低温等离子体及其废气处理中的应用

郜愫

（安徽拓维检测服务有限公司，安徽 宣城 242000）

以往，工业和汽车废气以及船舶废气会造成严重的空气污染。近几十年来，随着环保意识的增强，人们对废气的处理方法和手段越来越多，废气已转化为无毒无害的物质。工艺简单，成本低廉。该工艺主要采用水柱喷射、水膜过滤、凝结、活性水吸附等废气处理技术。煤、燃烧、土壤吸附等生物技术，有些成本高，有些比较复杂，有些垃圾处理设备的面积过大，有些设备效率低下，造成资源浪费。低温等离子体技术是一种新型的高效、低成本、多用途的等离子体处理技术，其原理简单，可用于多种类型的废气处理，经过多年的研究与开发，具有较广阔的应用前景。

一、低温等离子处理技术分析

（一）低温等离子对污染物去除的机理分析

切断介质后可放电，相当于在两电极之间进行高低温等离子体放电。介全过程为多次微放电，微放电时间不长。媒介阻隔放电（DBD）从发电厂的电子能量中获得能量。当发生碰撞时，被污染的分子将能量转换为内能，而产生能量时，这些污染物被隔离。空气中的氧气在高能电子的作用下，形成臭氧和新生态氢气，物理化学反应复杂而活跃。通过低温等离子体的活性基团，许多高活性颗粒存在于低温等离子体中。高度放射性的微粒包括离子、电子和活性基团，这些微粒最终转化成水和二氧化碳，净化废气。另外，高能量的电子能够捕获更多与之相关的物质，而负离子则具有更强的化学活性，从而起到重要作用。

（二）对低温等离子技术特点进行分析

低温等离子体技术不需要对换向器进行清洗，具有处理效率高，运行成本低，操作稳定等优点，是一种非常方便的技术，可在开启后进行操作。等离子体技术在医药、石化、废水处理、皮革加工、汽车制造、感光材料等领域有着广阔的应用前景。所以低温等离子体技术被广泛地应用于这些领域。

（三）对处理废气的技术进行分析

和现在的废气处理方法相比。基于污染物的特性，技术人员可以选择低温等离子体法来考虑处理效率。在处理废气时，合格的工艺人员应该吸收溶剂，然后按照预期的方式通过系统处理。在废气完全混合时，各部位的废气特性是相同的。

二、低温等离子体在废气处理中的实际应用

其等离子体密度比传统等离子体技术高1500倍。等离子体冲击达到了污染物分解的目的，与其他废气处理方法相比，其分解完全，能耗可减少70%左右，是理想的废气污染处理方法。

一般而言，低温等离子体技术应用于废气处理可分以下几个阶段：第一阶段通过预处理。制造一种普通的酸或碱溶液，其中含有可预先溶解在废气中的各种有害物质；硫化物和氨很容易通过废气。处理后的气体在进入低温等离子处理器前，必须由相关部门进行质量检验，然后进行大量的处理和排放。

该工艺利用了低温等离子体技术的优点，简单易行，成本低廉，同时利用低温等离子体技术处理废气，一般而言各种废物的处理方法都比较广泛。如污染物成分越复杂，整个过程和设备就越复杂，在这种情况下，运行维护费用就会增加。低温等离子化也能处理气体中的异味，在低温等离子化过程中，异味去除率可达90%以上。

三、低温等离子体在废气处理中的应用优化方案

（一）加强催化过程控制

现有的催化剂需要一定的光照和温度作为使用条件，当温度或光照发生变化时，催化剂就有可能引起温度升高。催化剂的效率降低，甚至损耗都会影响到整个废气处理过程。所以对这些催化剂的进一步研究是非常必要的。人们同样需关注在光照和温度控制因素，因为它们对环境变化的影响很小。

（二）低温等离子体处理器制造工艺的增强

由于低温等离子体处理器的质量对废气处理效果有很大的影响，因此必须对其生产过程进行严格的控制，如果在低温等离子体处理器中出现质量问题，且可能会发生污染，如排放物分解为水和废气中的少量二氧化碳等现象，因此对低温等离子体处理器的生产工艺和质量控制也必须严格。

此外，现有的低温等离子废气处理工艺要求低温等离子处理器通电，并通过电压转换来生产，但是在现代工艺，如连接生产电压、解离过程等，对催化过程也有一定的影响，因此，将来的低电压也会出现。热处理工艺的改进与发展应以降低总电压，创造新能源低压等离子体为目标。

（三）加强内部零件分析

低温等离子处理器的整体结构由多个复杂部件组成，其中很多部件不能独立于研发和生产而依赖进口。针对这一情况，我们需要加强对这些零部件的内部分析，总结出一套较为实用的维修方法，虽然许多企业已经掌握了处理低温等离子体的基本技术，但是在零部件的维修与保养上还存在一些问题。存储和使用这些部件可以导致整个净化过程。为优化我国低温等离子体处理工艺，其零部件有效性不可忽视，必须加强对各个环节的分析研究。

（四）加强低温等离子设备生产企业的管理

设计、制造、安装、使用及维修低温等离子体处理设备都需要有相应的专业知识，其效果直接影响低温等离子处理机的工作效率和使用寿命。要建立完善而科学的设计、生产、安装、维修的控制制度，只有这样才能保证所有设备的效率和效益，相关人员才能在更严格的条件下工作。

必须指出，科学的管理体系不仅包括监督和惩罚体系，而且还鼓励员工的晋升和薪酬。这样不仅可激发员工的工作热情，还可创造更好的工作环境和福利。

（五）加大资金投入

面对当前低温等离子体技术的发展，仍有许多技术难点需要突破。低温等离子体技术在消除所有发展障碍之后，将在废气处理等各个领域发挥更加重要的作用；这要求各国为相关技术的研究与开发提供更多的资金和政治支持。配合高校实验室对相关专业人才的全面培养，为促进我国低温等离子体技术的快速发展，在今后的废气处理中将发挥重要作用。

四、案例分析

（一）项目概况

山东某制药有限公司污水站臭气主要来自特高调整池、兼氧池等工艺段排出的臭气，其主要污染因素有：硫化氢、亚硫酸、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、氨气和吲哚、有机酸等其他有机废气，其排放总量为3500m3/h。

（二）废气处理工艺介绍

通过对现有废气处理方法和污染物特性的比较，考虑到处理效率和投资的前提，确定了低温等离子型废气氧化工艺更适合于废气处理工程。

废气先被溶剂吸收，再经过现有的预处理系统处理。出于相同目的，在低温等离子体反应器中，各低温等离子体管内的气体经过气体分配器后，与各区域的废气充分混合。

（三）处理效果及费用

该项目废气采用“DDBD低温等离子+催化氧化技术”工艺处理，异味去除率＞99%。3500m3/h的烟气处理量，0.003kW/Nm3的电耗，即1m3烟气处理成本只有0.013元。

五、结束语

回顾了设计方案，发现低温等离子废气处理技术具有以下优点：

（一）由于低温等离子体和介质阻挡放电产生的高能量电子活动，污染物被不加区分地降解，并且几乎所有气体都有异味分子效应。

（二）低温等离子体反应器处理废气的最终产物是二氧化碳、水等。

（三）低温等离子体氧化反应快速，处理范围为0.01～0.1s，几乎没有气体交换速率的限制。

（四）氧化剂低温等离子体反应器采用防腐材料，基本解决了废气对设备的腐蚀问题。

（五）氧化剂低温等离子体反应器采用智能遥控，易于控制，无时间限制。

（六）结构简单，不占空间。