低溫等離子體及其廢氣處理中的應(yīng)用

郜愫

（安徽拓維檢測(cè)服務(wù)有限公司，安徽 宣城 242000）

以往，工業(yè)和汽車廢氣以及船舶廢氣會(huì)造成嚴(yán)重的空氣污染。近幾十年來，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)廢氣的處理方法和手段越來越多，廢氣已轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)。工藝簡單，成本低廉。該工藝主要采用水柱噴射、水膜過濾、凝結(jié)、活性水吸附等廢氣處理技術(shù)。煤、燃燒、土壤吸附等生物技術(shù)，有些成本高，有些比較復(fù)雜，有些垃圾處理設(shè)備的面積過大，有些設(shè)備效率低下，造成資源浪費(fèi)。低溫等離子體技術(shù)是一種新型的高效、低成本、多用途的等離子體處理技術(shù)，其原理簡單，可用于多種類型的廢氣處理，經(jīng)過多年的研究與開發(fā)，具有較廣闊的應(yīng)用前景。

一、低溫等離子處理技術(shù)分析

（一）低溫等離子對(duì)污染物去除的機(jī)理分析

切斷介質(zhì)后可放電，相當(dāng)于在兩電極之間進(jìn)行高低溫等離子體放電。介全過程為多次微放電，微放電時(shí)間不長。媒介阻隔放電（DBD）從發(fā)電廠的電子能量中獲得能量。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，被污染的分子將能量轉(zhuǎn)換為內(nèi)能，而產(chǎn)生能量時(shí)，這些污染物被隔離。空氣中的氧氣在高能電子的作用下，形成臭氧和新生態(tài)氫氣，物理化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜而活躍。通過低溫等離子體的活性基團(tuán)，許多高活性顆粒存在于低溫等離子體中。高度放射性的微粒包括離子、電子和活性基團(tuán)，這些微粒最終轉(zhuǎn)化成水和二氧化碳，凈化廢氣。另外，高能量的電子能夠捕獲更多與之相關(guān)的物質(zhì)，而負(fù)離子則具有更強(qiáng)的化學(xué)活性，從而起到重要作用。

（二）對(duì)低溫等離子技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析

低溫等離子體技術(shù)不需要對(duì)換向器進(jìn)行清洗，具有處理效率高，運(yùn)行成本低，操作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常方便的技術(shù)，可在開啟后進(jìn)行操作。等離子體技術(shù)在醫(yī)藥、石化、廢水處理、皮革加工、汽車制造、感光材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。所以低溫等離子體技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于這些領(lǐng)域。

（三）對(duì)處理廢氣的技術(shù)進(jìn)行分析

和現(xiàn)在的廢氣處理方法相比。基于污染物的特性，技術(shù)人員可以選擇低溫等離子體法來考慮處理效率。在處理廢氣時(shí)，合格的工藝人員應(yīng)該吸收溶劑，然后按照預(yù)期的方式通過系統(tǒng)處理。在廢氣完全混合時(shí)，各部位的廢氣特性是相同的。

二、低溫等離子體在廢氣處理中的實(shí)際應(yīng)用

其等離子體密度比傳統(tǒng)等離子體技術(shù)高1500倍。等離子體沖擊達(dá)到了污染物分解的目的，與其他廢氣處理方法相比，其分解完全，能耗可減少70%左右，是理想的廢氣污染處理方法。

一般而言，低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用于廢氣處理可分以下幾個(gè)階段：第一階段通過預(yù)處理。制造一種普通的酸或堿溶液，其中含有可預(yù)先溶解在廢氣中的各種有害物質(zhì)；硫化物和氨很容易通過廢氣。處理后的氣體在進(jìn)入低溫等離子處理器前，必須由相關(guān)部門進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，然后進(jìn)行大量的處理和排放。

該工藝?yán)昧说蜏氐入x子體技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，簡單易行，成本低廉，同時(shí)利用低溫等離子體技術(shù)處理廢氣，一般而言各種廢物的處理方法都比較廣泛。如污染物成分越復(fù)雜，整個(gè)過程和設(shè)備就越復(fù)雜，在這種情況下，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用就會(huì)增加。低溫等離子化也能處理氣體中的異味，在低溫等離子化過程中，異味去除率可達(dá)90%以上。

三、低溫等離子體在廢氣處理中的應(yīng)用優(yōu)化方案

（一）加強(qiáng)催化過程控制

現(xiàn)有的催化劑需要一定的光照和溫度作為使用條件，當(dāng)溫度或光照發(fā)生變化時(shí)，催化劑就有可能引起溫度升高。催化劑的效率降低，甚至損耗都會(huì)影響到整個(gè)廢氣處理過程。所以對(duì)這些催化劑的進(jìn)一步研究是非常必要的。人們同樣需關(guān)注在光照和溫度控制因素，因?yàn)樗鼈儗?duì)環(huán)境變化的影響很小。

（二）低溫等離子體處理器制造工藝的增強(qiáng)

由于低溫等離子體處理器的質(zhì)量對(duì)廢氣處理效果有很大的影響，因此必須對(duì)其生產(chǎn)過程進(jìn)行嚴(yán)格的控制，如果在低溫等離子體處理器中出現(xiàn)質(zhì)量問題，且可能會(huì)發(fā)生污染，如排放物分解為水和廢氣中的少量二氧化碳等現(xiàn)象，因此對(duì)低溫等離子體處理器的生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制也必須嚴(yán)格。

此外，現(xiàn)有的低溫等離子廢氣處理工藝要求低溫等離子處理器通電，并通過電壓轉(zhuǎn)換來生產(chǎn)，但是在現(xiàn)代工藝，如連接生產(chǎn)電壓、解離過程等，對(duì)催化過程也有一定的影響，因此，將來的低電壓也會(huì)出現(xiàn)。熱處理工藝的改進(jìn)與發(fā)展應(yīng)以降低總電壓，創(chuàng)造新能源低壓等離子體為目標(biāo)。

（三）加強(qiáng)內(nèi)部零件分析

低溫等離子處理器的整體結(jié)構(gòu)由多個(gè)復(fù)雜部件組成，其中很多部件不能獨(dú)立于研發(fā)和生產(chǎn)而依賴進(jìn)口。針對(duì)這一情況，我們需要加強(qiáng)對(duì)這些零部件的內(nèi)部分析，總結(jié)出一套較為實(shí)用的維修方法，雖然許多企業(yè)已經(jīng)掌握了處理低溫等離子體的基本技術(shù)，但是在零部件的維修與保養(yǎng)上還存在一些問題。存儲(chǔ)和使用這些部件可以導(dǎo)致整個(gè)凈化過程。為優(yōu)化我國低溫等離子體處理工藝，其零部件有效性不可忽視，必須加強(qiáng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的分析研究。

（四）加強(qiáng)低溫等離子設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的管理

設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用及維修低溫等離子體處理設(shè)備都需要有相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)，其效果直接影響低溫等離子處理機(jī)的工作效率和使用壽命。要建立完善而科學(xué)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、維修的控制制度，只有這樣才能保證所有設(shè)備的效率和效益，相關(guān)人員才能在更嚴(yán)格的條件下工作。

必須指出，科學(xué)的管理體系不僅包括監(jiān)督和懲罰體系，而且還鼓勵(lì)員工的晉升和薪酬。這樣不僅可激發(fā)員工的工作熱情，還可創(chuàng)造更好的工作環(huán)境和福利。

（五）加大資金投入

面對(duì)當(dāng)前低溫等離子體技術(shù)的發(fā)展，仍有許多技術(shù)難點(diǎn)需要突破。低溫等離子體技術(shù)在消除所有發(fā)展障礙之后，將在廢氣處理等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用；這要求各國為相關(guān)技術(shù)的研究與開發(fā)提供更多的資金和政治支持。配合高校實(shí)驗(yàn)室對(duì)相關(guān)專業(yè)人才的全面培養(yǎng)，為促進(jìn)我國低溫等離子體技術(shù)的快速發(fā)展，在今后的廢氣處理中將發(fā)揮重要作用。

四、案例分析

（一）項(xiàng)目概況

山東某制藥有限公司污水站臭氣主要來自特高調(diào)整池、兼氧池等工藝段排出的臭氣，其主要污染因素有：硫化氫、亞硫酸、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、氨氣和吲哚、有機(jī)酸等其他有機(jī)廢氣，其排放總量為3500m3/h。

（二）廢氣處理工藝介紹

通過對(duì)現(xiàn)有廢氣處理方法和污染物特性的比較，考慮到處理效率和投資的前提，確定了低溫等離子型廢氣氧化工藝更適合于廢氣處理工程。

廢氣先被溶劑吸收，再經(jīng)過現(xiàn)有的預(yù)處理系統(tǒng)處理。出于相同目的，在低溫等離子體反應(yīng)器中，各低溫等離子體管內(nèi)的氣體經(jīng)過氣體分配器后，與各區(qū)域的廢氣充分混合。

（三）處理效果及費(fèi)用

該項(xiàng)目廢氣采用“DDBD低溫等離子+催化氧化技術(shù)”工藝處理，異味去除率＞99%。3500m3/h的煙氣處理量，0.003kW/Nm3的電耗，即1m3煙氣處理成本只有0.013元。

五、結(jié)束語

回顧了設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)低溫等離子廢氣處理技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（一）由于低溫等離子體和介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的高能量電子活動(dòng)，污染物被不加區(qū)分地降解，并且?guī)缀跛袣怏w都有異味分子效應(yīng)。

（二）低溫等離子體反應(yīng)器處理廢氣的最終產(chǎn)物是二氧化碳、水等。

（三）低溫等離子體氧化反應(yīng)快速，處理范圍為0.01～0.1s，幾乎沒有氣體交換速率的限制。

（四）氧化劑低溫等離子體反應(yīng)器采用防腐材料，基本解決了廢氣對(duì)設(shè)備的腐蝕問題。

（五）氧化劑低溫等離子體反應(yīng)器采用智能遙控，易于控制，無時(shí)間限制。

（六）結(jié)構(gòu)簡單，不占空間。