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等离子体净化技术研究所

成立背景


等离子体净化技术(Plasma Purification Technology,PPT)主要是利用低温等离子体的强氧化性产物与污染物反应,达到净化液体或气体的目的。等离子体放电产生的高密度活性成分,能够引发在常规化学反应中不能或者难以实现的物理变化和化学反应。一般等离子体的活性成分包括电子、离子、电磁辐射(比如紫外线)、自由基等中性粒子,其中自由基产物常具有高反应性,比如常见的活性原子(O,氧化势能2.42 eV)、羟基自由基(.OH,氧化势能2.86 eV)、臭氧(O3,氧化势能2.06 eV)、受激原子态(O*)和分子态(O2*)以及其它的强氧化性活性分子碎片等。强氧化性的等离子体技术在灭菌消毒、污水处理、有机气体净化、材料表面微加工、冶金等众多领域具有无可比拟的应用优势,每年拥有一千多亿美元的潜在市场。

目前国内的水处理技术和气体净化技术存在高能耗、处理不彻底、二次污染等处理能力不足的问题,使得环境保护的形势异常严峻,改善环境质量的压力持续加大。近年来,新兴高级氧化技术中的紫外线技术和臭氧处理方法均是通过等离子体技术来实现的,两者分别利用了等离子体产物中紫外辐射和长寿命粒子的成分。这种新兴处理方法在性能上优势明显(特别是深度处理难降解有机物),但在降低能耗和提高效率上具有很大的研发空间。我们研发的气液两相等离子体高级氧化技术,可以最大限度的利用等离子体的放电产物,以达到更佳的处理效果。(1)同时将紫外线、臭氧、羟基自由基、氧原子等活性粒子高效地应用于污水处理和灭菌消毒;(2)更高浓度的自由基和单原子分子能降解某些其它方法不能处理的污染物,特别是复杂的有机分子;(3)高反应速率使得处理效率大为提升;(4)等离子体产物的高利用率使得更加节能;(5)气液接触式反应装置使得安全性更高;(6)针对不同的污染成分和类型,技术扩展空间大。

北京大学工学院的产学研体系拥有优秀高效的管理团队、国际一流的科研实力,结合包头市装备制造的产业优势,针对当前社会迫切需要解决的疑难环境问题,与包头市政府于2012年7月在包头市共同建设等离子体净化技术研究所。


主要研究方向


等离子体净化技术研究所致力于研发安全、高效、快速、节能的低温等离子体高级氧化技术,开发出针对水体和气态污染物等的通用处理设备,以高效解决当前国内环境治理方面的疑难问题,主要战略规划的研究方向包括:

 处理高难度工业废水的通用设备

研究所致力于研发针对煤化工、石油化工、纺织印染、造纸、生物医药、农药、合成纤维等行业的工业废水处理装置,以解决当前技术无法有效处理的高浓度、高毒性、难降解有机废水。通过等离子体高级氧化处理装置的深度处理,使低温等离子体产生的多种活性成分直接与污水中的有害成分发生氧化还原反应,将污水中难以处理的微生物、复杂有机物和部分无机物强氧化还原成无害成分,并且同时达到脱色、除嗅的目的。该装置同时可延伸应用于医疗器械消毒、垃圾渗滤液处理等领域。

 修复生态水体系统的装置

水体富营养化引起的水体恶臭、藻类过度繁殖等现象,严重破坏了水体的生态系统。利用气液两相低温等离子体技术开发出的修复装置可以将放电过程中释放的产物直接通入到水体内部,高效的“解毒”掉水体中有机物、氨氮和硫等黑臭成分以及藻类微生物等,并显著提高水体中的溶氧量。

 净化气态有机污染物的设备

等离子体的产物具有非常强的杀菌、消毒、除臭、去异味、防霉、防蛀、保健等功能,用于净化空气具有无可比拟的优点。开发出的净化设备可适用于有机气态污染物(如苯、甲醛等)的净化。可推广应用于潜艇室内、地下矿井、生产车间、公共卫生场所等封闭空间内的空气净化。


研发条件


等离子体净化技术研究所致力于低温等离子体氧化技术装置的应用研究,包括水处理、气体净化和灭菌消毒装置的研发,研究所前三年硬件建设预期投入费用256万。目前,已经拥有独立的实验室(参见图1),该实验室将为低温等离子体技术的工程化应用提供技术支持和模拟。依据研究所的战略规划,实验室将具有多种等离子体发生装置(参见图2)、水质分析设备、气体监测设备等,以满足研究所装置研发应用的常规检测化验等的需求。

图1. 等离子体净化技术研究所实验室掠影

图2. 低温等离子体发生装置。


技术成果 


等离子体净化技术研究以低温等离子体的强氧化性为核心,在继承和发展国际等离子体氧化技术先进性的基础上,利用介质阻挡放电、微气泡反应等方式,达到预期的水处理效果。

高难度工业废水处理工艺流程图如图3所示,主要包括调节池,由制氧机、高压电源、放电装置构成的等离子体净化装置,沉淀池,清水池。同时,本所将等离子体净化相应技术拓展到医疗污水处理,医疗机构污水等离子体净化处理中试装置见图4。

图3.工作中的工业废水等离子体净化处理装置


图4. 医疗机构污水等离子体净化处理中试装置


科研团队


等离子体净化技术研究所由尊享国务院特殊津贴的教授级高工邵乐冲负责水处理方案设计与等离子体装置设计,负责项目的工程化与产业化。研究所已建立博士、硕士、本科毕业生组成的研发、设计、检测分析的优良团队,成立至今积累了大量科研实践经验,具有深厚的理论知识和丰富的水处理开发经验。