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2010年春季学期环境科学硕士研究生《高级水处理技术》课程试题回答下列问题1、高级氧化技术的特点（8分）高级氧化技术处理污染物时有如下特点：(1) 产生大量非常活泼的HO·，几乎无选择地直接与水污染物反应，存在寿命短；(2)它是一种物理-化学处理过程，反应条件温和，反应过程容易控制，以满足各种处理要求；(3) 既可作为单独处理手段，又可与其他处理过程相匹配，如作为生化处理的前后处理，可降低处理成本。
高级氧化技术（Advanced oxidation processes，AOPs）是20世纪80年代发展起来的一种用于处理难降解有机污染物的新技术。
它的特点是：（1）能产生大量非常活泼的羟基自由基·OH，其氧化能力（2.80 V）仅次于氟（2.87 V），·OH作为反应的中间产物，可诱发后面的链反应；（2）·OH能无选择地直接与废水中的污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和无害盐，不会产生二次污染；2、Fenton技术氧化机理（8分）Fenton试剂氧化机理近年来，随着对绿色工艺和清洁生产的日益重视，对于Fenton反应这种无二次污染的绿色水处理方法的研究很活跃，关于其反应机理的研究也取得了较好的成果。
当Fenton发现Fenton试剂时，尚不清楚H2O2与Fe2+反应到底生成了什么氧化剂具有如此强的氧化能力。
二十多年后，有人假设可能反应中产生了OH·，否则，氧化性不会有如此强。
因此，以后人们采用了一个较广泛引用的化学反应方程式来描述Fenton试剂中发生的化学反应：Fe2++ H2O2→ Fe3++ OH-+ OH•(3-1) 从上式可以看出，1摩尔的H2O2与1摩尔的Fe2+反应后生成1摩尔的Fe3+，同时伴随生成1摩尔的OH-外加1摩尔的OH•。
正是OH•的存在，使得Fenton 试剂具有强的氧化能力。
注：OH·可用电子自旋共振波谱仪（ESR）测定反应式(3-1)仅说明了OH•的生成，但关于Fenton试剂中的后续反应却没有定论。
等离子放电水的作用原理等离子放电水是一种通过将水中的溶解气体（如氧气、氮气、氢气等）转化为活性离子的技术，利用这些活性离子具有消毒、杀菌、除臭、去除污染物等作用的水处理技术。
等离子放电水的作用原理主要是通过电离作用产生活性离子，活性离子与水中的有机物、细菌、病毒等发生化学反应，从而达到杀菌消毒的效果。
其主要的步骤如下：首先，等离子放电水通过物理方法（如电解、雷射等）产生等离子体。
物理方法的具体方式有冷电释放、喷雾电击、电离灯、光催化杀菌等等。
这些物理方法都能够在一定程度上帮助活性离子的释放，进而实现水的消毒杀菌。
其次，等离子放电水中的活性离子与水中的有机物质发生化学反应，从而分解有机污染物质、异味物质等。
活性离子比一般的氧分子更具有较强的活性，能够迅速与有机物质发生氧化反应，使其氧化分解为二氧化碳和水。
这一步骤能够很好地去除水中的异味物质，提高水的口感。
另外，等离子放电水中的活性离子对于细菌、病毒等微生物具有较好的杀灭作用。
活性离子能够与微生物的蛋白质和核酸发生反应，破坏微生物的生物结构，导致其死亡。
此外，电离水分子中的氧元素也能与微生物发生反应，破坏其细胞壁或破坏细菌的DNA结构，达到杀菌消毒的目的。
相比传统的消毒方式，等离子放电水具有更快速、更高效的杀菌效果。
此外，等离子放电水还可以通过氧化作用去除水中的亚洲水螺等水生生物，减少水中有机污染物的降解期，同时还能减少有害物质对人体的危害。
对于一些需求高纯净水质的工业生产来说，等离子放电水也能较好地达到纯净水的要求。
总结来说，等离子放电水通过电离作用产生活性离子，并与水中的有机物质、细菌、病毒等微生物发生化学反应，从而达到杀菌消毒、除臭、去除污染物等作用。
它具有快速、高效、无污染、易操作等优点，并且在农业、家庭、医疗、环保等领域有着广泛的应用前景。
等离子体技术在各行业中的应用摘要：随着科技的进步，等离子体技术得到了飞速的发展，同时也在各行业中得到了广泛的应用，且变得越来越重要。
本文对等离子体技术在各行各业中的应用进行了简要阐述，同时对一些应用中的存在的问题进行阐述和给出一些合理化建议。
关键词：等离子体；应用1 引言等离子体是物质的第四态，在等离子体空间里含有丰富的离子、电子、光子、激发态的原子、分子及自由基等极活泼的反应性物种。
自20世纪70年代初以来,人们基于对等离子体中各种粒子化学活性的控制和利用，深入地探索物质在等离子体态进行化学反应的特征和规律性。
同时在化学合成、薄膜制备、表面处理、军事科学、精细化学品加工及环境污染治理等诸多领域，在原有工艺技术基础上巧妙而有效地引入等离子体技术，促成了一系列工艺革新和巨大的技术进步。
1.1等离子体定义等离子体(Plasma)是物质的一种部分电离的状态，是气体在加热或强电磁场作用下电离而产生的，主要由电子、离子、原子、分子、活性自由基及射线等组成。
被称为继“固、液、气”三态以外的新的物质聚集态，即物质第四态，因其中的正电荷总数和负电荷总数在数值上总是相等的故称其为等离子体[1]。
宇宙中99．9％的物质处于等离子体状态。
对于自然界中的等离子体有太阳、电离层、极光、雷电以及满天星斗等。
在人工生成等离子体的方法中，气体放电法比加热法更加简便高效，诸如荧光灯、霓虹灯、电弧焊等等。
图1.1给出了主要类型的等离子体的密度和温度的数值。
从密度为106个粒子/m3稀薄星际等离子体到密度为1025个粒子/m3的电弧放电等离子体，跨越近20个数量级。
其温度范围则从100K的低温到超高温核聚变等离子体的108～109K[2]。
1.1 各种等离子体的密度和温度1.2等离子体的分类等离子体可分为热力学平衡状态等离子体和非热力学平衡状态等离子体。
当电子温度Te与离子温度Ti及中性粒子温度Tn接近相等时，等离子体处于热力学平衡状态，称之为平衡等离子体(equilibrium plasma)或者热等离子体(thermal plasma)。
等离子体放电场中OH自由基的分布研究摘要：本研究在加湿的氧气背景下，采用脉冲电晕放电在DBD反应器中产生OH 自由基，并用数字相机对放电发光现象进行记录。
研究了脉冲峰值电压、脉冲频率、放电空间间距、气体湿度对OH 自由基产生的影响，研究了OH 自由基在放电电场中的分布特性。
结果如下：1）OH 自由基的发光量随脉冲电压峰值、脉冲频率的增大而增大，随气体湿度和放电空间间距的增大而减小；2）OH 自由基的发光强度与放电功率成正比；3）OH 自由基的发光在DBD放电空间中的分布除放电空间距离1.0 mm外，其它放电空间距离条件下趋于均匀分布。
关键词：OH自由基；DBD；发光分布特性；脉冲放电；放电功率Study on OH Radical Distribution in Plasma Discharge Field Abstract:In this study we use pulsed corona discharges to generate OH free radicals in a dielectric barrier discharge (DBD) reactor producing from humidified oxygen, the luminous phenomenon due to discharges was recorded using a digital cameras to. The influences of peak values of the pulse voltage, pulse frequency, discharge gap, and gas humidity on the luminous phenomenon of OH free radical, and the distribution characteristics of OH free radicals in the discharge field are investigated. Main results are as follows: 1) the luminous intensity of OH free radical increases with the increased in peak values of the pulse voltage and pulse frequency, but decreased with increasing gas humidity and the discharge gap distance; 2) the luminous intensity of OH free radical is proportional to discharge power; 3) the distribution of OH free radical in the discharge space are generally uniform except that in the discharge space of 1.0 mm discharge gap.Keywords: OH free radical; DBD; luminous distribution characteristics; pulsed discharge; discharge power1 引言1.1研究背景随着温度的变化，物质的存在状态一般会在固态-液态-气态三种物态之间转化，这三种基本形态被称为物质的三态。
华中科技大学硕士学位论文脉冲电弧放电合成一氧化氮的等离子体温度控制实验研究姓名：陈卫鹏申请学位级别：硕士专业：高电压与绝缘技术指导教师：胡辉2011-01-07华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘 要本文针对空气脉冲电弧放电合成NO过程中有害NO2产生的问题，开展了系列实验研究。
实验研究了电弧电流大小、放电频率和放电功率等因素，对空气脉冲电弧放电等离子体温度的影响；利用光谱测量技术，测量了电弧放电等离子体发射光谱，得出了空气脉冲电弧放电等离子体温度随放电电流、放电频率和放电功率等因素变化的规律。
在此基础上，研究了放电等离子体电弧温度对产物NO和NO2浓度的影响。
全文研究结论如下：1、通过对电感储能电源和电容储能电源的对比实验研究发现：对于电感储能电源，可以通过调节放电电流和放电频率两种方法控制等离子体温度；对于电容储能电源，可以使用控制电容初始储能电压值和储能电容大小的方法控制等离子体温度。
2、调节放电电流和放电频率，以及控制电容初始储能电压值和储能电容，均能较好的控制等离子体的温度，控制手段和控制结果之间存在良好的线性关系；等离子体的温度随放电电流、放电频率和电容的增大而增高。
3、分析了空气电弧放电的发射光谱图，在放电谱线中，O2+（336.231nm）的谱线强度最大，且谱线强度与等离子体温度成正比关系。
采用Fe的三条特征谱线（379.50nm，423.88nm，428.24nm）计算等离子体温度，计算等离子体温度的过程中线性拟合度好（>0.99），从另一个侧面说明实验结果的准确性。
4、对谱线O (394.7nm)做Lorentz曲线拟合，利用Stark半高宽计算不同放电条件下等离子体的电子密度。
5、实验结果表明，等离子体温度越高，NO浓度越高，NO2浓度越低。
因此，通过控制放电等离子体温度，可以实现脉冲电弧放电合成NO混合气体中NO2/NO< 5%的医用目的。
关键词：等离子体；温度控制；脉冲电源；发射光谱华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文AbstractA series experiments had done to research the phenomenon that there would be NO2 when produce NO by arc discharge. Experiments studied some factors such as current, discharging frequency and the discharge power, which would influence the temperature of air pulsed arc discharge plasma. The arc discharge plasma emission spectrum had been surveyed by using the spectrum measuring technique, some rules had been found about the air pulsed arc discharge plasma temperature changes along with discharging current, discharging frequency and power of discharge. Then the influence of plasma temperature to the concentration of NO and the NO2 had be research, too. The research discovered:1.Through experiment compared the power supplies energy stored the inductance and stored in capacitor: due to the inductance power supply plasma temperature could be controlled through adjusting discharging current and the discharging frequency; due to the capacitor power supply, plasma temperature could be controlled through control the voltage value of capacitance and the size of capacitor.2. Adjusting discharging current and the discharging, controlling the voltage value of capacitance and the size of capacitor can control the plasma temperature effectively, there was a good linear relationship between the control factors and the control result have; The plasma temperature increases when the above four conditions promoted.3.The emission spectrum in air arc discharge has analyzed, among the discharge spectral line, the intensity of spectral line O2+(336.231nm) was biggest and the intensity of spectral lines were proportional to the plasma temperature. Three characteristic spectral of Fe(379.50nm，423.88nm，428.24nm) were chose to calculate the plasma temperature, and the level of linear fitting is perfect(>0.99) when calculate the plasma temperature, which can prove the accuracy of experimental result from another aspect.4.Spectral line O(394.7nm) was used to makes the Lorentz curve fitting, electron densities of plasma under different arc discharge condition were commutated by Stark half-high width.5.The result indicated that the plasma temperature can influence the concentration of华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文NO and NO2 greatly, so we can reduce the concentration of NO2 by controlling the arc plasma temperature.Key word: Plasma; Temperature control; Pulse power supply; Emission spectrum独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
废水高级氧化处理的类型、原理及特点高级氧化技术(AdvancedOxidationProcess，AOP)是指氧化能力超过所有常见氧化剂或氧化电位接近或达到羟基自由基HO•水平，可与有机污染物进行系列自由基链反应，从而破坏其结构，使其逐步降解为无害的低分子量的有机物，最后降解为CO2、H2O和其他矿物盐的技术。
高级氧化技术已成为治理生物难降解有机有毒污染物的重要手段，在印染、化工、农药、造纸、电镀和印制板、制药、医院、矿山、垃圾渗滤液等废水的处理上已获得应用。
它的优点是：(1)通过反应产生的羟基自由基将难降解的有毒有机污染物有效地分解，直至彻底地转化为无害的无机物，如CO2、N2、SO4-、PO43-、O2、H2O等，没有二次污染，这是其他氧化法难以达到的。
(2)反应时间短、反应速度快，且过程可以控制、无选择性，能将多种有机污染物全部降解。
它的缺点是：(1)处理过程有的过于复杂、处理费用普遍偏高、氧化剂消耗大，碳酸根离子及悬浮固体对反应有干扰。
(2)仅适用于高浓度、小流量的废水的处理，低浓度、大流量的废水应用难。
1废水高级氧化处理的类型：高级氧化技术主要分为Fenton氧化法、臭氧联合氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法、光催化氧化法、超声氧化法和放电等离子体技术等几类氧类氧化法等几类。
1.1Fenton氧化法Fenton氧化法。
1894年，法国人H.J.HFenton发现采用Fe2++H2O2体系能氧化多种有机物。
为纪念他后人将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂，它能高效氧化去除一般废水处理技术无法去除的难降解有机物。
近年来，许多学者倾向于将Fenton氧化法与其他处理方法结合起来处理有机废水，如微电解法、超声波法、生物处理法等等。
Fenton试剂法处理废水的实质是二价铁离子(Fe2+)与过氧化氢之间的链反应催化生成羟基自由基(·OH)，其具有较强的氧化能力，·OH与有机物RH反应生成游离基(R·)，(R·)则进一步氧化生成CO2和H2O，,从而大大降低废水的COD。
高级氧化技术的研究进展钱珍余;王涛;安雅敏;陈梅;蒋佳凌;徐瑞【摘要】高级氧化技术(AOPs)对高浓度、高毒性、可生化性差的工业废水有很好的降解效果;介绍了高级氧化技术的特点,并综述了化学氧化、光化学催化氧化、水热氧化技术、超声氧化技术以及高压脉冲放电等离子体等高级氧化技术及其在水处理中的应用.【期刊名称】《重庆工商大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(032)003【总页数】5页(P83-87)【关键词】高级氧化技术;水处理;有机污染物【作者】钱珍余;王涛;安雅敏;陈梅;蒋佳凌;徐瑞【作者单位】重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400030;重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067;重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067;重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400030;重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067;重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067【正文语种】中文【中图分类】O623随着我国经济的不断发展，以各种途径进入水体的有机污染的种类、数量和复杂性也不断的增加，使得水环境污染越来越严重，水环境质量急剧下降。
传统的处理有机物的方法是生物降解和传统的物理－化学法。
然而，部分化学性质稳定，难以被微生物和常见化学氧化剂降解，因此，高级氧化技术（AOPs）在不久的将来成为最好的选择。
对化学氧化、电化学氧化、光化学催化氧化、湿式空气氧化、超声氧化法、超临界水氧化法以及高压脉冲放电等离子体等高级氧化技术及其应用进行了综述。
1．1 高级氧化的发展Santiago等人提到大多数AOPs的操作反应中，有很大的相似性，都是羟基自由基（·OH）参与反应。
羟基自由基（·OH）具有极度不稳定性，光谱性，无选择性和化学反应速率极快，是一种强氧化剂，各种氧化剂的氧化电极电位［1］见表1。
Yang Deng等［2］人也提到许多研究已经发现硫酸根自由基（氧化还原电位为2．6 V）是一种比羟基自由基在污水处理中更有效，半衰期更长，更强的氧化剂。
