微气泡两相流高压脉冲等离子体（MTHP）深度处理印染废水研究

The energy efficiency of non-thermal plasma wastewater treatment technology by in situ gas phase discharge should be higher than that of the ex situ technique, such as O3, the energy efficiency of ozone generator is only 5-12%. Because for the in situ process, except O3, all the short-life active species, such as •O, •O2,•OH, UV, strong electric field and shock wave etc. can be used for the pollutant removal. But the in situ non-thermal plasma technology has not been applied for the full-scale wastewater treatment until now, only because of the bottleneck of the low gas-liquid mass transfer efficiency. This project will combine the microbubble technology with the gas-liquid two phase high-voltage pulsed discharge plasma through generating non-thermal plasma inside the microbubbles. The microbubbles survive much longer in water than the millimeter or centimeter bubbles, and they disappear under water (the millimeter or centimeter bubbles perish on the water surface). During the shrinking and perishing of microbubbles, high temperautre, high air pressure and high ions concentration will happen inside the bubble or on the bubble surface, these extreme phenomena have been proved to be able to generate radicals and enhance the gas-liquid mass transfer. The recalcitrant and non-biodegradable dye and addictives and the secondary effluent are chosen as the target pollutants in this project, their removal mechanism, degradation pathway and the energy efficiency will be explored. For the textile industry the research results will throw a new light to the advanced treatment of the dyeing wastewater under the macro environment of "raising standard" and "water recycling" through the whole country.

原位气相放电低温等离子体水处理技术比非原位气相放电等离子体技术——O3的能量利用率要高（O3发生器的能量利用率只有5-12%），因其能够原位利用等离子体放电产生的除O3外的•O、•O2、•OH、UV及强电场、冲击波等短寿命活性粒子和各种物理形式的能量。而限制该技术在水处理领域工业化应用的瓶颈是其气液传质效率低。本项目将微气泡技术与气液两相流高压脉冲等离子体技术结合起来，通过在液相中的微气泡内放电产生低温等离子体，利用微气泡在水中的存活时间长及其在液下缩小溃灭的瞬间可以产生局部的高温、高压、高离子浓度的特性增加自由基产率并提高低温等离子体的气液传质效率。本项目将以印染废水二级生化出水及难生化去除的染料和助剂为处理对象，明确该技术对目标污染物的去除机理并阐明该技术的能量效率。本项目的成功实施将对我国纺织印染行业应对当前“提标”及“回用”新形势下的印染废水深度处理提供新思路。

受处理成本和二次污染的制约，印染废水二级生化出水及部分工业废水所含污染物质难以通过物化、生化等组合工艺实现经济有效去除。而低温等离子体水处理技术本身不需投加任何化学药剂，通过原位利用等离子体所产生的活性粒子及超声、紫外、空化等能量形式可以提高高级氧化技术的能量利用率，结合微气泡技术可进一步提高其气液传质系数，实现等离子体所产生自由基和活性粒子的充分利用。本项目研究了微气泡两相流高压脉冲等离子体技术（microbubble gas-liquid two phase high-voltage pulsed discharge plasma, MTHP）对难生物降解的苯胺、苯酚、糖皮质激素及含卤素的有机物的去除效能和机理。.研究结果发现，该耦合技术可以实现上述污染物的高效去除。对苯胺、苯酚及糖皮质激素等物质的去除，MTHP所产生的羟基自由基起主要作用；而对含卤素有机物的去除，MTHP所产生的电子起主要作用。不同活性粒子的最适pH也不同：对于以羟基自由基为主要氧化基团的系统，pH在6.9-9.2的范围内污染物去除效果较好，说明氢氧根离子在等离子体产生的电子的作用下能够生成羟基自由基，而过高浓度的氢氧根离子则会湮灭羟基自由基；对于以电子为主要活性基团的反应系统，pH在3.0-4.0范围内污染物去除效果较好，而且在pH较低的条件下，电子所生成的“水合电子”会与质子反应，生成氢自由基，因此，氢自由基在碳卤键的断裂过程中起了一定的作用。.此外，水基质成分的变化会对MTHP对有机物的去除产生影响，常见的阴离子，会对目标污染物的去除产生抑制作用，而Cl-对二氯乙酸的降解表现出促进作用，对PFOA的降解无明显影响，对苯胺及苯酚等物质，抑制效果依次为：CO32->SO42->H3PO4-，而水中常见的阳离子均对污染物降解表现出促进作用。但是不同水基质（地表水、地下水、自来水、二沉池出水及去离子水）条件下，与去离子水基质背景相比，MTHP对污染物的去除率都会有不同程度的下降，但是去除率波动不大（去除率变化最大不超过23%），说明该技术适用于大多数水基质。