《快脉冲放电等离子体有机废水处理系统》全解.doc

快脉冲放电等离子体有机废水处理系统 复旦大学刘克富教授团队采用快脉冲放电等离子体对有机废水进行无害化处理的技术（以下简称“本技术”），具有广阔的应用前景，但对其进行商业化运作需要有技术、知识产权和市场上的难题需要克服，本报告将整体描述这三个方面，以作为商业化的工作指导。 一.综述 根据废水内的污染物成分与含量的不同，需要采用不同的处理方式，按其作用原理可分为物理法、化学法、物理化学法和生物处理法四大类，污水中的污染物质是多种多样的，不能预期只用一种方法就能够把污水中所有的污染物质去除殆尽，一种污水往往需要通过几种方法组成的处理系统，才能达到处理要求的程度[1]。 快脉冲放电等离子体有机废水处理系统应当归为化学法中的一种，属于高级氧化技术,其在过程中产生氧化能力极强的羟基自由基?OH，使大多数难降解的有机污染物氧化降解为低毒或无毒的小分子物质。现有的高级氧化技术包括紫外、臭氧、双氧水以及它们混合使用等方法，这些氧化技术存在运行费用过高、氧化剂消耗量大等缺点，使其普遍推广应用受到限制。近年来，快脉冲放电等离子体技术用于难降解污染物处理已经被实验证明是一种行之有效的方法，受到国内外学者的广泛关注[2]。 快脉冲放电等离子体污水、废水处理新技术是集高能电子、臭氧氧化、紫外辐射于一体的全新概念高级氧化法。其原理是利用高压纳秒脉冲功率源在待处理污水中放电，产生大面积丝状放电通道，在放电空间迅速传播引起雪崩效应。由于放电瞬间释放高压脉冲大功率，在水中产生超强紫外光、臭氧和高能电子协同的“先进氧化处理”作用，在反应器中直接产生活性极强的自由基，通过自由基与有机化合物之间的聚合、取代、电子转移、断键等作用，使水体中的大分子、难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成CO2 和H2O ,接近完全矿化，达到降解、氧化、脱色、杀菌效果。 其技术优势表现在如下四个方面：一，多种物理效应协同“先进氧化处理”作用。快脉冲放电等离子体直接与污水大面积接触，直接产生活性极强的自由基，对污水进行高级氧化作用，具有不可替代的综合优势；二，工艺结构简单。可随时处理，不存在氧化剂生产和存储问题，也不存在二次污染的问题；三，处理效率、耗能低。快脉冲放电等离子体具有作用效果强，电能利用效率高，大部分能量用于有机物分解电离，而不是变成热量，具有能耗低的独特优势，因而使得该技术具有普遍推广应用价值；四，具有杀菌灭毒效果。由于放电产生超强紫外光、臭氧作用，对污水具有明显的灭菌消毒作用效果。 快脉冲放电等离子体高级氧化法未来首先将在中药废水毒性降解、农药毒性降解、医药抗生素等行业大幅推广。据刘克富教授介绍，目前他们的研究团队正在与北京同仁堂中药研究院合作，针对中药废水毒性降解开展研究。中药的需求量增大，导致炮制中药的污水也增加，而毒性废水不能和普通废水一起进行生化处理。中药过滤后的废水中含有大量有毒、甚至剧毒物质，1-2毫克川乌浸泡液就可致人死亡。通过对小白鼠和斑马鱼的动物实验，证实用快脉冲放电等离子体高级氧化法来降解中药毒性，效果可达95%以上。目前该研究还在进行中，下一步将加大推广力度。 二.关键问题 要产生等离子体放电，首先要解决好放电电源的问题。复旦大学刘克富团队研制成功的全固态高压脉冲功率源可以瞬间释放超大功率（MW量级），为其提供了充足的驱动源。 其次是放电电极的设计，高压脉冲放电方式按外加电压可分为交流、直流、脉冲三种；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。近年来各种放电方式在国内外得到了广泛应用[4]。 第三是污水处理系统的设计，连续和大流量的污水处理系统，需要根据其成本和产量作出合理的设计以满足需求，将实验室已经完成的原理性技术转化为工业应用层级的应用技术，尚需要更多地具体设计。 三.刘克富教授团队的技术优势 刘克富教授近年来参与负责完成国家重大项目神光III能源模块大型脉冲功率电源设计和研制，负责完成了华中科技大学教育部强磁场脉冲功率电源系统设计以及多项国防科研项目研究，在高功率电源技术方面具有深厚的沉淀。而快脉冲放电等离子体有机废水处理系统中，电源是其中最关键的环节。 以刘克富作为发明人检索中国专利，共有23件，经过人工筛选，与本技术相关的专利为如下5件。 主题名称 公开号 状态 1 全固态高压纳秒脉冲电源 CN101534071B 有效 2 纳秒脉冲放电等离子体处理难降解有机污水的设备 CN101565228B 失效 3 等离子体放电去除中药废水毒性的装置 CN103466747A 审中 4 具有正负脉冲输出的全固态高压脉冲电流源 CN103490661A 审中 5 具有单极性脉冲输出的全固态高压脉冲电流源 CN103618472A 审中 上述专利或申请以复旦大学为专利