当前课程知识点：土壤污染控制 > 5土壤污染控制技术 > 5.2物理化学控制技术 > 5.2.15等离子体技术_影响因素与应用
各位同学大家好
下面我们来学习
等离子体修复技术的影响因素与应用
我们先来看等离子体降解
土壤污染物中
等离子体对土壤微生物、酶等等的
一些影响
首先是对土壤微生物的影响
产生等离子体的过程
会产生许多自由基
这些自由基能够与细胞内部核酸
和蛋白质发生氧化反应
使细胞死亡
所以说活性自由基效应需要进行考虑
另外我们还要考虑粒子的穿透作用
气体被电离所产生的等离子体内
也有许多的带电正、负离子
这些离子以较高的速度运动
离子运动速度能够克服细胞膜的
承受能力
穿过生物表面的细胞膜
而破坏里面的细胞器
最终使细胞死亡
还有紫外效应
在产生等离子体的过程中
也会产生许多紫外光
细胞内的脱氧核糖核酸
会吸收这些紫外光
进而使脱氧核糖核酸产生异变
使细胞死亡
另外还要考虑电场的作用
由于革兰氏阴性菌
革兰氏阳性菌和真菌的细胞壁较薄
当电场达到一定强度时
能够将细胞刺破使细胞死亡
下边我们再来看低温等离子体
对土壤中酶活性的影响
这是一个
实验中所表现出来的
低温等离子体
对土壤酶活性的影响关系
总体而言
在低温等离子体
对土壤进行作用的过程中
会释放能量
使整个体系的温度有微量上升
在此过程中会产生羟基自由基
羟基自由基可能限制酶分子中
一些肽链和氨基酸残基的展开
从而提高土壤酶的稳定性
短时间内等离子体处理的话
微量热效应会对酶活性
有促进作用
可使酶活性有所升高
但是随着等离子体处理时间的增加
体系温度进一步升高时
等离子体中的活性粒子之间相互碰撞
可能会与酶活性中心相互作用
破坏酶的蛋白质
或DNA、RNA结构
从而使酶的活性降低甚至失活
我们再来看低温等离子体
对土壤水溶性碳、氮的影响
可使土壤中水溶性有机碳
总氮和铵态氮含量总体升高
这就是低温等离子体
对土壤水溶性碳氮的影响关系图
但是土壤中水溶性
硝态氮的含量变化比较大
总体趋势有所降低
这和水溶性有机碳、总氮
以及铵态氮的影响规律
有所不同
我们再来看低温等离子体
修复污染土壤的影响因素
主要包括以下几个方面
首先是电源电压
等离子体修复流化床多环芳烃
污染土壤的研究发现
菲的降解效率随着电压增大
有明显提升
电压为7.5千伏时
修复降解效率是31.5%
当电压增大到15千伏时
降解效率则增大到了99.1%
另外是土壤性质
等离子体产生的高能电子
及活性物质
可与土壤水分子发生碰撞
产生羟基自由基可优先与目标污染物
发生反应
强化降解反应
另外土壤水分会改变土壤的导电性
使电晕在土壤中的迁移
和传导发生变化
导致其放电状态和能量分布发生改变
使土壤中发生不同的化学反应过程
下面我们再来看载气种类与流量
对低温等离子体修复效率的影响
载气成分不同
其产生的活性物质种类和密度
也不相同
从而会导致降解效率的差异
如PCP降解过程中
氧气的降解效率可以达到
98.6%
而空气氛围等离子体的修复效率
为83.5%
氮气则只有19.1%
我们下边来看一个
等离子体修复污染土壤实例
众所周知
等离子体修复污染土壤
是一种新兴修复技术
尚缺乏在现场修复中的实际应用
我们来看研究者
对其修复农药、多环芳烃
有机试剂等有机污染土壤的
一些探索性研究与分析
因此我们就来看一个
介质阻挡放电等离子体修复
苯并（a）芘
也就是Bap污染土壤的例子
这是等离子体实际装置
示意图
大家可以看
这是它的放电两极
中间是污染土壤
以及后续其他的处理
系统
右边的图是等离子体放电
实际照片
总体而言
在这个实例中
不同载气
苯并（a）芘的降解效率梯度
依次为氧气
大于空气大于氮气
与我们前面讲的载气氛围
对等离子体修复效率的影响
是一致的
氧等离子体主要生成含氧自由基
氮等离子体主要是含氮自由基
空气等离子体则主要生成含氧自由基
含氮自由基及羟基自由基
含氧物质越多
氧化能力越强
污染物的氧化降解效率也就越高
因此就可以用来解释
不同的载气氛围
对于修复效率的影响
和差异
这就是不同载气种类
土壤类型和初始浓度
对于Bap降解效率的影响关系图
我们先来看不同载气种类
对于修复效率的影响
中间这个图是氮气氛围
我们可以看它的修复效率
基本都在60%以下
而相应的把图画过来
我们可以看到氧气和空气
它的修复效率
都达到了80%以上
甚至到90%
所以我们说不同载气种类
对于修复效率的影响非常明显
下面我们来看
在不同载气条件下
也就是说不管是空气
氮气还是氧气氛围条件下
总体规律都是
初始低浓度污染物的处理效率
要好于初始高浓度污染物的处理效率
我们以空气氛围作为例子
对于
10mg/kg的初始浓度而言
它的处理效率都比较高
而对于50mg/kg浓度的
Bap体系
它的处理效率比较低
对于土壤类型来说
砂质土壤
各个污染物处理的
降解效率要比壤质土壤
污染物的处理效率高
我们看上面的这两种是
低和高浓度下
砂土的
而降解效率稍低的
两个是不同浓度下壤土的
处理效率
这是我们需要关注的
另外总体而言
土壤中Bap在等离子体修复系统中
的降解效率
符合一级动力学反应模型
刚才我们也提到
等离子体修复技术
是一种新兴的修复技术
现在我们开展的
主要是一些探索性的尝试
将其应用于现场
污染土壤修复
是值得探索和推广的一种技术
谢谢大家
这一部分的内容就到这里
-1.1土壤环境
-1.2土壤生态系统组成及其环境生态意义
-1.3土壤性质
-1.4土壤形成
-土壤污染控制第一部分作业
-2.1土壤污染及其特点
-2.2土壤典型污染物
-土壤污染控制第二部分作业
-3.1土壤环境中物质的迁移转化规律
-3.2土壤环境中典型污染物的运移
-土壤污染控制第三部分作业
-4.1土壤环境法律法规体系
-4.2污染土壤环境风险评估
-4.3污染土壤环境风险控制
-土壤污染控制第四部分作业
-5.1土壤污染控制与土壤修复概念及分类
-5.2物理化学控制技术
--5.2.3热解吸
-5.3生物控制技术
-5.4集成控制技术
-土壤污染控制第五部分作业
-6.1污染场地
-6.2污染场地环境管理主要环节
-土壤污染控制第六部分作业
-土壤污染控制
