低溫等離子體技術在含硫惡臭氣體處理方面的研究進展

摘 要：含硫惡臭氣體治理已經發展成為環境保護過程中不得不解決的關鍵問題。文章簡述了含硫惡臭的來源與危害，闡述了低溫等離子技術處理含硫惡臭氣體的機理，介紹了幾種主要含硫惡臭氣體的去除方法與去除過程中影響去除效率的幾種因素，并對低溫等離子體技術未來的發展方向提出了新的思路。

關鍵詞：低溫;等離子體;含硫惡臭氣體

一、 引言

我們通常把一種或多種由臭味而引發的公害污染稱之為惡臭污染。生物的腐敗，石油的加工與冶煉、化學化工生產制造等均會產生含硫惡臭氣體，強烈的惡臭對人體嗅覺產生刺激作用，影響呼吸系統的同時還會讓人惡心嘔吐，頭暈目眩，進而影響情緒。當前主流的處理含硫惡臭氣體的手段包括物理法化學法和生物法三種。三種方法對含硫惡臭氣體的去除都有一定的成效，但也存在去除率不達標、成本高、操作流程煩瑣等一些缺點。隨著科技的進步與發展，克服了傳統工藝缺點的低溫等離子技術應運而生，在處理含硫惡臭氣體方面顯示出了巨大的潛力，有望成為未來治理含硫惡臭氣體的主流技術。

二、 低溫等離子體的作用機理

等離子體通常分為兩種：一方面，高溫等離子體;另一方面，低溫等離子體，二者在體系能量，溫度和離子密度等方面有所區別。20世紀80年代初，有人開始將等離子體技術應用于環境污染治理領域，隨著對等離子體的不斷深入了解，其應用領域越來越廣泛，也有了許多新的突破。常用的低溫等離子除臭技術包括介質阻擋放電、電暈放電和射頻放電。幾種低溫等離子體放電形式有所區別，但作用機理基本相似。電子從低溫等離子體形成的反應電場中獲得能量，形成高能電子然后對惡臭氣體分子產生碰撞，使之成為激發態的高能氣體分子，并且離解生成許多種自由基碎片，引入氧氣進體系內，生成的氧氣自由基能與一氧化碳、氮氧化物、硫化物污染物相結合，在物化作用下生成二氧化碳、水、二氧化硫等各種形態的產物，實現惡臭氣體的有效去除。

三、 ?低溫等離子體技術去除H2S和CS2

H2S是惡臭氣體中最主要的成分，主要存在于自然環境中的腐爛物質、火山氣體、沼澤、硫磺泉中，是低溫等離子體去除惡臭氣體研究中的最主要的一種去處對象。近年來，采用低溫等離子體技術處理H2S，仍然集中在單純的脫附H2S本身上，對于H2S脫附引發的二次污染問題以及在產氫制硫方面的應用研究較少，多數停留在理論階段。學者曾研究H2S濃度、氣體停留時間，電極板間距，電極板材料等對H2S分解產氫制硫的影響，發現接地電極材料對分解效率影響不大，其余因素對分解效率和能耗有較大影響;停留時長越久，H2S濃度越低，H2S轉化生成H2和S的速率越快;在電極板間距，氣體停留時間和氣體流速都在最佳條件下產氫耗能較低，但產氫制硫的效率也較低。未來應將注意力放在產氫制硫的高產上，減少H2S惡臭污染。

CS2氣體是含硫惡臭氣體的中的主要成分之一。作為一種易燃易揮發的刺激性有機物，CS2不能直接外排到空氣中，因為CS2一旦被氧化生成SO2，和雨水相結合就能形成危害性極強的酸雨，會造成嚴重的生態污染。而且濃度10 g /m3以上的CS2還具有致死性，因此CS2不能夠隨便對外排放，必須要經過轉化處理才可以。有學者研究發現，電暈放電等離子體可以有效分解轉化CS2氣體，生成CO、CO2、COS、SO2等物質。分解途徑如下：CS2受高能電子撞擊后C-S鍵斷開，形成碎片，部分含碳的碎片與氧自由基結合生成二氧化碳，含硫的碎片與氧自由基生成二氧化硫，同時，氧氣與氧自由基結合生成的強氧化性臭氧也會進一步促進CS2的氧化轉化。

四、 ?低溫等離子體工作效率的影響因素

電極電壓、初始濃度，停留時間和背景氣體等會影響低溫等離子體技術處理含硫惡臭氣體的效率。升高低溫等離子體技術中的電極電壓，可以增加放電強度，隨著放電強度的增加產生的高能電子的量也隨之增加。當進氣氣體中在存在碳氫氧、烷烴、水蒸氣等競爭性氣體時，高能電子撞擊競爭氣體競爭性氣體分子，產生影響含硫惡臭氣體降解的高能活性粒子，最終影響處理效率甚至引發二次污染。背景競爭性氣體中氧氣的影響效果最為明顯，甚至對含硫惡臭氣體的降解率有著至關重要的影響。電場中存在氧氣時，含硫惡臭氣體容易與氧氣接觸，發生附著反應，不利于含硫惡臭氣體的降解，另外氧氣存在時容易發生碰撞引起·O自由基反應。所以預處理好氧氣，使氧氣的占比在5%以下時可以顯著提高惡臭氣體的降解率，從而進一步控制降解副產物。

五、 ?結語

低溫等離子體技術是目前處理含硫惡臭氣體最有成效的技術之一，目前主要集中在研究無機單組分惡臭氣體上，對于部分主要含硫惡臭氣體的去除都有了一定程度的經驗積累，也了解了相關的去除機理與影響去除效果的幾種條件因素。低溫等離子體技術處理含硫惡臭氣體的操作流程相對比較簡單明了，去除效率高，適用性較強，但是在處理多組分含硫有機惡臭氣體以及其二次污染問題上，低溫等離子體技術的作用還有待進一步挖掘，尤其是在低耗能的前提下將含硫惡臭氣體轉化成貴價單質硫，而不是單純地簡單脫附含硫惡臭氣體。只有這樣，低溫等離子體技術才能有望成為未來處理含硫有機惡臭氣體關鍵技術。

參考文獻：

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作者簡介：朱晨，南京守珹環境科技有限公司。