低溫等離子體及其廢氣處理中的應用

郜愫

（安徽拓維檢測服務有限公司，安徽 宣城 242000）

以往，工業和汽車廢氣以及船舶廢氣會造成嚴重的空氣污染。近幾十年來，隨著環保意識的增強，人們對廢氣的處理方法和手段越來越多，廢氣已轉化為無毒無害的物質。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、活性水吸附等廢氣處理技術。煤、燃燒、土壤吸附等生物技術，有些成本高，有些比較復雜，有些垃圾處理設備的面積過大，有些設備效率低下，造成資源浪費。低溫等離子體技術是一種新型的高效、低成本、多用途的等離子體處理技術，其原理簡單，可用于多種類型的廢氣處理，經過多年的研究與開發，具有較廣闊的應用前景。

一、低溫等離子處理技術分析

（一）低溫等離子對污染物去除的機理分析

切斷介質后可放電，相當于在兩電極之間進行高低溫等離子體放電。介全過程為多次微放電，微放電時間不長。媒介阻隔放電（DBD）從發電廠的電子能量中獲得能量。當發生碰撞時，被污染的分子將能量轉換為內能，而產生能量時，這些污染物被隔離。空氣中的氧氣在高能電子的作用下，形成臭氧和新生態氫氣，物理化學反應復雜而活躍。通過低溫等離子體的活性基團，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，這些微粒最終轉化成水和二氧化碳，凈化廢氣。另外，高能量的電子能夠捕獲更多與之相關的物質，而負離子則具有更強的化學活性，從而起到重要作用。

（二）對低溫等離子技術特點進行分析

低溫等離子體技術不需要對換向器進行清洗，具有處理效率高，運行成本低，操作穩定等優點，是一種非常方便的技術，可在開啟后進行操作。等離子體技術在醫藥、石化、廢水處理、皮革加工、汽車制造、感光材料等領域有著廣闊的應用前景。所以低溫等離子體技術被廣泛地應用于這些領域。

（三）對處理廢氣的技術進行分析

和現在的廢氣處理方法相比。基于污染物的特性，技術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，合格的工藝人員應該吸收溶劑，然后按照預期的方式通過系統處理。在廢氣完全混合時，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際應用

其等離子體密度比傳統等離子體技術高1500倍。等離子體沖擊達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，低溫等離子體技術應用于廢氣處理可分以下幾個階段：第一階段通過預處理。制造一種普通的酸或堿溶液，其中含有可預先溶解在廢氣中的各種有害物質；硫化物和氨很容易通過廢氣。處理后的氣體在進入低溫等離子處理器前，必須由相關部門進行質量檢驗，然后進行大量的處理和排放。

該工藝利用了低溫等離子體技術的優點，簡單易行，成本低廉，同時利用低溫等離子體技術處理廢氣，一般而言各種廢物的處理方法都比較廣泛。如污染物成分越復雜，整個過程和設備就越復雜，在這種情況下，運行維護費用就會增加。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90%以上。

三、低溫等離子體在廢氣處理中的應用優化方案

（一）加強催化過程控制

現有的催化劑需要一定的光照和溫度作為使用條件，當溫度或光照發生變化時，催化劑就有可能引起溫度升高。催化劑的效率降低，甚至損耗都會影響到整個廢氣處理過程。所以對這些催化劑的進一步研究是非常必要的。人們同樣需關注在光照和溫度控制因素，因為它們對環境變化的影響很小。

（二）低溫等離子體處理器制造工藝的增強

由于低溫等離子體處理器的質量對廢氣處理效果有很大的影響，因此必須對其生產過程進行嚴格的控制，如果在低溫等離子體處理器中出現質量問題，且可能會發生污染，如排放物分解為水和廢氣中的少量二氧化碳等現象，因此對低溫等離子體處理器的生產工藝和質量控制也必須嚴格。

此外，現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，并通過電壓轉換來生產，但是在現代工藝，如連接生產電壓、解離過程等，對催化過程也有一定的影響，因此，將來的低電壓也會出現。熱處理工藝的改進與發展應以降低總電壓，創造新能源低壓等離子體為目標。

（三）加強內部零件分析

低溫等離子處理器的整體結構由多個復雜部件組成，其中很多部件不能獨立于研發和生產而依賴進口。針對這一情況，我們需要加強對這些零部件的內部分析，總結出一套較為實用的維修方法，雖然許多企業已經掌握了處理低溫等離子體的基本技術，但是在零部件的維修與保養上還存在一些問題。存儲和使用這些部件可以導致整個凈化過程。為優化我國低溫等離子體處理工藝，其零部件有效性不可忽視，必須加強對各個環節的分析研究。

（四）加強低溫等離子設備生產企業的管理

設計、制造、安裝、使用及維修低溫等離子體處理設備都需要有相應的專業知識，其效果直接影響低溫等離子處理機的工作效率和使用壽命。要建立完善而科學的設計、生產、安裝、維修的控制制度，只有這樣才能保證所有設備的效率和效益，相關人員才能在更嚴格的條件下工作。

必須指出，科學的管理體系不僅包括監督和懲罰體系，而且還鼓勵員工的晉升和薪酬。這樣不僅可激發員工的工作熱情，還可創造更好的工作環境和福利。

（五）加大資金投入

面對當前低溫等離子體技術的發展，仍有許多技術難點需要突破。低溫等離子體技術在消除所有發展障礙之后，將在廢氣處理等各個領域發揮更加重要的作用；這要求各國為相關技術的研究與開發提供更多的資金和政治支持。配合高校實驗室對相關專業人才的全面培養，為促進我國低溫等離子體技術的快速發展，在今后的廢氣處理中將發揮重要作用。

四、案例分析

（一）項目概況

山東某制藥有限公司污水站臭氣主要來自特高調整池、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、有機酸等其他有機廢氣，其排放總量為3500m3/h。

（二）廢氣處理工藝介紹

通過對現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，再經過現有的預處理系統處理。出于相同目的，在低溫等離子體反應器中，各低溫等離子體管內的氣體經過氣體分配器后，與各區域的廢氣充分混合。

（三）處理效果及費用

該項目廢氣采用“DDBD低溫等離子+催化氧化技術”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、結束語

回顧了設計方案，發現低溫等離子廢氣處理技術具有以下優點：

（一）由于低溫等離子體和介質阻擋放電產生的高能量電子活動，污染物被不加區分地降解，并且幾乎所有氣體都有異味分子效應。

（二）低溫等離子體反應器處理廢氣的最終產物是二氧化碳、水等。

（三）低溫等離子體氧化反應快速，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器采用防腐材料，基本解決了廢氣對設備的腐蝕問題。

（五）氧化劑低溫等離子體反應器采用智能遙控，易于控制，無時間限制。

（六）結構簡單，不占空間。