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摘要：采用非平衡等离子体技术对垃圾渗滤液中的污染物进行了降解实验研究，分别从电压、电极结构、液膜厚度、稀释倍数这四个影响因素对垃圾渗滤液降解效果进行了探讨，实验结果表明：在3根电极条件下，70v左右的电压，液膜厚度为14.032mm时氨氮、COD降解效果较好，取液膜厚度为14.032mm时，生化性BOD5/COD比值达到>0.5，稀释10倍数时处理达到预定效果，相对较理想的处理时间为30～45分钟。
关键词：非平衡等离子体； 垃圾渗滤液； 实验研究；
中图分类号：O53 文献标识码：A 文章编号：
卫生填埋是目前世界上应用最广的城市固体废弃物处置方法，仅2003 年我国就有约1.48 亿吨的城市固体废弃物通过卫生填埋处置[1] 。垃圾渗滤液是垃圾在填埋过程中产生的二次污染物，其中含有高浓度的有机污染物、氨氮(NH4+-N)和无机离子，如果收集或处理不当，将对周围环境造成极大危害[2]。因此垃圾渗滤液的处理是影响填埋成功与否的关键因素之一。
垃圾渗滤液处理技术比较
处理垃圾渗滤液的方法通常有物理化学法和生物法两种。物化处理不受水质水量变动的影响，尤其是对BOD5/COD比值较低(<0.20)，难以进行生物处理的垃圾渗滤液，有较好的处理效果，但其有处理费用高、操作复杂、能耗高等缺点。生物化学法工艺成熟，运行成本低，是用于去除废水中的溶解有机物和胶体有机物的主要方法，但是由于垃圾渗滤液组成复杂，含有的有毒物质可能使得微生物无法正常工作，甚至中毒死亡。
高级氧化处理技术被认为是一条处理难降解、可生化性差废水的有效途径；它具有运行费用低，处理效率高、极少产生二次污染、对绝大多数的难降解物质破坏较彻底等诸多优点,所以高级氧化技术（AOP）逐渐成为各国水处理技术研究的热点，如湿湿空气氧化法、超临界水氧化法、光催化氧化法、低温等离子体氧化法等。近年来发展的液相非平衡等离子体，是一种复合型的高级氧化技术。利用高压脉冲放电过程中发生的高温热解、光化学氧化、液电空化降解、超临界水氧化以及高能电子辐射等综合效应，产生各种对污染物具有强氧化作用的活性自由基及低温非平衡等离子体，富集了离子、电子、自由基以及激发态的原子和分子等高活性粒子（各种-羟基(·OH)自由基和过氧化氢(H2O2)、臭氧(O3)），可迅速而无选择性地将垃圾渗滤液中的有机物分子激发、电离或断键，降解为分子量更小、毒性更低的有机物甚至将其无机化，其无需外加氧化剂、高温、高压、外加光源等一些技术手段，是一种全新、高效、低能耗的处理难降解有机废水技术[3][4]。
目前，等离子处理难降解废水的趋势主要集中于：（1）高稳定性、廉价纳秒级短脉冲电源的研制；（2）反应器与电源的有效匹配，使降解过程中的能耗进一步降低；（3）有机废水在等离子反应过程中降解机理的详细研究。
实验部分
本实验主要研究内容
实验所取垃圾渗滤液来自浙江杭州天子岭垃圾填埋场,取回后于4 ℃冰箱保存，垃圾渗滤液的污染特征可用COD、BOD5、BOD5 /COD
pH、SS、NH3 - N、重金属等参数表示。 实验备用，实验前，对渗滤液的部分水质指标进行了检测。其原水样水质指标如下表1所示：
表 1垃圾渗滤液原样水质
从上表数據可知，COD的值大于BOD，可以看出原污水可生化性较差，水样中还原性物质的量远大于可为生物利用的有机物的量，看出原污水可生化性较差，水样中还原性物质的量远大于可为生物利用的有机物的量，可能出水中含有某些物质比如大分子的有机污染物，因此难于被生物降解。
本实验研究主要从电压、电极结构、液膜厚度、稀释倍数四个方面研究等离子体对垃圾剩滤液的降解效果,并评价等离子技术对传统处理技术的优越性。
实验条件与仪器
表 2 实验条件
实验现场相关图片
图 1高压放电瞬间图
Fig. 1 The moment of High Voltage Discharge during the test
图2处理后效果图
Fig. 2.Removal efficiency after the test
结果与讨论
实验影响因素的探讨
电极结构对降解效果的影响
电极结构实验
量取10ml 垃圾渗滤液到反应中，将高压针尖（用细的针）与液面的距离调到0.5 mm，改变针尖根数(1,3,8) 进行实验，考察不同电极数对垃圾渗滤液的降解影响。
图3 COD浓度随放电时间变化关系图
图4 氨氮浓度随放电时间变化关系图
图5 检测项目降解效果图
电极结构实验结果表明：COD的浓度值随放电时间的延长而逐渐升高，在30min到达最大值，逐渐升高的原因是因为电极放电后渗滤液中多环芳烃类难降解有机物与等离子体(·oH自由基等)作用，生成可化学氧化的有机化合物，从而表现为COD值的升高。经过多次放电处理后，由于放电过程中产生的·OH的氧化作用及臭氧、紫外光等多效应综合作用，使渗滤液的COD浓度逐渐下降。从氨氮浓度与处理时间的关系图看出，氨氮对于放电次数降解波动很大，但是8电极呈比较好的线性关系。综合降解效果图，不难看出3根和8根电极COD和氨氮降解效果普遍好于单个电极，COD的平均降解率达到50~70%，氨氮降解率为33%，总磷降解效果很明显达40~70%，非平衡等离子体可去除部分水样色度的。
电压结构对降解效果的影响
电压实验
量取10ml 垃圾渗滤液到反应中，将高压针尖（用细的针）与液面的距离调到0.5 mm，采用3根高压电极，改变电压进行实验（45, 70, 100），考察放电电压对降解的影响，当电压高以后或许只有一根高压极放电。
图6 COD浓度随放电时间变化关系图
图7 氨氮浓度随放电时间变化关系图
图8 检测项目降解效果图
电压结构试验表明：有图可知COD在不同的电压下，COD的值与放电时间呈显不同的关系，在三根电极情况下电压70v时COD降解效果明显优于45v和100v，降解率可达70%，说明电压对降解效果能产生较大影响。氨氮降解效果在三种电压下比较稳定，电压处于100v处理效果最好，处理效果达到50%～85%。总磷的去除高压与低压差别不大，去除率在2~10%。
液膜厚度对降解效果的影响
液膜厚度实验
将高压针尖（用细的针）与液面的距离调到0.5 mm，采用3根高压电极，将电压固定在约65 V（使尽可能多的电极放电），改变液膜厚度进行实验 取渗滤液水样分别为10ml（液膜厚度7.046mm ），15ml（ 液膜厚度9.09mm），20ml （液膜厚度14.032mm），考察液膜厚度对放电的影响。
图11 检测项目降解效果图
液膜厚度实验实验结果表明：液膜厚度处于15ml各指标降解效果最理想，由于液膜厚度不同，COD和氨氮的变化趋势呈现不同的特点，COD降解效率在40~60%之间，氨氮的降解受液膜厚度影响波动较大，在反应30min后氨氮浓度有明显的上升，可能污染物中很多含氮有机物分解，从而导致氨氮浓度上升，随后由于氨氮继续分解为小分子物质所以放电后期氨氮浓度明显下降，时在本组实验中色度的去除比较明显降解率可达40~50%，
溶液浓度对降解效果的影响
稀释倍数实验：量取10ml “稀释后”的垃圾渗滤液到反应中，将高压针尖（用细的针）与液面的距离调到0.5 mm，采用3根高压电极，将电压固定在约65 V（使尽可能多的电极放电），改变垃圾渗滤液的稀释倍数（5倍，10倍，20倍），考察稀释倍数的影响。
图12 pH值随放电时间变化关系图
图13 COD浓度随放电时间变化关系图
图14 氨氮浓度随放电时间变化关系图
图15 检测项目降解效果图
稀释倍数实验表明： COD随稀释倍数的增加降解率明显下降，分析降解百分率不难发现稀释对总磷的降解有有很大影响，尤其对渗滤液pH影响最大，pH值本组实验中波动很明显，出现的值在3～8之间，且处理时间大于20min之后溶液pH下降明显，这很好的证明了在放电过程中电离产生强氧化性自由基，·O、·OH、·OH2等与激发态分子、破碎基团及其他自由基等发生一系列等离子体化学，脱色过程中生成了大量含羧基的物质，使pH下降明显。此外污染物在10倍稀释时色度去除很明显，去除率达到90%以上。
结论
综合各种因素而言，在3根电极条件下，70v左右的电压，液膜厚度为14.032mm时，氨氮降解效果较好，取液膜厚度为14.032mm时，生化性BOD/COD比值>0.5，稀释对于降解效果影响不大，氨氮处理效果随放电时间的延长而提高，稀释10倍数时处理达到预定效果，相对较理想的处理时间为30～45分钟。
本实验有效地证明了非平衡等离子体对与垃圾剩滤液确实具有良好的的降解效果。它是一种高效、简洁、处理效果理想的新颖的垃圾滲滤液处理技术,具有反应速度快、降解有机物彻底、无公害、水质适用范围广等优点，大大提高滤液出水的可生化性,降低渗滤液毒性。对于未来垃圾渗滤液的处理无疑具有良好的借鉴作用，且这一技术在未来将具有有很大的探索发展空间。
本次实验研究存在电极利用的效率问题。此外利用等离子体技术处理污染物存在耗能高,处理成本是限制其工程应用的主要因素。节能降耗、倡导绿色低碳 是当今社会的关注点，在今后的研究中通过对电极结构的改进，向着低能耗方向迈进。
参考文献
[1]. China Environmental Protection Bureau[M]. China Environmental State Bulletin. Beijing: 2004
[2].Li X Z, Zhao Q L, Hao X D. Ammonium removal from landfill leachate by chemical precipitation[J]. Waste Manage, 1999, 19 (6):
[3].赵华侨著. 等离子体化学与工艺[M]. 合肥: 中国科技大学出版社,1993.
[4].Rboinson，J.W. Hma，M. Balaste. Ultraviolet Radiation from Electrical Discharge in water[J]. APpl. Phy, 1973, 44:72.
[5].Yan Keping. Application of Corona- Induced Non- thermal Plasma in Gas Cleaning [J]. Science &Technology Review, 2007, 5: 69-74.
[6].郭香会，李劲. 脉冲放电等离子体处理硝基苯废水的实验研究[J]. 电力环保技术. 2001,17,37-38.
[7].李杰，周志刚，工慧娟，李国峰，吴彦，可用于光催化研究的脉冲放电流光光源[J].化学通报. 2006，69，57-61.
[8].Wen. Y.Z, Jiang. X.Z. Degradation of 4- chorophenol by high-voltage Pulse corona discharges Combined with ozone[J].Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2002, 22:175-185.
[9].Clements. J.S, Sato. M, Davis. R.H.. Preliminary investigation of Prebreakdown Phenomena and
chemical reactions using a Pulsed high-voltage discharge in water. IEEE. Trans. Ind. Appl. 1987，23，224一235.
X-GRL by Wet Electrocatalytic oxidation Process .Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46，8951-8958
[10].Gyrmonpre. D. R, Fnniey. W. C, Clar. R. J. Hybrid gas liquid electrical discharge reactors for compound degradation[J]. Industry Enginnering Chemistry Research, 2004, 43: 1975-1989.
[11].Sun. B，Sato. M，Clemenst. J. s.Optical study of active species produced by a Pulsed streamer corona[J]. Journal of Electrostatics. 1997，39:189-202.
[12]Sugiarto. A. T, Shunsuke. I. Oxidative decoloration of dyes by pulsed discharge plasma in water[J]. Journal of Electrostatics. 2003, 58:135-145.
[13]. 张胜喜，李胜利. 光化学氧化法处理垃圾渗滤液影响因素的研究[J].环境科学与管理.2009.34（9）：55-56；
[14]. 谭磊，王宝山; 高级氧化技术处理垃圾渗滤液的研究进展[J]. 环境科学与管理. 2009.34（4）：87-93；
[15].王利平,汪亚奇,德飞,刘兵昌,陆雷,催化臭氧氧化预处理垃圾渗滤液[J]. 环境科学与技术. 2009.32(11).160-1
作者简介：陈梦佳（1989-),女，汉族，嘉兴人，浙江科技学院本科生，研究方向为水处理等。
关键词：非平衡等离子体； 垃圾渗滤液； 实验研究；
中图分类号：O53 文献标识码：A 文章编号：
卫生填埋是目前世界上应用最广的城市固体废弃物处置方法，仅2003 年我国就有约1.48 亿吨的城市固体废弃物通过卫生填埋处置[1] 。垃圾渗滤液是垃圾在填埋过程中产生的二次污染物，其中含有高浓度的有机污染物、氨氮(NH4+-N)和无机离子，如果收集或处理不当，将对周围环境造成极大危害[2]。因此垃圾渗滤液的处理是影响填埋成功与否的关键因素之一。
垃圾渗滤液处理技术比较
处理垃圾渗滤液的方法通常有物理化学法和生物法两种。物化处理不受水质水量变动的影响，尤其是对BOD5/COD比值较低(<0.20)，难以进行生物处理的垃圾渗滤液，有较好的处理效果，但其有处理费用高、操作复杂、能耗高等缺点。生物化学法工艺成熟，运行成本低，是用于去除废水中的溶解有机物和胶体有机物的主要方法，但是由于垃圾渗滤液组成复杂，含有的有毒物质可能使得微生物无法正常工作，甚至中毒死亡。
高级氧化处理技术被认为是一条处理难降解、可生化性差废水的有效途径；它具有运行费用低，处理效率高、极少产生二次污染、对绝大多数的难降解物质破坏较彻底等诸多优点,所以高级氧化技术（AOP）逐渐成为各国水处理技术研究的热点，如湿湿空气氧化法、超临界水氧化法、光催化氧化法、低温等离子体氧化法等。近年来发展的液相非平衡等离子体，是一种复合型的高级氧化技术。利用高压脉冲放电过程中发生的高温热解、光化学氧化、液电空化降解、超临界水氧化以及高能电子辐射等综合效应，产生各种对污染物具有强氧化作用的活性自由基及低温非平衡等离子体，富集了离子、电子、自由基以及激发态的原子和分子等高活性粒子（各种-羟基(·OH)自由基和过氧化氢(H2O2)、臭氧(O3)），可迅速而无选择性地将垃圾渗滤液中的有机物分子激发、电离或断键，降解为分子量更小、毒性更低的有机物甚至将其无机化，其无需外加氧化剂、高温、高压、外加光源等一些技术手段，是一种全新、高效、低能耗的处理难降解有机废水技术[3][4]。
目前，等离子处理难降解废水的趋势主要集中于：（1）高稳定性、廉价纳秒级短脉冲电源的研制；（2）反应器与电源的有效匹配，使降解过程中的能耗进一步降低；（3）有机废水在等离子反应过程中降解机理的详细研究。
实验部分
本实验主要研究内容
实验所取垃圾渗滤液来自浙江杭州天子岭垃圾填埋场,取回后于4 ℃冰箱保存，垃圾渗滤液的污染特征可用COD、BOD5、BOD5 /COD
pH、SS、NH3 - N、重金属等参数表示。 实验备用，实验前，对渗滤液的部分水质指标进行了检测。其原水样水质指标如下表1所示：
表 1垃圾渗滤液原样水质
从上表数據可知，COD的值大于BOD，可以看出原污水可生化性较差，水样中还原性物质的量远大于可为生物利用的有机物的量，看出原污水可生化性较差，水样中还原性物质的量远大于可为生物利用的有机物的量，可能出水中含有某些物质比如大分子的有机污染物，因此难于被生物降解。
本实验研究主要从电压、电极结构、液膜厚度、稀释倍数四个方面研究等离子体对垃圾剩滤液的降解效果,并评价等离子技术对传统处理技术的优越性。
实验条件与仪器
表 2 实验条件
实验现场相关图片
图 1高压放电瞬间图
Fig. 1 The moment of High Voltage Discharge during the test
图2处理后效果图
Fig. 2.Removal efficiency after the test
结果与讨论
实验影响因素的探讨
电极结构对降解效果的影响
电极结构实验
量取10ml 垃圾渗滤液到反应中，将高压针尖（用细的针）与液面的距离调到0.5 mm，改变针尖根数(1,3,8) 进行实验，考察不同电极数对垃圾渗滤液的降解影响。
图3 COD浓度随放电时间变化关系图
图4 氨氮浓度随放电时间变化关系图
图5 检测项目降解效果图
电极结构实验结果表明：COD的浓度值随放电时间的延长而逐渐升高，在30min到达最大值，逐渐升高的原因是因为电极放电后渗滤液中多环芳烃类难降解有机物与等离子体(·oH自由基等)作用，生成可化学氧化的有机化合物，从而表现为COD值的升高。经过多次放电处理后，由于放电过程中产生的·OH的氧化作用及臭氧、紫外光等多效应综合作用，使渗滤液的COD浓度逐渐下降。从氨氮浓度与处理时间的关系图看出，氨氮对于放电次数降解波动很大，但是8电极呈比较好的线性关系。综合降解效果图，不难看出3根和8根电极COD和氨氮降解效果普遍好于单个电极，COD的平均降解率达到50~70%，氨氮降解率为33%，总磷降解效果很明显达40~70%，非平衡等离子体可去除部分水样色度的。
电压结构对降解效果的影响
电压实验
量取10ml 垃圾渗滤液到反应中，将高压针尖（用细的针）与液面的距离调到0.5 mm，采用3根高压电极，改变电压进行实验（45, 70, 100），考察放电电压对降解的影响，当电压高以后或许只有一根高压极放电。
图6 COD浓度随放电时间变化关系图
图7 氨氮浓度随放电时间变化关系图
图8 检测项目降解效果图
电压结构试验表明：有图可知COD在不同的电压下，COD的值与放电时间呈显不同的关系，在三根电极情况下电压70v时COD降解效果明显优于45v和100v，降解率可达70%，说明电压对降解效果能产生较大影响。氨氮降解效果在三种电压下比较稳定，电压处于100v处理效果最好，处理效果达到50%～85%。总磷的去除高压与低压差别不大，去除率在2~10%。
液膜厚度对降解效果的影响
液膜厚度实验
将高压针尖（用细的针）与液面的距离调到0.5 mm，采用3根高压电极，将电压固定在约65 V（使尽可能多的电极放电），改变液膜厚度进行实验 取渗滤液水样分别为10ml（液膜厚度7.046mm ），15ml（ 液膜厚度9.09mm），20ml （液膜厚度14.032mm），考察液膜厚度对放电的影响。
图11 检测项目降解效果图
液膜厚度实验实验结果表明：液膜厚度处于15ml各指标降解效果最理想，由于液膜厚度不同，COD和氨氮的变化趋势呈现不同的特点，COD降解效率在40~60%之间，氨氮的降解受液膜厚度影响波动较大，在反应30min后氨氮浓度有明显的上升，可能污染物中很多含氮有机物分解，从而导致氨氮浓度上升，随后由于氨氮继续分解为小分子物质所以放电后期氨氮浓度明显下降，时在本组实验中色度的去除比较明显降解率可达40~50%，
溶液浓度对降解效果的影响
稀释倍数实验：量取10ml “稀释后”的垃圾渗滤液到反应中，将高压针尖（用细的针）与液面的距离调到0.5 mm，采用3根高压电极，将电压固定在约65 V（使尽可能多的电极放电），改变垃圾渗滤液的稀释倍数（5倍，10倍，20倍），考察稀释倍数的影响。
图12 pH值随放电时间变化关系图
图13 COD浓度随放电时间变化关系图
图14 氨氮浓度随放电时间变化关系图
图15 检测项目降解效果图
稀释倍数实验表明： COD随稀释倍数的增加降解率明显下降，分析降解百分率不难发现稀释对总磷的降解有有很大影响，尤其对渗滤液pH影响最大，pH值本组实验中波动很明显，出现的值在3～8之间，且处理时间大于20min之后溶液pH下降明显，这很好的证明了在放电过程中电离产生强氧化性自由基，·O、·OH、·OH2等与激发态分子、破碎基团及其他自由基等发生一系列等离子体化学，脱色过程中生成了大量含羧基的物质，使pH下降明显。此外污染物在10倍稀释时色度去除很明显，去除率达到90%以上。
结论
综合各种因素而言，在3根电极条件下，70v左右的电压，液膜厚度为14.032mm时，氨氮降解效果较好，取液膜厚度为14.032mm时，生化性BOD/COD比值>0.5，稀释对于降解效果影响不大，氨氮处理效果随放电时间的延长而提高，稀释10倍数时处理达到预定效果，相对较理想的处理时间为30～45分钟。
本实验有效地证明了非平衡等离子体对与垃圾剩滤液确实具有良好的的降解效果。它是一种高效、简洁、处理效果理想的新颖的垃圾滲滤液处理技术,具有反应速度快、降解有机物彻底、无公害、水质适用范围广等优点，大大提高滤液出水的可生化性,降低渗滤液毒性。对于未来垃圾渗滤液的处理无疑具有良好的借鉴作用，且这一技术在未来将具有有很大的探索发展空间。
本次实验研究存在电极利用的效率问题。此外利用等离子体技术处理污染物存在耗能高,处理成本是限制其工程应用的主要因素。节能降耗、倡导绿色低碳 是当今社会的关注点，在今后的研究中通过对电极结构的改进，向着低能耗方向迈进。
参考文献
[1]. China Environmental Protection Bureau[M]. China Environmental State Bulletin. Beijing: 2004
[2].Li X Z, Zhao Q L, Hao X D. Ammonium removal from landfill leachate by chemical precipitation[J]. Waste Manage, 1999, 19 (6):
[3].赵华侨著. 等离子体化学与工艺[M]. 合肥: 中国科技大学出版社,1993.
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[6].郭香会，李劲. 脉冲放电等离子体处理硝基苯废水的实验研究[J]. 电力环保技术. 2001,17,37-38.
[7].李杰，周志刚，工慧娟，李国峰，吴彦，可用于光催化研究的脉冲放电流光光源[J].化学通报. 2006，69，57-61.
[8].Wen. Y.Z, Jiang. X.Z. Degradation of 4- chorophenol by high-voltage Pulse corona discharges Combined with ozone[J].Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2002, 22:175-185.
[9].Clements. J.S, Sato. M, Davis. R.H.. Preliminary investigation of Prebreakdown Phenomena and
chemical reactions using a Pulsed high-voltage discharge in water. IEEE. Trans. Ind. Appl. 1987，23，224一235.
X-GRL by Wet Electrocatalytic oxidation Process .Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46，8951-8958
[10].Gyrmonpre. D. R, Fnniey. W. C, Clar. R. J. Hybrid gas liquid electrical discharge reactors for compound degradation[J]. Industry Enginnering Chemistry Research, 2004, 43: 1975-1989.
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[12]Sugiarto. A. T, Shunsuke. I. Oxidative decoloration of dyes by pulsed discharge plasma in water[J]. Journal of Electrostatics. 2003, 58:135-145.
[13]. 张胜喜，李胜利. 光化学氧化法处理垃圾渗滤液影响因素的研究[J].环境科学与管理.2009.34（9）：55-56；
[14]. 谭磊，王宝山; 高级氧化技术处理垃圾渗滤液的研究进展[J]. 环境科学与管理. 2009.34（4）：87-93；
[15].王利平,汪亚奇,德飞,刘兵昌,陆雷,催化臭氧氧化预处理垃圾渗滤液[J]. 环境科学与技术. 2009.32(11).160-1
作者简介：陈梦佳（1989-),女，汉族，嘉兴人，浙江科技学院本科生，研究方向为水处理等。