低温等离子体技术在含硫恶臭气体处理方面的研究进展

摘 要：含硫恶臭气体治理已经发展成为环境保护过程中不得不解决的关键问题。文章简述了含硫恶臭的来源与危害，阐述了低温等离子技术处理含硫恶臭气体的机理，介绍了几种主要含硫恶臭气体的去除方法与去除过程中影响去除效率的几种因素，并对低温等离子体技术未来的发展方向提出了新的思路。

关键词：低温;等离子体;含硫恶臭气体

一、 引言

我们通常把一种或多种由臭味而引发的公害污染称之为恶臭污染。生物的腐败，石油的加工与冶炼、化学化工生产制造等均会产生含硫恶臭气体，强烈的恶臭对人体嗅觉产生刺激作用，影响呼吸系统的同时还会让人恶心呕吐，头晕目眩，进而影响情绪。当前主流的处理含硫恶臭气体的手段包括物理法化学法和生物法三种。三种方法对含硫恶臭气体的去除都有一定的成效，但也存在去除率不达标、成本高、操作流程烦琐等一些缺点。随着科技的进步与发展，克服了传统工艺缺点的低温等离子技术应运而生，在处理含硫恶臭气体方面显示出了巨大的潜力，有望成为未来治理含硫恶臭气体的主流技术。

二、 低温等离子体的作用机理

等离子体通常分为两种：一方面，高温等离子体;另一方面，低温等离子体，二者在体系能量，温度和离子密度等方面有所区别。20世纪80年代初，有人开始将等离子体技术应用于环境污染治理领域，随着对等离子体的不断深入了解，其应用领域越来越广泛，也有了许多新的突破。常用的低温等离子除臭技术包括介质阻挡放电、电晕放电和射频放电。几种低温等离子体放电形式有所区别，但作用机理基本相似。电子从低温等离子体形成的反应电场中获得能量，形成高能电子然后对恶臭气体分子产生碰撞，使之成为激发态的高能气体分子，并且离解生成许多种自由基碎片，引入氧气进体系内，生成的氧气自由基能与一氧化碳、氮氧化物、硫化物污染物相结合，在物化作用下生成二氧化碳、水、二氧化硫等各种形态的产物，实现恶臭气体的有效去除。

三、  低温等离子体技术去除H2S和CS2

H2S是恶臭气体中最主要的成分，主要存在于自然环境中的腐烂物质、火山气体、沼泽、硫磺泉中，是低温等离子体去除恶臭气体研究中的最主要的一种去处对象。近年来，采用低温等离子体技术处理H2S，仍然集中在单纯的脱附H2S本身上，对于H2S脱附引发的二次污染问题以及在产氢制硫方面的应用研究较少，多数停留在理论阶段。学者曾研究H2S浓度、气体停留时间，电极板间距，电极板材料等对H2S分解产氢制硫的影响，发现接地电极材料对分解效率影响不大，其余因素对分解效率和能耗有较大影响;停留时长越久，H2S浓度越低，H2S转化生成H2和S的速率越快;在电极板间距，气体停留时间和气体流速都在最佳条件下产氢耗能较低，但产氢制硫的效率也较低。未来应将注意力放在产氢制硫的高产上，减少H2S恶臭污染。

CS2气体是含硫恶臭气体的中的主要成分之一。作为一种易燃易挥发的刺激性有机物，CS2不能直接外排到空气中，因为CS2一旦被氧化生成SO2，和雨水相结合就能形成危害性极强的酸雨，会造成严重的生态污染。而且浓度10 g /m3以上的CS2还具有致死性，因此CS2不能够随便对外排放，必须要经过转化处理才可以。有学者研究发现，电晕放电等离子体可以有效分解转化CS2气体，生成CO、CO2、COS、SO2等物质。分解途径如下：CS2受高能电子撞击后C-S键断开，形成碎片，部分含碳的碎片与氧自由基结合生成二氧化碳，含硫的碎片与氧自由基生成二氧化硫，同时，氧气与氧自由基结合生成的强氧化性臭氧也会进一步促进CS2的氧化转化。

四、  低温等离子体工作效率的影响因素

电极电压、初始浓度，停留时间和背景气体等会影响低温等离子体技术处理含硫恶臭气体的效率。升高低温等离子体技术中的电极电压，可以增加放电强度，随着放电强度的增加产生的高能电子的量也随之增加。当进气气体中在存在碳氢氧、烷烃、水蒸气等竞争性气体时，高能电子撞击竞争气体竞争性气体分子，产生影响含硫恶臭气体降解的高能活性粒子，最终影响处理效率甚至引发二次污染。背景竞争性气体中氧气的影响效果最为明显，甚至对含硫恶臭气体的降解率有着至关重要的影响。电场中存在氧气时，含硫恶臭气体容易与氧气接触，发生附着反应，不利于含硫恶臭气体的降解，另外氧气存在时容易发生碰撞引起·O自由基反应。所以预处理好氧气，使氧气的占比在5%以下时可以显著提高恶臭气体的降解率，从而进一步控制降解副产物。

五、  结语

低温等离子体技术是目前处理含硫恶臭气体最有成效的技术之一，目前主要集中在研究无机单组分恶臭气体上，对于部分主要含硫恶臭气体的去除都有了一定程度的经验积累，也了解了相关的去除机理与影响去除效果的几种条件因素。低温等离子体技术处理含硫恶臭气体的操作流程相对比较简单明了，去除效率高，适用性较强，但是在处理多组分含硫有机恶臭气体以及其二次污染问题上，低温等离子体技术的作用还有待进一步挖掘，尤其是在低耗能的前提下将含硫恶臭气体转化成贵价单质硫，而不是单纯地简单脱附含硫恶臭气体。只有这样，低温等离子体技术才能有望成为未来处理含硫有机恶臭氣体关键技术。

参考文献：

[1]张贵剑，李凯，林强，等.低温等离子体技术脱除大气污染物的研究进展[J].材料导报：综述篇，2015，29（1）：137.

[2]徐可.直流电晕放电分离转化含尘气体中的H_2S[D].昆明：昆明理工大学，2016.

作者简介：朱晨，南京守珹环境科技有限公司。