低温等离子体在废气处理中的应用
王玲玲，张建平
（山东派力迪环保工程有限公司，山东 淄博 255086）
摘 要：目前对异味恶臭废气的常用处理方法存在运转费用高、设备及运行管理要求高、占地面积大、净化效率不高、极易产生二次污染、易受污染物浓度及温度影响等缺点。低温等离子体降解污染物是利用高能电子、自由基等活性粒子与废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，以达到降解污染物的目的。通过山东某制药公司废气处理项目应用实例，显示出低温等离子体处理废气的效果和经济效益的优势。
关键词：废气处理;二次污染;低温等离子体
异味是大气、水、土壤、固体废弃物等物质中的异味物质，通过空气介质作用于人的嗅觉器官而引起的不愉快感觉，并有害人体健康的一类公害气态污染物质。恶臭气体的来源广泛。主要来自于固体垃圾处理场，以石油为原料的化工厂、钢铁厂、污水泵站、污水处理厂、制药厂、饲料和肥料加工厂、畜牧产品农场、化纤厂、皮革厂、制浆厂，以及公厕、粪便转运站等场所。恶臭气体散发到空气中不仅使人感到不快、恶心、头疼、食欲不振、妨碍睡眠、嗅觉失调、情绪不振以及诱发哮喘等，甚至会引起急性疾病。
为了提高居民生活环境质量、杜绝空气污染隐患，异味恶臭源的控制处理已成为目前一些地区亟待解决的环境问题。
1 常用的废气处理技术
目前国内外用于处理异味恶臭的废气有多种技术，其中常用的技术为燃烧法、氧化法、吸收法[1]、吸附法、生物法[2]、光催化法[3]、等离子体法等。其中吸收法的净化效率不高，消耗吸收剂，易形成二次污染；低温等离子体法的适用范围广[4]、净化效率高，尤其适用于其它方法难以处理的多组分异味恶臭气体，但一次性投资较高；吸附法的吸附剂费用昂贵，再生较困难，要求待处理的异味恶臭气体有较低的温度和含尘量；生物法的占地面积大，填料需定期更换，脱臭过程不易控制，运行一段时间后容易出现问题，对疏水性和难生物降解的物质处理还存在较大难度。
由图1可知，当干燥时间为60min时，热风温度为40℃的高水分小麦含水率为24.8%；相同时间下热风温度为50℃的高水分小麦含水率降至22.9%，60℃和70℃干燥条件下的高水分小麦含水率分别为17.8%，14.4%。在热风温度为40，50，60，70℃下，高水分小麦干燥到安全储存含水率所需的时间分别为540，270，135，90min左右。可见，含水率与干燥时间之间的干燥曲线总体上呈逐渐下降趋势。处在不同热风温度下的高水分小麦在相同的干燥时间内其含水率是不相同的。在40～70℃范围内，随着热风温度的升高，高水分小麦干燥至安全储存含水率所需要的时间缩短。
2 DDBD低温等离子体技术
DDBD低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态。低温等离子体降解污染物是利用高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。
2.1 DDBD低温等离子体去除污染物的机理
介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法，这种放电产生于两个电极之间。介质阻挡放电可以在0.1×105～10×105Pa下进行，具有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行等特点。整个放电过程由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成，这些微放电的持续时间很短，一般在10ns量级。见图1所示。
图1 介质阻挡放电示意图
介质阻挡放电过程中，电子从电场中获得能量，通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团，这些活性基团相互碰撞后便引发了一系列复杂的物理、化学反应。从低温等离子体的活性基团组成可以看出，低温等离子体内部富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应，最终转化为无二次污染的CO2和H2O等物质，从而达到净化废气的目的。
低温等离子体化学反应的过程大致如下：
(2)此工件左侧有阶梯和槽，在中间还有M24的螺纹，故左侧不方便装夹，须先加工右侧，再调头装夹右侧，加工左侧。
从上述反应过程可以看出，电子先从电场获得能量，通过激发或电离将能量转移到污染物分子中去，获得能量的污染物分子被激发，部分分子被电离，从而成为活性基团。然后这些活性基团与氧气、活性基团与活性基团之间相互碰撞后生成稳定产物和热。
另外，高能电子也能被卤素和氧气等电子亲和力较强的物质俘获，成为负离子。这类负离子具有很好的化学活性，在化学反应中起着重要的作用。
2.2 DDBD低温等离子体技术的特点
低温等离子体裂解氧化废气处理技术具有能耗低（处理相同气量的废气能耗降低2/3）、处理废气量大、无需对发生管进行冲洗等优点。
低温等离子体技术应用于异味恶臭气体治理，处理效果好（几乎可以处理目前常见的各种异味恶臭气体）；运行费用低廉（每立方米气量运行费用仅为1～5分）；运行稳定、操作管理简便，即开即用。
该技术可广泛应用于石油化工、制药、食品、污水处理、涂料、皮革加工、感光材料、汽车制造、稀土等诸多行业有机废气的治理以及采用其它方法很难解决的废气的治理。
3 DDBD低温等离子体在废气处理中的应用3.1 项目概况
山东某制药有限公司污水站异味气体主要来源于特高调节池、兼氧池等工艺段散发的异味气体，主要污染因子包括：硫化氢、亚硫酸、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、氨以及吲哚、有机酸等其它有机废气，总废气量为3500m3/h，具体情况见表1。
表1 山东某制药有限公司的废气情况
项目 浓度非甲烷总烃（mg/m3） ≤1500臭气浓度（无量纲） 3090 H2S（mg/m3） 2.78甲硫醇（mg/m3） ≤0.04甲硫醚（mg/m3） ≤1.91二甲二硫（mg/m3） ≤3.24氨（kg/h） ≤6.7
3.2 废气处理工艺介绍
对比目前的废气处理方法，针对废气中污染物的特性，考虑处理效果及工程投资的前提，确定该废气工程适合选择“低温等离子体裂解氧化废气处理工艺”。
废气首先进行溶剂吸收，再经现有的预处理系统处理，预处理后的气体通过气体分配器均布后进入低温等离子体反应器，以使每个低温等离子体反应管中通过的气体量大致相等，同时也使来自不同工段的废气进行充分混合，达到均质目的（见图2）。
按国家法律规定是让集体内部的人先流转，集体所在的人不流转的情况下才让外人流转。比如乙村的地先由乙村人流转，村里人不流转才接着让其他人流转。对我来说我出生在甲村，后来我家在乙村也有宅基地。这样我虽然不是农村户口，不在农村居住，但是我家在村里有地的话起码也能算上是这村的后人。……要是在其他乡镇，有农民提出来说“他就不是这村的人，凭什么包村里的地？我还想包地呢！”这时候土地流转可能就进行不下去了。现在最起码我有这村里的地，算这个集体的人。(宋某访谈资料)
有经销商向记者反映，目前西南地区集中用肥季节已经基本结束。当前，国内冬储备肥已开启涨价模式，在成本居高利好支撑下，个别肥企已调涨报价。上游原料价格上涨，氮磷钾的价格均有不同程度上涨，导致复合肥成本略有增加，业内涨价预期强烈。下游经销商仍处在在回笼资金阶段，询价虽有增多，但是磷复肥产销会召开在即，厂价价格尚不明朗，短期内复合肥静观其变态度占主流。预计待产销会之后，复合肥冬储报价将会陆续出台。
图2 低温等离子体裂解氧化废气处理工艺流程
3.3 废气处理前后对比
低温等离子体氧化反应器正常运行后，由第三方PONY谱尼测试集团废气检测，检测参照标准《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）、《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）、《空气和废气监测分析方法》、《空气质量 恶臭的测定 三点比较式臭袋法》（GB/T 14675-1993）、《大气污染物综合排放标准》（GB16279-1996）中规定的标准值。处理后废气中污染物的成分见表2。
表2 低温等离子处理前后废气成分对照表
排放浓度（mg/m3）处理前 H2S 33.8 2.06×103 2.78处理前 臭气浓度 33.8 2.06×103 3090处理后 H2S 27.1 3.38×103 0.027处理后 臭气浓度 27.1 3.38×103 179项目 检测项目（mg/m3）废气温度（℃）标态废气量（m3/h）
3.4 处理效果及费用
采用“DDBD低温等离子体技术+催化氧化技术”工艺处理该项目废气，异味去除率＞99%。处理废气量3500m3/h，电耗0.003kW/Nm3，即处理1m3废气的费用仅为0.013元。
4 结论
经过项目工程案例分析后，显示低温等离子体处理废气有以下优点：
（1）介质阻挡放电产生的低温等离子体，电子能量高，对污染物的降解无选择性，几乎可以和所有的异味恶臭气体分子作用。
（2）废气经过低温等离子体氧化反应器处理后的最终产物为二氧化碳、水等，不对外界环境产生二次污染。
（3）低温等离子体氧化反应器处理废气的反应快，在0.01～0.1s内完成，几乎不受气速限制。
（4）低温等离子体氧化反应器采用防腐蚀材料，且电极不与废气直接接触，从根本上解决了废气对设备的腐蚀问题。
陈少平：质量是企业和产业核心竞争力的体现。农垦是国有农业经济的骨干和代表，理所当然要在质量兴农、绿色兴农和品牌强农上走在全国农业农村系统的前列。为此，必须立足转变农业发展方式，推进农业供给侧结构性改革，全面提升农业优质化、绿色化、品牌化水平。
本文介绍的明挖地铁站与市政高架桥“同期同位分离式合建”方案，在合肥地铁1号线取得了成功的应用。目前，市政高架桥已经通车运营5 a，地铁车站已经通车运营1 a。该方案极大地节约了用地；高架桥与地铁车站仅与竖向受力相关，横向受力完全脱开，传力路径清晰，地震工况受力良好；能够实现地铁车站全外包防水；高架桥可以与地铁结构同期施工，也可以在地铁结构后期施工。该方案的相关经验可供类似工程参考。
（5）低温等离子体氧化反应器采用智能远程控制，操控方便；不受时间限制，即用即开，即关即停，无需专业技术人员操作监控，节省人工费。
建筑装修部门必须要严格按照装修设计图纸、以及施工合与施工标准来进行作业。此外建筑装修的设计必须要经过承包公司和有关部门的审批之后，再报于监督管理部门并经过同意之后才能够进行施工。建筑装修工程必须要按照装修的标准与相应的施工工艺进行施工，并且施工方要安排专人对于施工过程进行全程监督与管理。同时施工部门也必须要严格遵守法律法规，对于装修施工过程当中所产生的废弃物、粉尘、废气与振动必须要采取有效的应对措施，防止对周边环境造成污染与破坏。
（6）结构简单、占地面积小。
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李工 18824845288
王玲玲，张建平
（山东派力迪环保工程有限公司，山东 淄博 255086）
摘 要：目前对异味恶臭废气的常用处理方法存在运转费用高、设备及运行管理要求高、占地面积大、净化效率不高、极易产生二次污染、易受污染物浓度及温度影响等缺点。低温等离子体降解污染物是利用高能电子、自由基等活性粒子与废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，以达到降解污染物的目的。通过山东某制药公司废气处理项目应用实例，显示出低温等离子体处理废气的效果和经济效益的优势。
关键词：废气处理;二次污染;低温等离子体
异味是大气、水、土壤、固体废弃物等物质中的异味物质，通过空气介质作用于人的嗅觉器官而引起的不愉快感觉，并有害人体健康的一类公害气态污染物质。恶臭气体的来源广泛。主要来自于固体垃圾处理场，以石油为原料的化工厂、钢铁厂、污水泵站、污水处理厂、制药厂、饲料和肥料加工厂、畜牧产品农场、化纤厂、皮革厂、制浆厂，以及公厕、粪便转运站等场所。恶臭气体散发到空气中不仅使人感到不快、恶心、头疼、食欲不振、妨碍睡眠、嗅觉失调、情绪不振以及诱发哮喘等，甚至会引起急性疾病。
为了提高居民生活环境质量、杜绝空气污染隐患，异味恶臭源的控制处理已成为目前一些地区亟待解决的环境问题。
1 常用的废气处理技术
目前国内外用于处理异味恶臭的废气有多种技术，其中常用的技术为燃烧法、氧化法、吸收法[1]、吸附法、生物法[2]、光催化法[3]、等离子体法等。其中吸收法的净化效率不高，消耗吸收剂，易形成二次污染；低温等离子体法的适用范围广[4]、净化效率高，尤其适用于其它方法难以处理的多组分异味恶臭气体，但一次性投资较高；吸附法的吸附剂费用昂贵，再生较困难，要求待处理的异味恶臭气体有较低的温度和含尘量；生物法的占地面积大，填料需定期更换，脱臭过程不易控制，运行一段时间后容易出现问题，对疏水性和难生物降解的物质处理还存在较大难度。
由图1可知，当干燥时间为60min时，热风温度为40℃的高水分小麦含水率为24.8%；相同时间下热风温度为50℃的高水分小麦含水率降至22.9%，60℃和70℃干燥条件下的高水分小麦含水率分别为17.8%，14.4%。在热风温度为40，50，60，70℃下，高水分小麦干燥到安全储存含水率所需的时间分别为540，270，135，90min左右。可见，含水率与干燥时间之间的干燥曲线总体上呈逐渐下降趋势。处在不同热风温度下的高水分小麦在相同的干燥时间内其含水率是不相同的。在40～70℃范围内，随着热风温度的升高，高水分小麦干燥至安全储存含水率所需要的时间缩短。
2 DDBD低温等离子体技术
DDBD低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态。低温等离子体降解污染物是利用高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。
2.1 DDBD低温等离子体去除污染物的机理
介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法，这种放电产生于两个电极之间。介质阻挡放电可以在0.1×105～10×105Pa下进行，具有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行等特点。整个放电过程由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成，这些微放电的持续时间很短，一般在10ns量级。见图1所示。
图1 介质阻挡放电示意图
介质阻挡放电过程中，电子从电场中获得能量，通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团，这些活性基团相互碰撞后便引发了一系列复杂的物理、化学反应。从低温等离子体的活性基团组成可以看出，低温等离子体内部富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应，最终转化为无二次污染的CO2和H2O等物质，从而达到净化废气的目的。
低温等离子体化学反应的过程大致如下：
(2)此工件左侧有阶梯和槽，在中间还有M24的螺纹，故左侧不方便装夹，须先加工右侧，再调头装夹右侧，加工左侧。
从上述反应过程可以看出，电子先从电场获得能量，通过激发或电离将能量转移到污染物分子中去，获得能量的污染物分子被激发，部分分子被电离，从而成为活性基团。然后这些活性基团与氧气、活性基团与活性基团之间相互碰撞后生成稳定产物和热。
另外，高能电子也能被卤素和氧气等电子亲和力较强的物质俘获，成为负离子。这类负离子具有很好的化学活性，在化学反应中起着重要的作用。
2.2 DDBD低温等离子体技术的特点
低温等离子体裂解氧化废气处理技术具有能耗低（处理相同气量的废气能耗降低2/3）、处理废气量大、无需对发生管进行冲洗等优点。
低温等离子体技术应用于异味恶臭气体治理，处理效果好（几乎可以处理目前常见的各种异味恶臭气体）；运行费用低廉（每立方米气量运行费用仅为1～5分）；运行稳定、操作管理简便，即开即用。
该技术可广泛应用于石油化工、制药、食品、污水处理、涂料、皮革加工、感光材料、汽车制造、稀土等诸多行业有机废气的治理以及采用其它方法很难解决的废气的治理。
3 DDBD低温等离子体在废气处理中的应用3.1 项目概况
山东某制药有限公司污水站异味气体主要来源于特高调节池、兼氧池等工艺段散发的异味气体，主要污染因子包括：硫化氢、亚硫酸、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、氨以及吲哚、有机酸等其它有机废气，总废气量为3500m3/h，具体情况见表1。
表1 山东某制药有限公司的废气情况
项目 浓度非甲烷总烃（mg/m3） ≤1500臭气浓度（无量纲） 3090 H2S（mg/m3） 2.78甲硫醇（mg/m3） ≤0.04甲硫醚（mg/m3） ≤1.91二甲二硫（mg/m3） ≤3.24氨（kg/h） ≤6.7
3.2 废气处理工艺介绍
对比目前的废气处理方法，针对废气中污染物的特性，考虑处理效果及工程投资的前提，确定该废气工程适合选择“低温等离子体裂解氧化废气处理工艺”。
废气首先进行溶剂吸收，再经现有的预处理系统处理，预处理后的气体通过气体分配器均布后进入低温等离子体反应器，以使每个低温等离子体反应管中通过的气体量大致相等，同时也使来自不同工段的废气进行充分混合，达到均质目的（见图2）。
按国家法律规定是让集体内部的人先流转，集体所在的人不流转的情况下才让外人流转。比如乙村的地先由乙村人流转，村里人不流转才接着让其他人流转。对我来说我出生在甲村，后来我家在乙村也有宅基地。这样我虽然不是农村户口，不在农村居住，但是我家在村里有地的话起码也能算上是这村的后人。……要是在其他乡镇，有农民提出来说“他就不是这村的人，凭什么包村里的地？我还想包地呢！”这时候土地流转可能就进行不下去了。现在最起码我有这村里的地，算这个集体的人。(宋某访谈资料)
有经销商向记者反映，目前西南地区集中用肥季节已经基本结束。当前，国内冬储备肥已开启涨价模式，在成本居高利好支撑下，个别肥企已调涨报价。上游原料价格上涨，氮磷钾的价格均有不同程度上涨，导致复合肥成本略有增加，业内涨价预期强烈。下游经销商仍处在在回笼资金阶段，询价虽有增多，但是磷复肥产销会召开在即，厂价价格尚不明朗，短期内复合肥静观其变态度占主流。预计待产销会之后，复合肥冬储报价将会陆续出台。
图2 低温等离子体裂解氧化废气处理工艺流程
3.3 废气处理前后对比
低温等离子体氧化反应器正常运行后，由第三方PONY谱尼测试集团废气检测，检测参照标准《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）、《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）、《空气和废气监测分析方法》、《空气质量 恶臭的测定 三点比较式臭袋法》（GB/T 14675-1993）、《大气污染物综合排放标准》（GB16279-1996）中规定的标准值。处理后废气中污染物的成分见表2。
表2 低温等离子处理前后废气成分对照表
排放浓度（mg/m3）处理前 H2S 33.8 2.06×103 2.78处理前 臭气浓度 33.8 2.06×103 3090处理后 H2S 27.1 3.38×103 0.027处理后 臭气浓度 27.1 3.38×103 179项目 检测项目（mg/m3）废气温度（℃）标态废气量（m3/h）
3.4 处理效果及费用
采用“DDBD低温等离子体技术+催化氧化技术”工艺处理该项目废气，异味去除率＞99%。处理废气量3500m3/h，电耗0.003kW/Nm3，即处理1m3废气的费用仅为0.013元。
4 结论
经过项目工程案例分析后，显示低温等离子体处理废气有以下优点：
（1）介质阻挡放电产生的低温等离子体，电子能量高，对污染物的降解无选择性，几乎可以和所有的异味恶臭气体分子作用。
（2）废气经过低温等离子体氧化反应器处理后的最终产物为二氧化碳、水等，不对外界环境产生二次污染。
（3）低温等离子体氧化反应器处理废气的反应快，在0.01～0.1s内完成，几乎不受气速限制。
（4）低温等离子体氧化反应器采用防腐蚀材料，且电极不与废气直接接触，从根本上解决了废气对设备的腐蚀问题。
陈少平：质量是企业和产业核心竞争力的体现。农垦是国有农业经济的骨干和代表，理所当然要在质量兴农、绿色兴农和品牌强农上走在全国农业农村系统的前列。为此，必须立足转变农业发展方式，推进农业供给侧结构性改革，全面提升农业优质化、绿色化、品牌化水平。
本文介绍的明挖地铁站与市政高架桥“同期同位分离式合建”方案，在合肥地铁1号线取得了成功的应用。目前，市政高架桥已经通车运营5 a，地铁车站已经通车运营1 a。该方案极大地节约了用地；高架桥与地铁车站仅与竖向受力相关，横向受力完全脱开，传力路径清晰，地震工况受力良好；能够实现地铁车站全外包防水；高架桥可以与地铁结构同期施工，也可以在地铁结构后期施工。该方案的相关经验可供类似工程参考。
（5）低温等离子体氧化反应器采用智能远程控制，操控方便；不受时间限制，即用即开，即关即停，无需专业技术人员操作监控，节省人工费。
建筑装修部门必须要严格按照装修设计图纸、以及施工合与施工标准来进行作业。此外建筑装修的设计必须要经过承包公司和有关部门的审批之后，再报于监督管理部门并经过同意之后才能够进行施工。建筑装修工程必须要按照装修的标准与相应的施工工艺进行施工，并且施工方要安排专人对于施工过程进行全程监督与管理。同时施工部门也必须要严格遵守法律法规，对于装修施工过程当中所产生的废弃物、粉尘、废气与振动必须要采取有效的应对措施，防止对周边环境造成污染与破坏。
（6）结构简单、占地面积小。
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李工 18824845288
