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低温氧活性粒子：开启难降解有机污染物废水处理新篇章

一、引言

1.1研究背景与意义

水是生命之源，是人类社会赖以生存和发展的重要资源。然而，随着全球工业化和城市化进程的加速，水资源短缺和水污染问题日益严峻。据统计，全球约有27亿人面临严重缺水问题，我国人均水资源量仅为世界平均水平的1/4，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。与此同时，工业和农业生产过程中产生的大量含有难降解有机污染物的废水被排放到自然水体中，对生态环境和人类健康造成了极大的威胁。

难降解有机污染物废水通常含有如酚类、卤代烃、多环芳烃、染料中间体等有毒有害的有机化合物，具有浓度高、毒性大、难生物降解等特点。这些有机污染物难以被自然降解，在环境中长期残留，通过食物链的富集作用，最终危害人类健康。例如，多氯联苯类有机物作为增塑剂、润滑剂等化学试剂的制作原料，因其与有机溶剂和脂肪相溶，无法被自然微生物降解，排放后会残留在水土和大气环境内，尤其是在生物脂肪内大量存在，对生物和生态环境产生长期的负面影响。而且，常规生物处理法对这些顽固有机物降解效率低下，往往需要投加大量化学药剂，这不仅增加了处理成本，还容易造成二次污染。

传统的废水处理方法，如物理法、化学法和生物法，在处理难降解有机污染物废水时存在一定的局限性。物理法主要是通过沉淀、过滤、吸附等方式去除废水中的悬浮物和部分有机物，但对于溶解性的难降解有机污染物去除效果不佳；化学法虽然能够降解部分难降解有机污染物，但往往需要使用大量的化学药剂，容易产生二次污染，且处理成本较高；生物法依赖微生物的代谢作用来降解有机物，但难降解有机污染物对微生物具有毒性，会抑制微生物的生长和代谢，导致生物处理效果不理想。

因此，开发高效、绿色、经济的难降解有机污染物废水处理技术迫在眉睫。低温氧活性粒子降解技术作为一种新兴的高级氧化技术，具有反应速率快、氧化能力强、无二次污染等优点，为解决难降解有机污染物废水处理难题提供了新的途径。该技术利用低温等离子体产生的氧活性粒子，如羟基自由基（?OH）、臭氧（O?）等，与废水中的难降解有机污染物发生氧化反应，将其分解为二氧化碳、水等无害物质。研究低温氧活性粒子降解技术，对于提高难降解有机污染物废水的处理效率，减少环境污染，保障水资源的可持续利用具有重要的现实意义。同时，该技术的研究也有助于推动环境科学与工程领域的技术创新，为解决其他类似的环境污染问题提供理论支持和技术参考。

1.2国内外研究现状

国外对低温氧活性粒子降解技术的研究起步较早，在基础理论和应用研究方面都取得了一定的成果。早期，研究主要集中在等离子体的产生方式和氧活性粒子的生成机理上。随着研究的深入，逐渐拓展到对各种难降解有机污染物的降解效果和反应动力学的研究。例如，Sano等研究了直流电晕放电情况下温度对苯的降解效果影响，发现当温度在室温～390℃内放电电流为1.5mA时，苯的降解率达到了90%～95%，且温度对苯的降解影响不大。Nifuku等进行脉冲电晕放电对多种单环芳香烃进行降解的实验，结果表明峰值电压、脉冲上升的时间以及频率和气体的停留时间对VOCs的降解效率有很大影响。

在国内，近年来对低温氧活性粒子降解技术的研究也日益增多。许多科研机构和高校开展了相关的研究工作，在技术改进和实际应用方面取得了一些进展。一些研究团队致力于优化等离子体反应器的设计，提高氧活性粒子的产生效率和利用率。同时，也开展了针对不同类型难降解有机污染物废水的处理实验研究，如对农药废水、制药废水、化工废水等的处理。例如，有研究针对化工行业产生的具有“有机浓度高、成分复杂、可生化性差”特点的典型高浓度难降解有机废水，采用“调节池+UASB池+好氧池+厌氧氨氧化池+二沉池+混凝絮凝终沉池等”工艺进行处理，取得了较好的效果。

然而，当前低温氧活性粒子降解技术的研究仍存在一些不足之处。一方面，对氧活性粒子与难降解有机污染物之间的反应机理研究还不够深入，尤其是在复杂废水体系中的反应过程和影响因素尚未完全明确，这限制了技术的进一步优化和应用。另一方面，该技术在实际工程应用中还面临一些挑战，如设备成本较高、能耗较大、运行稳定性有待提高等。此外，目前的研究大多集中在实验室规模，缺乏大规模工业化应用的案例和经验，如何将实验室成果转化为实际生产中的有效技术，还需要进一步的研究和探索。

1.3研究内容与方法

本文主要研究内容包括以下几个方面：首先，深入研究低温氧活性粒子的产生机理和特性，分析不同放电方式和反应条件对氧活性粒子生成种类和浓度的影响，为后续的降解实验提供理论基础。其次，系统考察低温氧活性粒子对多种典型难降解有机污染物的降解效果，研究降解过程中的影响因素，如反应时间、温度、pH值、污染物初始浓