

直接氧化作用的原理是通过电化学作用在溶液中产生羟基自由基(·OH) ,由于·OH具有很高的氧化还原电位( E0 = 2180 V) ,具有很强的氧化活性,从而通过一系列的链式反应,破坏有机物结构,使有机物降解。直接氧化的电极反应式如下:

　　此外，还有旦颂间接氧化作用是指添加于废水中的Cl - (NaCl)在阳极放出电子而生成的初生态氯[Cl ] ,初生态氯[Cl ]很不稳定,具有很强的氧化能力,可以与任何有机物发生氧化反应,从而氧化分解废水中有机物，反应式如下:

经过上述反应生成了一系列的自由基，羟基自由基是最活跃的氧化剂之一，其氧化还原电位为：·OH+ H++ e H2O，φ0= 2.80V，在已知的氧化剂中仅次于F2。且具有较高的电负性或电子亲和能（569.3kJ），容易选择性地进攻高电子云密度点，·OH还具有加成作用，当有碳碳双键存在时，将发生加成反应。这些自由基具有强氧化性，

将电解槽与高频脉冲电源相连接构成电解体系，其进行的电解过程就是高频脉冲电解。电流从接通到断开的时间Ton为脉冲持续时间，也叫脉冲宽度，即电解的工作时间。电流从断开到接通的时间Toff为电解间歇时间或叫脉冲间歇。

脉冲周期为脉冲宽度和脉冲间歇之和，脉冲频率则是脉冲周期的倒数。设占空比为r，则r为导通时间（脉冲宽度）与脉冲周期之比：r= Ton /（Ton + Toff），通过改变占空比r的值，就可得到不同的节能效果。高频脉冲即不断地重复进行“供电—断电—供电”的高频率脉冲电解过程，使电解效率得到大幅度地提高。脉冲电解，通电时间小于电解处理总反应时间，铁的溶解量将少于直流电解时的溶解量。因此，脉冲电解与直流电解相比，由于施加脉冲信号，电极上的反应时断时续，有利于扩散、降低浓差极化，从而降低电耗。

电解槽内的电流是离子在电场作用下流动而形成的。在供电时间内，离子浓度会迅速降低；而在断电间隙时间内，离子浓度又会得到迅速恢复和补充。所以在脉冲供电方式下电流密度要比直流供电下的电流密度有所提高，这就使电解去污效果增强。

周期换向脉冲是在正向脉冲（阴极脉冲）后紧跟一个反向脉冲（阳极脉冲）。在电解过程中，如果施加周期换向的脉冲信号，既具备脉冲电解的特点，又由于两极均可溶，更有利于金属离子与胶体间的絮凝作用。同时两极极性的经常变化，对防止电极钝化也起到积极作用。这就是周期换向的脉冲电解新概念，在电镀领域已有应用，但在废水治理领域尚未见报道。脉冲电压通常在100~400V左右，相对直流供电的电压增大了不少。事实上，采用较高的电压，可以大大降低总电流强度和减少电解时间，从而提高电流效率，降低电耗、电解效果会更好。由于整个平均电耗降低，电流又不大，因此变压器不易发热，设备运行安全可靠。