李洋輝，蔣應(yīng)海，陳潮軍(浙江龍盛集團(tuán)股份有限公司，浙江 紹興 312300)

0 引言

低溫等離子可以應(yīng)用于自由基、高能電子、廢氣污染物處理中，整個(gè)處理流程簡(jiǎn)單，且效率質(zhì)量高。與常規(guī)污染處理技術(shù)相比，低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用廣泛，可以擊碎污染物內(nèi)的大分子團(tuán)，打斷長(zhǎng)分子鏈，形成短分子物質(zhì)，毒害性極低，可以有效分解污染物。通過(guò)低溫等離子技術(shù)，可以去除多種毒害有機(jī)物，例如：二硫化碳、三甲胺、硫化氫銨等；同時(shí)可以分解毒害物質(zhì)，包括醇類(lèi)、羥基化合物、脂肪酸等，因此被廣泛應(yīng)用到低濃度有機(jī)廢氣治理中，取得良好效果。

1 廢物異味惡臭常用處理技術(shù)

當(dāng)前，處理廢物異味惡臭的技術(shù)較多，包括吸收法、吸附法、光催化法、氧化法、生物法、燃燒法。吸收法無(wú)法凈化異味，且吸收劑使用量大，極易產(chǎn)生二次污染與危害；吸附法吸附操作投資成本高，且無(wú)法再生，并且對(duì)異味氣體處理技術(shù)要求高；生物處理法占用面積較大，需要頻繁更換填料，無(wú)法對(duì)脫臭過(guò)程進(jìn)行控制，在運(yùn)行期間，極易產(chǎn)生安全隱患，也無(wú)法處理疏水性、難降解物等問(wèn)題。低溫等離子體適用范圍廣，具備較高凈化率，可以處理多種惡臭、異味氣體，在處理過(guò)程中，相比其他處理技術(shù)投資成本較為低廉。

2 低溫等離子體處理技術(shù)

低溫等離子為物質(zhì)第四態(tài)，和氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)均不同。低溫等離子降解污染物需要借助高能電子、自由基實(shí)現(xiàn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)分解污染物，并且利用后續(xù)反應(yīng)，全面降解污染物。在外加電場(chǎng)作用下，等離子體法利用介質(zhì)放電，可以產(chǎn)生有機(jī)污染物分子、活化粒子，從而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，促使污染物分子分解為水和二氧化碳，以此起到降解與處理的效果。等離子體具備高化學(xué)活性電子、離子、中性粒子，在聚集態(tài)內(nèi)的總正負(fù)電荷數(shù)相等。當(dāng)前，在處理氣態(tài)污染物時(shí)，主要采用介質(zhì)阻擋放電、電暈放電。在采用低溫等離子體處理技術(shù)時(shí)，首先，應(yīng)當(dāng)優(yōu)選廢氣吸收溶劑，借助統(tǒng)噴淋系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)于不同工段廢氣進(jìn)行混合，確保廢氣介質(zhì)混合均勻后，再進(jìn)入低溫等離子反應(yīng)器。

2.1 技術(shù)機(jī)理

利用介質(zhì)阻擋能夠?qū)崿F(xiàn)放電，是低溫等離子在高氣壓下的放電模式。在碰撞期間，可以促進(jìn)能量轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槲廴疚锓肿觾?nèi)能，在獲取能量時(shí)，分子會(huì)產(chǎn)生離析反應(yīng)。由于受到高能電子作用，空氣內(nèi)氧氣產(chǎn)生新生態(tài)氫、臭氧，活性基團(tuán)碰撞后，極易產(chǎn)生物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜。利用低溫等離子活性基團(tuán)，多數(shù)高化學(xué)活性粒子存儲(chǔ)于低溫等離子內(nèi)。對(duì)于高化學(xué)活性粒子，涉及到活性基、電子、離子，之后轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，有效凈化廢氣。在電場(chǎng)電子內(nèi)獲取能量，在激發(fā)反應(yīng)中，能夠?qū)⒛芰哭D(zhuǎn)移至污染物，當(dāng)污染物分子獲取能量后，電離分子可以形成基團(tuán)，具備活性功能?；钚曰鶊F(tuán)接觸氧氣后，可以產(chǎn)生穩(wěn)定產(chǎn)物。同時(shí)，高能電子可以獲取高親和力的物質(zhì)，從而形成負(fù)離子，具備良好化學(xué)活性，能夠在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)揮作用。

2.2 低溫等離子體技術(shù)特點(diǎn)

在處理廢氣時(shí)，應(yīng)用低溫等離子技術(shù)，可以降低能源消耗，可以有效處理廢氣，無(wú)需沖洗發(fā)生管。在異味氣體處理時(shí)，低溫等離子技術(shù)作用顯著，且處理效果良好，整體處理成本低廉，能夠確保整體運(yùn)行穩(wěn)定性。技術(shù)人員操作時(shí)，無(wú)需其他設(shè)備和技術(shù)輔助，能夠直接應(yīng)用操作。低溫等離子技術(shù)可以應(yīng)用到光感材料、皮革加工、污水處理、石油化工領(lǐng)域[1-2]，技術(shù)應(yīng)用效果顯著。

在處理廢氣時(shí)，應(yīng)用低溫等離子體技術(shù)，具備如下應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[3-4]：第一，低溫等離子體技術(shù)通過(guò)介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)物，可以產(chǎn)生較大能量，有效作用到任何廢氣污染物中，污染物分解效果顯著。第二，采用低溫等離子體技術(shù)處理污染氣體，可將其分解為無(wú)害氣體和固體。處理之后，氣體不會(huì)污染自然環(huán)境，滿(mǎn)足環(huán)保部門(mén)的要求。第三，低溫等離子體具備較高處理效率，在極短接觸時(shí)間內(nèi)，可以分解廢氣污染物，滿(mǎn)足現(xiàn)代廢氣處理需求。第四，低溫等離子體技術(shù)持續(xù)發(fā)展，開(kāi)始應(yīng)用于現(xiàn)代化設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化控制優(yōu)勢(shì)。簡(jiǎn)化人工操作，降低人力成本。低溫等離子體技術(shù)設(shè)備在應(yīng)用材料選擇方面，應(yīng)選擇高性能低分子材料，以便有效延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)行壽命。

低溫等離子體技術(shù)也存在不足，具體如下：首先，設(shè)備投資比較高，并且對(duì)于設(shè)備部件的制造精度、構(gòu)造設(shè)計(jì)以及嚴(yán)密性要求比較高。其次，填充材料直徑為3 mm，電場(chǎng)強(qiáng)度為4 kV/cm。由于產(chǎn)生火花和擊穿問(wèn)題，無(wú)法徹底分解對(duì)苯有機(jī)物。再者，產(chǎn)生有害產(chǎn)物，極易導(dǎo)致二次污染。最后，容易出現(xiàn)火花放電，加大電能消耗，還會(huì)對(duì)放電性能造成影響。采用此種工藝處理易燃易爆廢氣時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)安全隱患。

3 低溫等離子體技術(shù)診斷方法

等離子體診斷具有重要作用，能夠有效作用于特定等離子參數(shù)中，同時(shí)可以掌握多種作用機(jī)理，對(duì)等離子體工藝進(jìn)行優(yōu)化?，F(xiàn)介紹三種低溫等離子體技術(shù)診斷方法。

3.1 質(zhì)譜法

質(zhì)譜法通過(guò)電場(chǎng)、磁場(chǎng)，按照質(zhì)荷比分離和檢測(cè)運(yùn)動(dòng)離子，包括重排離子、碎片離子、同位素離子、分子離子等?，F(xiàn)階段，我國(guó)多數(shù)生產(chǎn)廠家都研制出四級(jí)質(zhì)譜計(jì)，然而卻無(wú)法分析等離子體。

3.2 光譜法

光譜法包含原子法、分子法。在等離子體存在大量激發(fā)態(tài)粒子，部分光子利用激發(fā)態(tài)粒子實(shí)現(xiàn)發(fā)射。探測(cè)光子光譜，可以準(zhǔn)確判斷等離子體物質(zhì)種類(lèi)與狀態(tài)。光譜法是在物質(zhì)與輻射作用時(shí)，能夠?qū)ξ镔|(zhì)內(nèi)部量子能級(jí)躍遷進(jìn)行測(cè)量，分析躍遷過(guò)程的吸收、發(fā)射、散射輻射強(qiáng)度及波長(zhǎng)。

3.3 探針?lè)?/h3>

通過(guò)探針?lè)軌驅(qū)Π雽?dǎo)體電阻率進(jìn)行測(cè)量。探針?lè)梢杂行y(cè)量電阻率，無(wú)需校準(zhǔn)處理。在應(yīng)用其他方式測(cè)量電阻率時(shí)，需要聯(lián)合探針?lè)ㄐ?zhǔn)。在等離子體內(nèi)加入金屬探針，能夠?qū)μ结橂妷骸㈦娏鬟M(jìn)行分析，同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，掌握等離子體密度、電子溫度、能量分布等信息。按照不同工作環(huán)境與目的，探針應(yīng)用類(lèi)型也不同，例如：雙探針、單探針、發(fā)射探針等。

當(dāng)前，關(guān)于探針的理論研究與實(shí)踐非常多，與其他診斷方法相比，探針?lè)ū阌诓僮鲗?shí)施，因此成為常規(guī)的等離子體診斷方法。在研究等離子體時(shí)，也將探針診斷法作為常用方法。我國(guó)學(xué)者深入研究探針?lè)ㄔ\斷射頻等離子體的相關(guān)問(wèn)題，在診斷此種射頻等離子體時(shí)，應(yīng)當(dāng)消除射頻干擾。此外，通過(guò)加熱探技術(shù)，可以避免薄膜沉積期間，等離子體診斷難度大等問(wèn)題。

4 低溫等離子體在廢氣處理中的應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目概況

A企業(yè)廢氣多產(chǎn)生于調(diào)節(jié)池、氧池工藝段散發(fā)出的異味氣體。污染因素包含有機(jī)酸、甲硫醇、甲硫脒、亞硫酸等。有機(jī)廢氣量高達(dá)每小時(shí)4 000 m3，如表1所示。

表1 A企業(yè)廢氣產(chǎn)生量

4.2 廢氣處理工藝流程

通過(guò)與其他廢氣處理方法相比較，按照廢氣污染物特性、聯(lián)合工程投資、處理效果綜合考慮，該企業(yè)擬采用低溫等離子體對(duì)廢氣進(jìn)行氧化裂解處理。在處理廢氣時(shí)，首先使用溶劑吸收，通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)處理，確保氣體進(jìn)入到氣體分配器中，之后進(jìn)入到低溫等離子體反應(yīng)器處理。

5 低溫等離子體應(yīng)用發(fā)展方向

低溫等離子體技術(shù)過(guò)程較為復(fù)雜，技術(shù)應(yīng)用影響因素多，涉及到工業(yè)應(yīng)用水平、設(shè)備質(zhì)量技術(shù)水平和設(shè)備材質(zhì)水平，因此必須深入研究應(yīng)用指導(dǎo)方案。注重低溫等離子技術(shù)成果推廣，建立統(tǒng)一化標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用體系。在工業(yè)廢氣處理中，為了全面應(yīng)用低溫等離子體技術(shù)，必須基于資金成本、能源消耗、分解速率等方面入手，添加適量催化劑和材料，以此改善能源消耗反應(yīng)速率等問(wèn)題。在應(yīng)用低溫等離子體技術(shù)時(shí)，必須確保技術(shù)選擇的可行性、合理性、安全性和科學(xué)性。

對(duì)于大流量金屬冶煉、噴霧干燥等工業(yè)領(lǐng)域，也可以應(yīng)用低溫等離子體技術(shù)治理廢氣的污染。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)異味氣體處理技術(shù)，無(wú)法有效凈化氣體污染因子，需要推廣應(yīng)用新型處理技術(shù)—低溫等離子體技術(shù)。合理應(yīng)用低溫等離子體技術(shù)，可以高效處理異味廢氣，全面提升廢氣處理效果。目前，我國(guó)在低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用方面獲得了一些成果。由于該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用廣泛，使用價(jià)值非常高，能夠有效處理氣體污染物，值得進(jìn)行推廣。