摘 要:介质阻挡放电（DBD）低温等离子体是近些年来发展的一种新型高级氧化技术，具有操作简便、二次污染少等优点，在含有机污染物废水处理研究中得到了广泛的研究与应用。本文简述了不同结构水处理反应器的优缺点，综述了DBD处理溶液中有机物的效能，总结了均相、非均相催化DBD的研究现状。根据现有DBD技术在处理有机污染废水中的不足，指出反应器结构仍需进一步优化来减少热能消耗，催化DBD技术需考虑非均相催化剂的回收利用或处置。如何提高能量利用效率、降低成本、将技术推向工业化应用是今后的研究方向。
关键词:废水处理;介质阻挡放电;低温等离子体;催化
中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:

Research Progress of Organic Compounds Removal in Wastewater by Dielectric Barrier Discharge
Wu Haixia1, Chen Weigang1, Zhang Weiwei1, Yang Chenwei1
(1.College of Urban Construction, Nanjing Tech University, Jiangsu Nanjing 211816, China)
Abstract: In recent years, dielectric barrier discharge (DBD) has been widely studied and applied in the decomposition of organic pollutants dissolved in water. As a new advanced oxidation technique, it has the advantages of simple operation and few secondary pollution in the treatment of refractory organic pollutants. Here it is inducted the advantages and disadvantages of the DBD reactors with different structures. Besides, the research status quo of organic compounds treatment by single DBD, homogeneous catalytic and heterogeneous catalytic are summarized. According to the shortage of existing DBD technology in the wastewater treatment, the issues and the problems that need to be resolved in the future are proposed. The reactor structures will be further optimized to reduce the heat energy consumption and the recovery and utilization of heterogeneous catalysts will be considered in the catalytic DBD process. Improving energy utilization efficiency, reducing costs and industrial application are the direction of development in this field.
Key words: wastewater treatment; dielectric barrier discharge; non-thermal plasma; catalytic
高级氧化技术利用各种光、声、磁和电等物化过程产生强氧化性自由基，被广泛用于提高饮用水水质、工业废水的预处理和深度处理等工艺，在处理难降解有机污染物方面具有反应速度快、降解彻底、水质适用范围广等优点[[[] 吴晴,刘金泉,王凯,等.高级氧化技术在难降解工业废水中的研究进展[J].水处理技术,2015,41(11):25-29.]-[[] 鲁金凤,王冬,刘芳池,等.高级氧化技术控制消毒副产物生成势的研究进展[J].水处理技术,2014(05):5-9.]]。常用的高级氧化技术包括芬顿、UV、臭氧、超声波、低温等离子体及各技术间的联用等。其中，低温等离子体技术是一种新型的高级氧化技术，通过高压电极向特定反应器中注入能量，在气相或液相中产生·OH、·H、HO2·、H2O2、O3等氧化性物质，同时伴有高压电场、紫外光、冲击波和超声空穴等物理效应[[[] ELIASSON B. Nonequilibrium volume plasma chemical proeessing[J].IEEE Transaction on PlasmaScience,1991,19(6):1063- 1077.]-[[] 孙冰.液相放电等离子体及其应用[M].北京:科学出版社,2013:1-25.]]，与溶液中有机污染物分子发生多种物理、化学反应，对有机污染物进行降解和去除 [[[] 任兆杏,丁振峰.非平衡等离子体技术[J].自然杂志,1996,18(4):201-208.]-[[] LOCKE B, SATO M, SUNKA P, HOFFMANN M, CHANG J-S. Electrohydraulic discharge and nonthermal plasma for water treatment[J].Industrial & engineering chemistry research,2006,45(3):882-905.]]。与其它高级氧化技术相比，低温等离子体技术具有不需另外投加化学试剂、不需要化学试剂的存储设施和反应时间短等优点，近年来在国内外废水处理研究中得到了广泛地应用[[[] FOSTER J E. Plasma-based water purification: Challenges and prospects for the future[J].Physics of Plasmas,2017,24: 055501.]]。
根据放电产生的方式，低温等离子体分为电晕放电、火花放电、介质阻挡放电（Dielectric barrier discharge，DBD）、滑动弧放电、辉光放电以及微波放电等。DBD具有独特的微放电机制，使其可以在大气压或高于大气压条件下实现大空间均匀强烈的气体放电，操作范围较广，电极间的电介质可以防止放电空间内局部火花或者弧光放电的形成，处理过程较安全，被认为是产生低温等离子体的一种有效方法，是最有可能实现大规模工业应用的方法之一[[[] 张芝涛.大气压窄间隙DBD等离子体源与应用基础研究[D].沈阳:东北大学,2003.]]。DBD在材料处理、生物医学、环保等领域均有广泛的应用，在有机废水处理方面有突出的优势[[[] 王保伟,董博,刘震,等.非平衡等离子体降解废水中有机污染物研究进展[J].环境工程学报,2015,9(10):4613-4622.]]。本文重点介绍了DBD处理有机污染物废水的工艺形式和处理效能，对催化DBD技术的研究应用进行总结，并对其后续研究进行展望。
1.DBD废水处理反应器形式
国内外研究学者采用不同反应器对含有机污染物的废水进行了研究。常用的DBD结构主要有平板式、同轴式和筒板式等。
平板式是一种至少有一块绝缘板插在放电空间的一种放电形式，介质覆盖在电极上或悬挂在放电空间 [[[] 黄芳敏.介质阻挡放电非平衡等离子体降解亚甲基蓝溶液及其体系气液相中活性粒子化学行为分析[D].广州:华南理工大 学,2013.]]。图1（a）为放电空间中插入了两块绝缘板，而图1（b）以被处理废水为接地电极，放电空间中只有一块紧贴高压电极的绝缘板。外加电压后，液体上方的空气被击穿放电，形成等离子区域。与之类似的装置包括高压电极为柱状[[[] WU H X, FANG Z, ZHOU T, et al. Discoloration of Congo red by rod-plate dielectric barrier discharge processes atatmospheric pressure[J].Plasma Science & Technology,2016,18 (5):500-505.]]、针状[[[] 方志,谈坚,杨静,等.多针－平板电极气液两相介质阻挡的放电特性[J].高电压技术,2016,42(3):731-738.]-[[] 孙玉.低温等离子体处理印染废水的效能及机理研究[D].上海:东华大学,2016.]]、线状[[] MAROTTA E, CERIANI E, SHAPOVA V, et al. Characterization of plasma-induced phenol advanced oxidation process in a DBD reactor[J].The European Physical Journal Applied Physics,2011,55:13811.]、网状和刀刃状[[[] 孙晶晶,徐楠,熊海波,等.不同电极结构气液两相介质阻挡放电特性比较[J].高压电器,2017,53(4):0079-0085.]]等。
作者：武海霞1，陈卫刚1，张微薇1，杨宸伟1