低溫等離子體技術(shù)在VOCs和惡臭異味治理領(lǐng)域的應用

1、低溫等離子體技術(shù)在VOC酢口惡臭異味治理領(lǐng)域的應用雙介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體在VOCs及惡臭異味治理領(lǐng)域的應用 摘要DDBD 技術(shù)采用雙介質(zhì)阻擋放電（Double Dielectric Barrier Discharge,簡稱 DDBD）形式產(chǎn) 生等離子體，所產(chǎn)生等離子體的密度是其他技術(shù)產(chǎn)生等離子 體密度的1500倍，該技術(shù)是派力迪公司與復旦大學共同研 發(fā)成功的。自1994年由復旦大學開始研發(fā)，后來與派力迪合作研發(fā)， 應用于工業(yè)惡臭、異味、有毒有害氣體處理。派力迪開創(chuàng)了 DDBD技術(shù)大規(guī)?；I(yè)應用的先河，該 技術(shù)節(jié)能、環(huán)保，應用范圍廣，所有化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的惡 臭異味幾乎都可以處理，并對二惡

2、英有良好的分解效果。關(guān)鍵詞 VOCs處理；惡臭處理；DDBD低溫等離子1. 前言 山東派力迪環(huán)保工程有限公司（簡稱派力迪公司）多 年致力于雙介質(zhì)阻擋放電（DDBD ）等離子體設(shè)備（簡稱DDBD設(shè)備）的研發(fā)及工程應用。自1994年第一臺等離子原理樣機誕生以來，為了提高設(shè) 備的運行穩(wěn)定性、降低設(shè)備的制造成本、提高能量利用率、 減少設(shè)備的運行費用、擴大設(shè)備的應用范圍等，進行了無數(shù) 次的改進，從2000年第一代工程應用產(chǎn)品到 2014年的第五 代產(chǎn)品，從套管式發(fā)展為排級式，目前DDBD設(shè)備單臺處理 能力達到了 10萬方/小時。在DDBD設(shè)備工程應用方面，從 2008年中石化齊魯分 公司睛綸廠廢氣治理工

3、程開始，至今已經(jīng)完成了120多個廢氣治理項目，涵蓋了石油化工、農(nóng)藥行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、皮革 行業(yè)、造紙行業(yè)、食品行業(yè)等，治理的污染物質(zhì)有酸類、醇 類、醛類、硫化物、烯燒、烷烽、芳香烽、酚類、有機胺類、 酮類、酯類、雜環(huán)類等揮發(fā)性有機物。1.1 DBD設(shè)備工作原理 2.1 DDBD設(shè)備概念 低溫等離 子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)，當外加電壓 達到氣體的放電電壓時，氣體被擊穿，產(chǎn)生包括電子、各種 離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。放電過程中雖然電子溫度很高，但重粒子溫度很低，整 個體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài)，所以稱為低溫等離子體。介質(zhì)阻擋放電是一種獲得高氣壓下低溫等離子體的一種放電方法，這種放電產(chǎn)生于

4、兩個電極之間。介質(zhì)層對此類放電有三個主要作用一是限制微放電中帶電粒子的運動，使微放電成為一個個短促的脈沖；二是讓微放電均勻穩(wěn)定地分布在整個面狀電極之間，防止火花放電。三是將金屬電極通過介質(zhì)層與廢氣進行隔離，確保電極 不被腐蝕。雙介質(zhì)阻擋放電（Double Dielectric Barrier Discharge,DDBD ）作為產(chǎn)生低溫（非平衡態(tài)）等離子體的一種可靠、 經(jīng)濟的方法，被廣泛應用于臭氧合成、紫外光源、材料表面 處理和環(huán)境保護等領(lǐng)域。1.2 DDBD設(shè)備放電原理 圖2-1雙介質(zhì)阻擋放電示意圖 介質(zhì)阻擋放電過程中，電子從電場中獲得能量，通過碰撞將 能量轉(zhuǎn)化為污染物分子的內(nèi)能或動能，這些

5、獲得能量的分子 被激發(fā)或發(fā)生電離形成活性基團，同時空氣中的氧氣和水分 在高能電子的作用下也可產(chǎn)生大量的新生態(tài)氫、臭氧和羥基 氧等活性基團，廢氣中的污染物質(zhì)與這些具有較高能量的活 性基團發(fā)生反應，最終轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等物質(zhì)，從而達到凈化廢氣的目的。1.3 DDBD設(shè)備反應機理 DDBD放電中電子的能量為711eV,平均能量大于 8eVo常見的污染物質(zhì)苯 C-H的鍵能為4.4eV, C-C鍵平均鍵能 為8.4eV,在高能電子的轟擊下，C-H鍵首先斷開，生成C6H5自由基；H2s氣體中H-S鍵的鍵能為 3.6eV,放電可 以使H2s發(fā)生斷鍵，生成 H、HS、S等物質(zhì)；CF2ClBr氣 體中C-F

6、、C-Cl、C-Br等鍵能約2.42eV,放電可以使其發(fā)生 斷鍵；甲醛氣體中CO鍵的鍵能為36eV,放電可以使甲醛 發(fā)生斷鍵。上述物質(zhì)在高能電子的作用下發(fā)生斷鍵后，反應活性大 大增加，很容易與氧自由基、羥基自由基等活性離子發(fā)生化 學反應，且大部分最終生成二氧化碳、水。3 .DDBD技術(shù)在VOCs及惡臭異味治理領(lǐng)域的工程應用DDBD等離子技術(shù)能夠有效裂解 VOCs和惡臭異味類物質(zhì)， 成功應用于化工、制藥、皮革、市政、食品等各行業(yè)廢氣治 理工程中。3.1 DDBD在化工廢氣治理中的應用化工行業(yè)廢氣污染物主要來自原料、 成品揮發(fā)，生產(chǎn)過程各工藝段的罐、 釜、 塔、真空泵、水射泵、冷凝器、傳送帶、離心

7、機等位點均產(chǎn) 生廢氣?；U氣污染物成分復雜，幾乎涵蓋所有類別的污染物 質(zhì)，包含酸類、醇類、醛類、硫化物、烯烽、烷烽、芳香烽、 酚類、有機胺類、酮類、酯類、雜環(huán)類等揮發(fā)性有機物。此類廢氣成分一般為 TVOCs < 2000 mg/m3 ,臭氣濃度< 300000對于此類廢氣，采用除水（預處理）低溫等離子體裂解氧化（主處理，停留時間 2.0 s）深度氧化（后處理）”的 工藝進行處理，對于溫度較高的廢氣，結(jié)合冷凝預處理。經(jīng)多項工程驗證，此工藝能夠?qū)ξ廴疚镔|(zhì)高效降解，使 廢氣達標排放，運行費用僅為 0.0017元/m3。這種處理工藝適用于各類石油化工、煤化工、化工助劑、 精細化工等生產(chǎn)廢

8、氣。3.2 DDBD在制藥廢氣治理中的應用制藥行業(yè)廢氣中 污染物主要為原料、溶劑揮發(fā)，產(chǎn)生于生產(chǎn)過程各工藝段的 罐、釜、真空泵、離心機等位點，包含甲苯、二甲苯、乙酸 乙酯、醇類、醛類、硫化物、烯燒、有機胺、酮類、酯類、 雜環(huán)類等揮發(fā)性有機物。此類廢氣濃度較高，臭度強，廢氣中含有一定水汽。一般情況下，臭氣濃度< 30000 （無量綱），TVOCs< 2000 mg/m3。對于此類廢氣的治理， 采用 預處理（除水）低溫等離子 體裂解氧化（主處理，停留時間2.0 s）深度氧化（后處理）” 的處理工藝。首先通過液相捕捉將廢氣中大于 25以m以上的液滴去除， 為等離子體提供良好條件；再通過等

9、離子體設(shè)備將污染物分 子鍵裂解、氧化，生成 CO2、H2O、S、N2、OH-、分子碎 片及其他無害化小分子物質(zhì)等；最后分子碎片、小分子物質(zhì) 等在深度氧化塔中進一步氧化去除，保證廢氣達標排放，處 理費用為0.0017元/m3。這種處理工藝適用于醫(yī)藥原料藥、醫(yī)藥中間體、醫(yī)藥合 成生產(chǎn)廢氣。3.3 DDBD在發(fā)醉廢氣治理中的應用發(fā)醉廢氣主要來源于種子罐、發(fā)醉罐、帶放罐和發(fā)醉菌渣處理過程。污染物主要為酸類、酮類、脂類、醇類、醛類等揮發(fā)性 有機物。臭氣濃度高，相對濕度大。另外，菌渣烘干處理過程中產(chǎn)生粉塵，廢氣溫度高。一般情況下廢氣中TVOCs < 1500 mg/m3,臭氣濃度<150000

10、對于此類廢氣，采用 “降溫除水（預處理）低溫等離 子體裂解氧化（主處理，停留時間1.5 s）深度氧化（后處理）” 的處理工藝。預處理中通過水膜除塵塔將廢氣中的粉塵去除，粉塵含 量控制在100 mg/m3以下，同時將廢氣溫度至 40 c左右；再 經(jīng)過水膜除塵塔將廢氣中大于25以m以上的液滴去除，為等離子體提供良好條件；主要處理環(huán)節(jié)通過等離子體設(shè)備將污 染物分子鍵裂解、氧化，生成 CO2、H2O、分子碎片及其他 無害化小分子物質(zhì)等；最后分子碎片、小分子物質(zhì)等在深度 氧化塔中進一步氧化去除，排由廢氣滿足排放標準，運行費 用為 0.0011 元/m3。這種處理工藝適用于生物發(fā)醉，包括抗生素、微生素、

11、氨基酸、味精及其他調(diào)味品的發(fā)醉廢氣。3.4 DDBD在污水廠（站）廢氣治理中的應用污水廠（站）廢氣污染物成分復雜，包含各類有機及無機污染物，既包括原水中帶來的揮發(fā)性有機物料、揮發(fā)性有機溶劑、揮 發(fā)性有機產(chǎn)物等，也包括生化處理釋放生的惡臭硫化物（如 H2S、硫醇、硫醍等）、氨類、有機胺類、酸類及其他揮發(fā)性 有機物。該類廢氣通常濕度較大。經(jīng)綜合多個污水廠（站）廢氣數(shù)據(jù)，此類廢氣濃度一般 為臭氣濃度 10000 （無量綱），硫化氫 200 mg/m3,TVOCs 600 mg/m3。針對此類廢氣，采用 預處理（除水）低溫等離子體裂解 氧化（主處理，停留時間 1.0 s）深度氧化（后處理）”工藝。經(jīng)多項工程驗證，此工藝對污水廠（站）惡臭異味廢氣 處理效果極佳，凈化效率高，運行費用低，僅為 0.00085元 /m3o這種處理工藝適用于各類石油化工、煤化工、化工助劑、 精細化工等生產(chǎn)廢氣。該處理工藝適用于市政污水處理站廢氣、石化污水處理 站廢氣、煤化工污水處理站廢氣、制藥污水處理站廢氣、印 鈔行業(yè)及其他污水站廢氣等。3.5 DDBD在其它行業(yè)廢氣治理中的應用除了以上列舉的應用外，DDBD技術(shù)在農(nóng)化、聚酯膜鑄造、化驗室、皮 革、食品添加劑、固廢處理、車間通風、卷煙、垃圾處理、 餐飲油煙等行業(yè)的 VOCs和惡臭異味廢