低温等离子体在废气处理中的应用

李洋辉，蒋应海，陈潮军(浙江龙盛集团股份有限公司，浙江 绍兴 312300)

0 引言

低温等离子可以应用于自由基、高能电子、废气污染物处理中，整个处理流程简单，且效率质量高。与常规污染处理技术相比，低温等离子体技术应用广泛，可以击碎污染物内的大分子团，打断长分子链，形成短分子物质，毒害性极低，可以有效分解污染物。通过低温等离子技术，可以去除多种毒害有机物，例如：二硫化碳、三甲胺、硫化氢铵等；同时可以分解毒害物质，包括醇类、羟基化合物、脂肪酸等，因此被广泛应用到低浓度有机废气治理中，取得良好效果。

1 废物异味恶臭常用处理技术

当前，处理废物异味恶臭的技术较多，包括吸收法、吸附法、光催化法、氧化法、生物法、燃烧法。吸收法无法净化异味，且吸收剂使用量大，极易产生二次污染与危害；吸附法吸附操作投资成本高，且无法再生，并且对异味气体处理技术要求高；生物处理法占用面积较大，需要频繁更换填料，无法对脱臭过程进行控制，在运行期间，极易产生安全隐患，也无法处理疏水性、难降解物等问题。低温等离子体适用范围广，具备较高净化率，可以处理多种恶臭、异味气体，在处理过程中，相比其他处理技术投资成本较为低廉。

2 低温等离子体处理技术

低温等离子为物质第四态，和气态、固态、液态均不同。低温等离子降解污染物需要借助高能电子、自由基实现，能够在短时间内分解污染物，并且利用后续反应，全面降解污染物。在外加电场作用下，等离子体法利用介质放电，可以产生有机污染物分子、活化粒子，从而产生化学反应，促使污染物分子分解为水和二氧化碳，以此起到降解与处理的效果。等离子体具备高化学活性电子、离子、中性粒子，在聚集态内的总正负电荷数相等。当前，在处理气态污染物时，主要采用介质阻挡放电、电晕放电。在采用低温等离子体处理技术时，首先，应当优选废气吸收溶剂，借助统喷淋系统进行预处理，对于不同工段废气进行混合，确保废气介质混合均匀后，再进入低温等离子反应器。

2.1 技术机理

利用介质阻挡能够实现放电，是低温等离子在高气压下的放电模式。在碰撞期间，可以促进能量转化，将其转变为污染物分子内能，在获取能量时，分子会产生离析反应。由于受到高能电子作用，空气内氧气产生新生态氢、臭氧，活性基团碰撞后，极易产生物理反应、化学反应，反应过程复杂。利用低温等离子活性基团，多数高化学活性粒子存储于低温等离子内。对于高化学活性粒子，涉及到活性基、电子、离子，之后转化为二氧化碳和水，有效净化废气。在电场电子内获取能量，在激发反应中，能够将能量转移至污染物，当污染物分子获取能量后，电离分子可以形成基团，具备活性功能。活性基团接触氧气后，可以产生稳定产物。同时，高能电子可以获取高亲和力的物质，从而形成负离子，具备良好化学活性，能够在化学反应中发挥作用。

2.2 低温等离子体技术特点

在处理废气时，应用低温等离子技术，可以降低能源消耗，可以有效处理废气，无需冲洗发生管。在异味气体处理时，低温等离子技术作用显著，且处理效果良好，整体处理成本低廉，能够确保整体运行稳定性。技术人员操作时，无需其他设备和技术辅助，能够直接应用操作。低温等离子技术可以应用到光感材料、皮革加工、污水处理、石油化工领域[1-2]，技术应用效果显著。

在处理废气时，应用低温等离子体技术，具备如下应用优势[3-4]：第一，低温等离子体技术通过介质阻挡放电产物，可以产生较大能量，有效作用到任何废气污染物中，污染物分解效果显著。第二，采用低温等离子体技术处理污染气体，可将其分解为无害气体和固体。处理之后，气体不会污染自然环境，满足环保部门的要求。第三，低温等离子体具备较高处理效率，在极短接触时间内，可以分解废气污染物，满足现代废气处理需求。第四，低温等离子体技术持续发展，开始应用于现代化设备，可以实现远程化控制优势。简化人工操作，降低人力成本。低温等离子体技术设备在应用材料选择方面，应选择高性能低分子材料，以便有效延长设备运行寿命。

低温等离子体技术也存在不足，具体如下：首先，设备投资比较高，并且对于设备部件的制造精度、构造设计以及严密性要求比较高。其次，填充材料直径为3 mm，电场强度为4 kV/cm。由于产生火花和击穿问题，无法彻底分解对苯有机物。再者，产生有害产物，极易导致二次污染。最后，容易出现火花放电，加大电能消耗，还会对放电性能造成影响。采用此种工艺处理易燃易爆废气时，还会出现安全隐患。

3 低温等离子体技术诊断方法

等离子体诊断具有重要作用，能够有效作用于特定等离子参数中，同时可以掌握多种作用机理，对等离子体工艺进行优化。现介绍三种低温等离子体技术诊断方法。

3.1 质谱法

质谱法通过电场、磁场，按照质荷比分离和检测运动离子，包括重排离子、碎片离子、同位素离子、分子离子等。现阶段，我国多数生产厂家都研制出四级质谱计，然而却无法分析等离子体。

3.2 光谱法

光谱法包含原子法、分子法。在等离子体存在大量激发态粒子，部分光子利用激发态粒子实现发射。探测光子光谱，可以准确判断等离子体物质种类与状态。光谱法是在物质与辐射作用时，能够对物质内部量子能级跃迁进行测量，分析跃迁过程的吸收、发射、散射辐射强度及波长。

3.3 探针法

通过探针法能够对半导体电阻率进行测量。探针法可以有效测量电阻率，无需校准处理。在应用其他方式测量电阻率时，需要联合探针法校准。在等离子体内加入金属探针，能够对探针电压、电流进行分析，同时实现测量，掌握等离子体密度、电子温度、能量分布等信息。按照不同工作环境与目的，探针应用类型也不同，例如：双探针、单探针、发射探针等。

当前，关于探针的理论研究与实践非常多，与其他诊断方法相比，探针法便于操作实施，因此成为常规的等离子体诊断方法。在研究等离子体时，也将探针诊断法作为常用方法。我国学者深入研究探针法诊断射频等离子体的相关问题，在诊断此种射频等离子体时，应当消除射频干扰。此外，通过加热探技术，可以避免薄膜沉积期间，等离子体诊断难度大等问题。

4 低温等离子体在废气处理中的应用

4.1 项目概况

A企业废气多产生于调节池、氧池工艺段散发出的异味气体。污染因素包含有机酸、甲硫醇、甲硫脒、亚硫酸等。有机废气量高达每小时4 000 m3，如表1所示。

表1 A企业废气产生量

4.2 废气处理工艺流程

通过与其他废气处理方法相比较，按照废气污染物特性、联合工程投资、处理效果综合考虑，该企业拟采用低温等离子体对废气进行氧化裂解处理。在处理废气时，首先使用溶剂吸收，通过预处理系统处理，确保气体进入到气体分配器中，之后进入到低温等离子体反应器处理。

5 低温等离子体应用发展方向

低温等离子体技术过程较为复杂，技术应用影响因素多，涉及到工业应用水平、设备质量技术水平和设备材质水平，因此必须深入研究应用指导方案。注重低温等离子技术成果推广，建立统一化标准化应用体系。在工业废气处理中，为了全面应用低温等离子体技术，必须基于资金成本、能源消耗、分解速率等方面入手，添加适量催化剂和材料，以此改善能源消耗反应速率等问题。在应用低温等离子体技术时，必须确保技术选择的可行性、合理性、安全性和科学性。

对于大流量金属冶炼、喷雾干燥等工业领域，也可以应用低温等离子体技术治理废气的污染。

6 结语

综上所述，传统异味气体处理技术，无法有效净化气体污染因子，需要推广应用新型处理技术—低温等离子体技术。合理应用低温等离子体技术，可以高效处理异味废气，全面提升废气处理效果。目前，我国在低温等离子体技术应用方面获得了一些成果。由于该项技术应用广泛，使用价值非常高，能够有效处理气体污染物，值得进行推广。