低溫等離子體在廢氣處理中的應用

李洋輝，蔣應海，陳潮軍(浙江龍盛集團股份有限公司，浙江 紹興 312300)

0 引言

低溫等離子可以應用于自由基、高能電子、廢氣污染物處理中，整個處理流程簡單，且效率質(zhì)量高。與常規(guī)污染處理技術相比，低溫等離子體技術應用廣泛，可以擊碎污染物內(nèi)的大分子團，打斷長分子鏈，形成短分子物質(zhì)，毒害性極低，可以有效分解污染物。通過低溫等離子技術，可以去除多種毒害有機物，例如：二硫化碳、三甲胺、硫化氫銨等；同時可以分解毒害物質(zhì)，包括醇類、羥基化合物、脂肪酸等，因此被廣泛應用到低濃度有機廢氣治理中，取得良好效果。

1 廢物異味惡臭常用處理技術

當前，處理廢物異味惡臭的技術較多，包括吸收法、吸附法、光催化法、氧化法、生物法、燃燒法。吸收法無法凈化異味，且吸收劑使用量大，極易產(chǎn)生二次污染與危害；吸附法吸附操作投資成本高，且無法再生，并且對異味氣體處理技術要求高；生物處理法占用面積較大，需要頻繁更換填料，無法對脫臭過程進行控制，在運行期間，極易產(chǎn)生安全隱患，也無法處理疏水性、難降解物等問題。低溫等離子體適用范圍廣，具備較高凈化率，可以處理多種惡臭、異味氣體，在處理過程中，相比其他處理技術投資成本較為低廉。

2 低溫等離子體處理技術

低溫等離子為物質(zhì)第四態(tài)，和氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)均不同。低溫等離子降解污染物需要借助高能電子、自由基實現(xiàn)，能夠在短時間內(nèi)分解污染物，并且利用后續(xù)反應，全面降解污染物。在外加電場作用下，等離子體法利用介質(zhì)放電，可以產(chǎn)生有機污染物分子、活化粒子，從而產(chǎn)生化學反應，促使污染物分子分解為水和二氧化碳，以此起到降解與處理的效果。等離子體具備高化學活性電子、離子、中性粒子，在聚集態(tài)內(nèi)的總正負電荷數(shù)相等。當前，在處理氣態(tài)污染物時，主要采用介質(zhì)阻擋放電、電暈放電。在采用低溫等離子體處理技術時，首先，應當優(yōu)選廢氣吸收溶劑，借助統(tǒng)噴淋系統(tǒng)進行預處理，對于不同工段廢氣進行混合，確保廢氣介質(zhì)混合均勻后，再進入低溫等離子反應器。

2.1 技術機理

利用介質(zhì)阻擋能夠?qū)崿F(xiàn)放電，是低溫等離子在高氣壓下的放電模式。在碰撞期間，可以促進能量轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槲廴疚锓肿觾?nèi)能，在獲取能量時，分子會產(chǎn)生離析反應。由于受到高能電子作用，空氣內(nèi)氧氣產(chǎn)生新生態(tài)氫、臭氧，活性基團碰撞后，極易產(chǎn)生物理反應、化學反應，反應過程復雜。利用低溫等離子活性基團，多數(shù)高化學活性粒子存儲于低溫等離子內(nèi)。對于高化學活性粒子，涉及到活性基、電子、離子，之后轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，有效凈化廢氣。在電場電子內(nèi)獲取能量，在激發(fā)反應中，能夠?qū)⒛芰哭D(zhuǎn)移至污染物，當污染物分子獲取能量后，電離分子可以形成基團，具備活性功能?；钚曰鶊F接觸氧氣后，可以產(chǎn)生穩(wěn)定產(chǎn)物。同時，高能電子可以獲取高親和力的物質(zhì)，從而形成負離子，具備良好化學活性，能夠在化學反應中發(fā)揮作用。

2.2 低溫等離子體技術特點

在處理廢氣時，應用低溫等離子技術，可以降低能源消耗，可以有效處理廢氣，無需沖洗發(fā)生管。在異味氣體處理時，低溫等離子技術作用顯著，且處理效果良好，整體處理成本低廉，能夠確保整體運行穩(wěn)定性。技術人員操作時，無需其他設備和技術輔助，能夠直接應用操作。低溫等離子技術可以應用到光感材料、皮革加工、污水處理、石油化工領域[1-2]，技術應用效果顯著。

在處理廢氣時，應用低溫等離子體技術，具備如下應用優(yōu)勢[3-4]：第一，低溫等離子體技術通過介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)物，可以產(chǎn)生較大能量，有效作用到任何廢氣污染物中，污染物分解效果顯著。第二，采用低溫等離子體技術處理污染氣體，可將其分解為無害氣體和固體。處理之后，氣體不會污染自然環(huán)境，滿足環(huán)保部門的要求。第三，低溫等離子體具備較高處理效率，在極短接觸時間內(nèi)，可以分解廢氣污染物，滿足現(xiàn)代廢氣處理需求。第四，低溫等離子體技術持續(xù)發(fā)展，開始應用于現(xiàn)代化設備，可以實現(xiàn)遠程化控制優(yōu)勢。簡化人工操作，降低人力成本。低溫等離子體技術設備在應用材料選擇方面，應選擇高性能低分子材料，以便有效延長設備運行壽命。

低溫等離子體技術也存在不足，具體如下：首先，設備投資比較高，并且對于設備部件的制造精度、構(gòu)造設計以及嚴密性要求比較高。其次，填充材料直徑為3 mm，電場強度為4 kV/cm。由于產(chǎn)生火花和擊穿問題，無法徹底分解對苯有機物。再者，產(chǎn)生有害產(chǎn)物，極易導致二次污染。最后，容易出現(xiàn)火花放電，加大電能消耗，還會對放電性能造成影響。采用此種工藝處理易燃易爆廢氣時，還會出現(xiàn)安全隱患。

3 低溫等離子體技術診斷方法

等離子體診斷具有重要作用，能夠有效作用于特定等離子參數(shù)中，同時可以掌握多種作用機理，對等離子體工藝進行優(yōu)化?，F(xiàn)介紹三種低溫等離子體技術診斷方法。

3.1 質(zhì)譜法

質(zhì)譜法通過電場、磁場，按照質(zhì)荷比分離和檢測運動離子，包括重排離子、碎片離子、同位素離子、分子離子等。現(xiàn)階段，我國多數(shù)生產(chǎn)廠家都研制出四級質(zhì)譜計，然而卻無法分析等離子體。

3.2 光譜法

光譜法包含原子法、分子法。在等離子體存在大量激發(fā)態(tài)粒子，部分光子利用激發(fā)態(tài)粒子實現(xiàn)發(fā)射。探測光子光譜，可以準確判斷等離子體物質(zhì)種類與狀態(tài)。光譜法是在物質(zhì)與輻射作用時，能夠?qū)ξ镔|(zhì)內(nèi)部量子能級躍遷進行測量，分析躍遷過程的吸收、發(fā)射、散射輻射強度及波長。

3.3 探針法

通過探針法能夠?qū)Π雽w電阻率進行測量。探針法可以有效測量電阻率，無需校準處理。在應用其他方式測量電阻率時，需要聯(lián)合探針法校準。在等離子體內(nèi)加入金屬探針，能夠?qū)μ结橂妷?、電流進行分析，同時實現(xiàn)測量，掌握等離子體密度、電子溫度、能量分布等信息。按照不同工作環(huán)境與目的，探針應用類型也不同，例如：雙探針、單探針、發(fā)射探針等。

當前，關于探針的理論研究與實踐非常多，與其他診斷方法相比，探針法便于操作實施，因此成為常規(guī)的等離子體診斷方法。在研究等離子體時，也將探針診斷法作為常用方法。我國學者深入研究探針法診斷射頻等離子體的相關問題，在診斷此種射頻等離子體時，應當消除射頻干擾。此外，通過加熱探技術，可以避免薄膜沉積期間，等離子體診斷難度大等問題。

4 低溫等離子體在廢氣處理中的應用

4.1 項目概況

A企業(yè)廢氣多產(chǎn)生于調(diào)節(jié)池、氧池工藝段散發(fā)出的異味氣體。污染因素包含有機酸、甲硫醇、甲硫脒、亞硫酸等。有機廢氣量高達每小時4 000 m3，如表1所示。

表1 A企業(yè)廢氣產(chǎn)生量

4.2 廢氣處理工藝流程

通過與其他廢氣處理方法相比較，按照廢氣污染物特性、聯(lián)合工程投資、處理效果綜合考慮，該企業(yè)擬采用低溫等離子體對廢氣進行氧化裂解處理。在處理廢氣時，首先使用溶劑吸收，通過預處理系統(tǒng)處理，確保氣體進入到氣體分配器中，之后進入到低溫等離子體反應器處理。

5 低溫等離子體應用發(fā)展方向

低溫等離子體技術過程較為復雜，技術應用影響因素多，涉及到工業(yè)應用水平、設備質(zhì)量技術水平和設備材質(zhì)水平，因此必須深入研究應用指導方案。注重低溫等離子技術成果推廣，建立統(tǒng)一化標準化應用體系。在工業(yè)廢氣處理中，為了全面應用低溫等離子體技術，必須基于資金成本、能源消耗、分解速率等方面入手，添加適量催化劑和材料，以此改善能源消耗反應速率等問題。在應用低溫等離子體技術時，必須確保技術選擇的可行性、合理性、安全性和科學性。

對于大流量金屬冶煉、噴霧干燥等工業(yè)領域，也可以應用低溫等離子體技術治理廢氣的污染。

6 結(jié)語

綜上所述，傳統(tǒng)異味氣體處理技術，無法有效凈化氣體污染因子，需要推廣應用新型處理技術—低溫等離子體技術。合理應用低溫等離子體技術，可以高效處理異味廢氣，全面提升廢氣處理效果。目前，我國在低溫等離子體技術應用方面獲得了一些成果。由于該項技術應用廣泛，使用價值非常高，能夠有效處理氣體污染物，值得進行推廣。