综述：石油工业中冷等离子体技术最新进展综述：传统处理方法降解苯酚的可持续替代方案

本文综述了冷等离子体技术（Non-Thermal Plasma, NTP）在石油工业废水苯酚降解中的应用，对比其与传统方法（吸附、生物处理、化学氧化等）的效能。重点探讨了介质阻挡放电（DBD）反应器生成活性氧物种（ROS）如·OH和O3的机制，及其在伊拉克炼油厂高酚废水处理中的区域适应性，提出该技术兼具高效性（降解率可达100%）与环保优势，但需解决能耗与规模化挑战。

　　

引言

石油工业是支撑现代文明的核心产业，但伴随而来的含酚废水对生态环境构成严峻挑战。中东地区贡献了全球53%的石油产量，其炼油废水以高酚浓度（可达257 mg/L）和复杂污染物矩阵著称。传统处理方法如蒸汽蒸馏（仅适用于>3000 mg/L高浓度酚）、生物处理（易受环境因素抑制）和吸附法（成本高且再生困难）均存在显著局限性。冷等离子体技术因其能高效生成活性氧物种（ROS），成为解决这一难题的新兴方案。

传统废水处理的瓶颈

蒸汽蒸馏需高温高压，能耗极高；吸附法依赖活性碳，但酚去除率仅64%且产生废弃介质；生物处理虽成本低，却易受pH、温度干扰并产生二次污泥。相比之下，化学氧化（如Fenton法）虽降解率高（70-90%），但存在铁泥污染和窄pH适用范围等问题。

冷等离子体的革命性突破

冷等离子体通过介质阻挡放电（DBD）产生非平衡态等离子体，电子能量（1-10 eV）选择性激发气体分子，生成·OH（氧化电位2.8 eV）、O₃和H₂O₂等强氧化剂。实验数据显示，在优化条件下（如29.9 kV电压、0.5 L/min空气流量），DBD可在14.5分钟内实现97.5%的苯酚降解，且副产物仅为CO₂和水。

关键影响因素与机制

• 电压与气体类型：氧气氛中O₃产量提升，而空气环境下·OH主导反应。
• pH值：碱性条件加速O₃分解为·OH，使苯酚（pKa=9.9）更易氧化。
• 催化剂协同：TiO₂纳米管涂层可将总有机碳（TOC）矿化率提高至65%。

挑战与未来方向

当前主要障碍包括能耗较高（20-30 g/kWh）和复杂废水基质干扰。解决方案包括开发脉冲电源、耦合可再生能源，以及设计模块化反应器以适应炼油厂现有设施。

结论

冷等离子体技术以其多氧化途径协同、无二次污染的特性，为石油废水处理提供了可持续路径。未来需通过跨学科合作优化反应器设计，并推动从中试到工业级的规模化验证。