低溫等離子體在廢氣處理中的應(yīng)用

王玲玲，張建平

（山東派力迪環(huán)保工程有限公司，山東 淄博 255086）

異味是大氣、水、土壤、固體廢棄物等物質(zhì)中的異味物質(zhì)，通過空氣介質(zhì)作用于人的嗅覺器官而引起的不愉快感覺，并有害人體健康的一類公害氣態(tài)污染物質(zhì)。惡臭氣體的來源廣泛。主要來自于固體垃圾處理場，以石油為原料的化工廠、鋼鐵廠、污水泵站、污水處理廠、制藥廠、飼料和肥料加工廠、畜牧產(chǎn)品農(nóng)場、化纖廠、皮革廠、制漿廠，以及公廁、糞便轉(zhuǎn)運(yùn)站等場所。惡臭氣體散發(fā)到空氣中不僅使人感到不快、惡心、頭疼、食欲不振、妨礙睡眠、嗅覺失調(diào)、情緒不振以及誘發(fā)哮喘等，甚至?xí)鸺毙约膊　?/p>

為了提高居民生活環(huán)境質(zhì)量、杜絕空氣污染隱患，異味惡臭源的控制處理已成為目前一些地區(qū)亟待解決的環(huán)境問題。

1 常用的廢氣處理技術(shù)

目前國內(nèi)外用于處理異味惡臭的廢氣有多種技術(shù)，其中常用的技術(shù)為燃燒法、氧化法、吸收法[1]、吸附法、生物法[2]、光催化法[3]、等離子體法等。其中吸收法的凈化效率不高，消耗吸收劑，易形成二次污染；低溫等離子體法的適用范圍廣[4]、凈化效率高，尤其適用于其它方法難以處理的多組分異味惡臭氣體，但一次性投資較高；吸附法的吸附劑費(fèi)用昂貴，再生較困難，要求待處理的異味惡臭氣體有較低的溫度和含塵量；生物法的占地面積大，填料需定期更換，脫臭過程不易控制，運(yùn)行一段時(shí)間后容易出現(xiàn)問題，對(duì)疏水性和難生物降解的物質(zhì)處理還存在較大難度。

2 DDBD低溫等離子體技術(shù)

DDBD低溫等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)。低溫等離子體降解污染物是利用高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用，使污染物分子在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解，并發(fā)生后續(xù)的各種反應(yīng)以達(dá)到降解污染物的目的。

2.1 DDBD低溫等離子體去除污染物的機(jī)理

介質(zhì)阻擋放電是一種獲得高氣壓下低溫等離子體的放電方法，這種放電產(chǎn)生于兩個(gè)電極之間。介質(zhì)阻擋放電可以在0.1×105～10×105Pa下進(jìn)行，具有輝光放電的大空間均勻放電和電暈放電的高氣壓運(yùn)行等特點(diǎn)。整個(gè)放電過程由許多在空間和時(shí)間上隨機(jī)分布的微放電構(gòu)成，這些微放電的持續(xù)時(shí)間很短，一般在10ns量級(jí)。見圖1所示。

圖1 介質(zhì)阻擋放電示意圖

介質(zhì)阻擋放電過程中，電子從電場中獲得能量，通過碰撞將能量轉(zhuǎn)化為污染物分子的內(nèi)能或動(dòng)能，這些獲得能量的分子被激發(fā)或發(fā)生電離形成活性基團(tuán)，同時(shí)空氣中的氧氣和水分在高能電子的作用下也產(chǎn)生大量的新生態(tài)氫、臭氧和羥基氧等活性基團(tuán)，這些活性基團(tuán)相互碰撞后便引發(fā)了一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)。從低溫等離子體的活性基團(tuán)組成可以看出，低溫等離子體內(nèi)部富含極高化學(xué)活性的粒子，如電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子等。廢氣中的污染物質(zhì)與這些具有較高能量的活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為無二次污染的CO2和H2O等物質(zhì)，從而達(dá)到凈化廢氣的目的。

低溫等離子體化學(xué)反應(yīng)的過程大致如下：

從上述反應(yīng)過程可以看出，電子先從電場獲得能量，通過激發(fā)或電離將能量轉(zhuǎn)移到污染物分子中去，獲得能量的污染物分子被激發(fā)，部分分子被電離，從而成為活性基團(tuán)。然后這些活性基團(tuán)與氧氣、活性基團(tuán)與活性基團(tuán)之間相互碰撞后生成穩(wěn)定產(chǎn)物和熱。

另外，高能電子也能被鹵素和氧氣等電子親和力較強(qiáng)的物質(zhì)俘獲，成為負(fù)離子。這類負(fù)離子具有很好的化學(xué)活性，在化學(xué)反應(yīng)中起著重要的作用。

2.2 DDBD低溫等離子體技術(shù)的特點(diǎn)

低溫等離子體裂解氧化廢氣處理技術(shù)具有能耗低（處理相同氣量的廢氣能耗降低2/3）、處理廢氣量大、無需對(duì)發(fā)生管進(jìn)行沖洗等優(yōu)點(diǎn)。

低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用于異味惡臭氣體治理，處理效果好（幾乎可以處理目前常見的各種異味惡臭氣體）；運(yùn)行費(fèi)用低廉（每立方米氣量運(yùn)行費(fèi)用僅為1～5分）；運(yùn)行穩(wěn)定、操作管理簡便，即開即用。

該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于石油化工、制藥、食品、污水處理、涂料、皮革加工、感光材料、汽車制造、稀土等諸多行業(yè)有機(jī)廢氣的治理以及采用其它方法很難解決的廢氣的治理。

3 DDBD低溫等離子體在廢氣處理中的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

山東某制藥有限公司污水站異味氣體主要來源于特高調(diào)節(jié)池、兼氧池等工藝段散發(fā)的異味氣體，主要污染因子包括：硫化氫、亞硫酸、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、氨以及吲哚、有機(jī)酸等其它有機(jī)廢氣，總廢氣量為3500m3/h，具體情況見表1。

表1 山東某制藥有限公司的廢氣情況

3.2 廢氣處理工藝介紹

對(duì)比目前的廢氣處理方法，針對(duì)廢氣中污染物的特性，考慮處理效果及工程投資的前提，確定該廢氣工程適合選擇“低溫等離子體裂解氧化廢氣處理工藝”。

廢氣首先進(jìn)行溶劑吸收，再經(jīng)現(xiàn)有的預(yù)處理系統(tǒng)處理，預(yù)處理后的氣體通過氣體分配器均布后進(jìn)入低溫等離子體反應(yīng)器，以使每個(gè)低溫等離子體反應(yīng)管中通過的氣體量大致相等，同時(shí)也使來自不同工段的廢氣進(jìn)行充分混合，達(dá)到均質(zhì)目的（見圖2）。

圖2 低溫等離子體裂解氧化廢氣處理工藝流程

3.3 廢氣處理前后對(duì)比

低溫等離子體氧化反應(yīng)器正常運(yùn)行后，由第三方PONY譜尼測試集團(tuán)廢氣檢測，檢測參照標(biāo)準(zhǔn)《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-93）、《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》（GB/T16157-1996）、《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》、《空氣質(zhì)量 惡臭的測定 三點(diǎn)比較式臭袋法》（GB/T 14675-1993）、《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16279-1996）中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。處理后廢氣中污染物的成分見表2。

表2 低溫等離子處理前后廢氣成分對(duì)照表

3.4 處理效果及費(fèi)用

采用“DDBD低溫等離子體技術(shù)+催化氧化技術(shù)”工藝處理該項(xiàng)目廢氣，異味去除率＞99%。處理廢氣量3500m3/h，電耗0.003kW/Nm3，即處理1m3廢氣的費(fèi)用僅為0.013元。

4 結(jié)論

經(jīng)過項(xiàng)目工程案例分析后，顯示低溫等離子體處理廢氣有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的低溫等離子體，電子能量高，對(duì)污染物的降解無選擇性，幾乎可以和所有的異味惡臭氣體分子作用。

（2）廢氣經(jīng)過低溫等離子體氧化反應(yīng)器處理后的最終產(chǎn)物為二氧化碳、水等，不對(duì)外界環(huán)境產(chǎn)生二次污染。

（3）低溫等離子體氧化反應(yīng)器處理廢氣的反應(yīng)快，在0.01～0.1s內(nèi)完成，幾乎不受氣速限制。

（4）低溫等離子體氧化反應(yīng)器采用防腐蝕材料，且電極不與廢氣直接接觸，從根本上解決了廢氣對(duì)設(shè)備的腐蝕問題。

（5）低溫等離子體氧化反應(yīng)器采用智能遠(yuǎn)程控制，操控方便；不受時(shí)間限制，即用即開，即關(guān)即停，無需專業(yè)技術(shù)人員操作監(jiān)控，節(jié)省人工費(fèi)。

（6）結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小。

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[3]Smith F L,Sorial G A,Suidan M T.Development of two biomass control strategies for extended stable operation of high efficiency bio-filters with high toluene loading[J].Environ.Sci.and Tech.,1996,30：1744-1751.

[4]朱偉，劉建新.石油化工中有機(jī)廢氣處理研究進(jìn)展[J].化工時(shí)刊，2008，22（3）：71-75.