【文章內(nèi)容簡介】 有毒有害的生物難降解污染物的去除[15]，以及殺菌消毒，除藻類水體微生物[16]。該技術(shù)在有機(jī)物降解過程中以產(chǎn)生強(qiáng)氧化性化學(xué)反應(yīng)的羥基自由基為主，輔助物理作用，如紫外光解效應(yīng)，超聲空穴，高溫?zé)峤獾?。因此，普遍認(rèn)為是一種新型的高級(jí)氧化技術(shù)[1718]。液相放電的本質(zhì)與氣相放電相同，區(qū)別在于氣相放電的介質(zhì)主要是氣體或是以液體為分散相而均勻分散于氣體的混合介質(zhì)，而液相脈放電的主要介質(zhì)是液體。脈沖電暈技術(shù)的特點(diǎn)是：采用高壓脈沖電源，脈沖電壓的上升前沿極陡(幾十至幾百納秒)，峰寬窄(幾微秒以內(nèi))，在極短的脈沖時(shí)間內(nèi)電子被加速而成為高能電子，其他質(zhì)量較大的離子由于慣性大在脈沖瞬間內(nèi)來不及被加速而基本保持靜止。因此放電所提供的能量大多用于產(chǎn)生高能電子，能量效率較高。與其它放電方式相比，脈沖電暈還具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①脈沖電暈可以獲得較高的脈沖峰值電壓，而不象直流電暈?zāi)菢釉谏愿叩碾妷合氯菀走^渡到火花放電，其活性粒子濃度可比直流電暈提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)；②由于在高壓作用下電暈區(qū)較大及放電空間電子密度較高，同時(shí)空間電荷效應(yīng)也較明顯，使電子在反應(yīng)區(qū)內(nèi)分布趨于均勻，所以其活性空間比直流電暈大的多。③由于電子密度大、分布廣，反應(yīng)器可以設(shè)計(jì)為較大空間，以允許反應(yīng)器的制造誤差要求放寬。脈沖電暈放電可以用于產(chǎn)生液相放電，水溶液中脈沖電暈放電作用可以產(chǎn)生H、OH等自由基，隨著放電的進(jìn)行，水(溶液)的電導(dǎo)率升高，H自由基的產(chǎn)生量下降，而OH自由基卻先上升后下降，并在電導(dǎo)率為10us／cm處達(dá)到極大值[19]。在本研究中，擬采用脈沖電暈放電法與生化處理法協(xié)同技術(shù)處理鉆井液污水。脈沖電暈放電處理鉆井液廢水的依據(jù)是等離子體的化學(xué)反應(yīng)過程。等離子體空間富集的離子、電子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基，提供了極活潑的反應(yīng)性物種。這些活性物種在通常的化學(xué)反應(yīng)中不易得到，但在等離子態(tài)卻可持續(xù)地產(chǎn)生，而且是靠電子動(dòng)能激發(fā)的，從而產(chǎn)生高活性物種。液相放電產(chǎn)生的等離子體主要是：?OH、?H、?O、?H02等自由基，另外還有大量強(qiáng)氧化性物質(zhì)如：0H202等。可能發(fā)生的反應(yīng)如下：H2O→OH?+H?O 2→O??OH+?H→H2O?OH+H2→H2O+?H?OH+H2O2→H2O+?HO22?OH→H2O2R1R2→R1?+R2?式中R表示鏈烴。產(chǎn)生的這一類高活性物種在放電化學(xué)過程中起著特別重要的作用，從而使并行地進(jìn)行多種化學(xué)過程成為可能，如激發(fā)分子解離、離子分子反應(yīng)、激發(fā)能傳遞、慢電子溶劑化以及它們之間也發(fā)生反應(yīng)等。脈沖電暈放電所產(chǎn)生的非平衡等離子體，因?yàn)槊}寬小，脈沖前沿上升時(shí)間短，能量基本上不消耗在對產(chǎn)生自由基無用的離子加速遷移上，而是作用在自由電子上，使其具有形成高活性自由基所需的能量，促進(jìn)鉆井液廢水中的各類有機(jī)物有害物質(zhì)的激發(fā)裂解或電離。同時(shí)，脈沖電暈放電產(chǎn)生的紫外線、臭氧等多種效應(yīng)也會(huì)對有害物質(zhì)起到降解作用。高壓脈沖電暈技術(shù)應(yīng)用于廢水處理是水化學(xué)與高電壓技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，其基本原理為：在兩極間施加的脈沖高電壓產(chǎn)生電暈放電作用于周圍介質(zhì)，放電產(chǎn)生臭氧、活性強(qiáng)氧化物質(zhì)(OH、O等自由基及OH2O2)、紫外光等，這些活性粒子的強(qiáng)氧化性使難降解有機(jī)污染物被氧化成低毒(或無毒)的小分子物質(zhì)，且等離子體產(chǎn)生的紫外光還可通過光的催化氧化增強(qiáng)處理效果，達(dá)到將有機(jī)污染物質(zhì)降解的目的。生化法是利用微生物降解代謝有機(jī)物為無機(jī)物來處理廢水。通過人為的創(chuàng)造適于微生物生存和繁殖的環(huán)境，使之大量繁殖，以提高其氧化分解有機(jī)物的效率。在野外作業(yè)時(shí)，可以利用自然界廣泛存在，以有機(jī)物為營養(yǎng)物質(zhì)的微生物來分解污水中處于溶解狀態(tài)和膠體狀態(tài)的有機(jī)物，并將其轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等穩(wěn)定無機(jī)物。本章介紹了高壓脈沖電暈放電非平衡等離子體發(fā)生機(jī)理和非平衡等離子體內(nèi)部主要特征。分析了液相高壓脈沖電暈放電形成的非平衡等離子體中，高能電子與其他離子、自由基、及中性分子之間的相互過程。同時(shí)，對電暈放電等離子體中自由基的生成，自由基污染物反應(yīng)過程作了進(jìn)一步的討論。認(rèn)為自由基通過與污染物及其他背景分子相互碰撞在短時(shí)間內(nèi)消亡。自由基與污染物的反應(yīng)其有無選擇性的特點(diǎn)，說明脈沖電暈非平衡等離于體屬于高級(jí)氧化技術(shù)的一種，是一種很有前途的鉆井液廢水處理新技術(shù)。因此對于含有大量的復(fù)雜高分子化合物、油、懸浮物、重金屬、氯化物、酚類和表面活性劑等難于生化降解的鉆井液廢水，采用脈沖電暈放電法與生化處理法協(xié)同技術(shù)處理不僅可以實(shí)現(xiàn)治理達(dá)標(biāo)排放，而且具有很好適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)效益，具有很好的推廣性和發(fā)展?jié)摿?，為移?dòng)靈活車載化治理鉆井液廢水打下了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。討論了高壓脈沖放電產(chǎn)生非平衡等離子體的放電方式，在此基礎(chǔ)上對反應(yīng)器以及電極進(jìn)行了探討。在吸收借鑒前人成果的基礎(chǔ)上，對電極進(jìn)行了改進(jìn)，提出了本實(shí)驗(yàn)將要應(yīng)用的三相電極，對反應(yīng)器以及電極的一些參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。3 實(shí)驗(yàn)裝置、流程和測量方法本文所采用的試驗(yàn)裝置由高壓脈沖電源，反應(yīng)器，水循環(huán)系統(tǒng)、進(jìn)(排)氣系統(tǒng)及測量系統(tǒng)五部分組成。脈沖高壓由高壓脈沖電源提供。高壓脈沖電源工作原理為：輸入單相交流電220V后經(jīng)高壓變壓器升到一定高壓再整流而得直流高壓輸出，直流高壓再給負(fù)載充電，使負(fù)載獲得脈沖高壓（040KV可調(diào)）。高節(jié)機(jī)器的脈沖頻率旋紐可以調(diào)節(jié)脈沖頻率（50Hz1KHz可調(diào)）。 放電實(shí)驗(yàn)裝置示意圖反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，內(nèi)附環(huán)形的不銹鋼板作為接地極，中心軸由不銹鋼管電極棒和針頭構(gòu)成，作為高壓放電極。電暈反應(yīng)器是脈沖放電降解有機(jī)物反應(yīng)的核心部分，它包括輔助電極、工作腔、放電電極等部件。放電電極為不銹鋼及金屬鐵材質(zhì)，脈沖放電的峰值電壓由脈沖電容器決定。（a） 實(shí)驗(yàn)裝置－實(shí)物圖（b）針筒式放電結(jié)構(gòu)圖水循環(huán)系統(tǒng)由大氣壓力帶動(dòng)，循環(huán)于反應(yīng)器與儲(chǔ)液容器之間，出水端設(shè)置一個(gè)可控的水龍頭，存儲(chǔ)廢液并方便取樣。進(jìn)(排)氣系統(tǒng)主要由氣體鋼瓶、閥門、電極棒以及出氣口組成。測量系統(tǒng)主要由排水閥排除，然后用QCOD2H型化學(xué)需氧速測儀測取。實(shí)驗(yàn)裝置如上圖所示的反應(yīng)器中加入一定量的鉆井廢溶液，實(shí)驗(yàn)時(shí)，由空壓機(jī)向反應(yīng)器底部鼓入空氣，空氣在溶液中形成無數(shù)的小氣泡，在兩電極間形成了以液體為連續(xù)相，氣體為分散相的空氣電介質(zhì)。在溶液中，氣泡的存在有利于引起氣泡局部放電，最終導(dǎo)致在曝氣過程中氧氣在高壓脈沖放電的作用下產(chǎn)生臭氧，由放電初始階段的活性自由基氧等離子體與氧氣反應(yīng)生成，具體的反應(yīng)如下：O2+ev→2O (O2在高壓放電下離解成O自由基)O+O2→O3 (O自由基與O2反應(yīng)生成O3)（1）準(zhǔn)確測定鉆井液廢液原始的CODcr；（2）取3L鉆井液廢液于反應(yīng)器內(nèi)；（3）打開氣源，控制氣流流量，使反應(yīng)器內(nèi)溶液均勻，待氣體、液體流動(dòng)速度穩(wěn)定；（4）由空壓機(jī)通入空氣，同時(shí)施加設(shè)定值的高壓脈沖電壓，進(jìn)行電暈放電；（5）每隔一定時(shí)間（10min）取液并測定其CODcr；（6）更換不同的爆氣率、電壓、Fe2+等因變量，做多組平行實(shí)驗(yàn)。藥品前期處理：1）重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取預(yù)先在120℃，移入250ml容量瓶，稀釋至標(biāo)準(zhǔn)線，搖勻。2）硫酸硫酸銀溶液：于500ml濃硫酸中加入5g硫酸銀。放置12d，不時(shí)搖動(dòng)使其溶解。3）聚丙酰胺溶液：，緩慢加入500ml蒸餾水中，并不停的經(jīng)行攪拌，使其完全溶解并均勻。另外配制陰離子和陽離子型的聚丙酰胺備用。4）Fe2+：； mmol/l； mmol/l的溶液。5）把濃硫酸配置成20%的硫酸，用于酸化鉆井液廢液。測量方法：取原液于桶中，稀釋10倍（體積比）后加入硫酸，用pH試紙粗測廢液pH使其PH在23左右。測量裝置：由深圳市昌鴻科技有限公司生產(chǎn)的QCOD2H型化學(xué)需氧速測儀(CODcr測量儀)。CODcr測定步驟：1）開機(jī)預(yù)熱一定時(shí)間，使消解器自動(dòng)升溫到165℃；2）分別移液管移取蒸餾水（空白），（重鉻酸鉀），（硫酸硫酸銀），具塞搖勻。平行做3組。3）將消解管放入消解爐孔內(nèi)，待溫度降至設(shè)定值后按“消解”建經(jīng)行消解，消解10min，消解完畢后蜂鳴報(bào)警。4）取出消解管至試管架，自然冷卻一段時(shí)間后，再水冷至室溫。待其冷卻至室溫，用CODcr儀器測取COD。5）按“查詢曲線”鍵，利用箭頭選擇所需的標(biāo)準(zhǔn)曲線序號(hào)，按“確認(rèn)”鍵確認(rèn)。6