淺談醫化污水廢氣治理技術之低溫等離子
醫化行業污水站廢氣組分往往比較復雜,其主要的廢氣中可能含有甲烷、硫化氫、氨氣、甲硫醇等臭氣組分。廢氣治理設備多種多樣,雖然RTO作為一種末端治理措施可以高效處理VOCs,但來源于污水站的廢氣通常都屬于低濃度大風量,可以單獨處理或者加入前處理單元后可通入RTO進行末端治理,作為廢氣治理方法之一的技術,低溫等離子體,它對一些含有臭氣VOCs的治理十分有效。下面我們對該技術進行淺析介紹。
等離子體的定義:處于電離狀態的氣體,由大量的電子、離子、中性原子、激發態原子、光子和自由基等組成。等離子體與氣體、液體和固體特征不同:微觀角度來看,帶電粒子有正負之分,且所有負粒子的電荷總量與所有正粒子的電荷總量相等,而又能在宏觀尺寸內呈電中性;帶電粒子之間不存在凈庫侖力,等離子體是一種優良導電流體;帶電粒子之間無凈磁力;具有一定的熱效應,因此被稱為第四態物質。
等離子一般分為兩類。一是粒子溫度為106~108K,如:太陽、核聚變和激光巨變均屬于高溫等離子體;二是低溫等離子體,如常見的日光燈、霓虹燈、電弧放電、氣體激光器等。
一般我們對于等離子的運用限于低溫等離子體,在能源、環境保護、健康與生命科學、信息技術等領域均有廣泛運用,我們下面著重談談關于低溫等離子體凈化有機廢氣技術的應用。
低溫等離子體可以在減少揮發性有機物(VOCs)和其他工業廢氣的應用中廣泛運用,包括脂肪族烴、氯氟烴、甲基腈、碳酰氯、甲醛、硫和有機磷化合物、硫和氮氧化物,這樣的等離子體可以通過各種放電(輝光放電、電暈放電、介質阻擋放電、射頻放電、滑動弧放電)或電子束產生。氣體放電產生等離子體,其中主要的電能(大于99%)用于產生高能電子,而不是加熱的氣流。這些高能電子通過載氣分子的電子轟擊分裂、激發、電離產生激發粒子、自由基、離子和額外的電子。這些活性粒子則可氧化、還原或分解污染物分子,并不需要加熱氣流來破壞污染物。另外,低溫等離子體技術具有高選擇性和相對低的維護要求,高選擇性使其在排放控制時有相對低的能耗,而低的維護要求減少了每年的維護費。等離子體凈化過程的產物事實上很難與焚化產物(CO2、H2O、SO2等)區別,但這些技術中發生的化學反應與焚燒中發生的反應基本不同。
有機廢氣放電反應器中的高電場為電擊穿制造條件,在擊穿中會產生許多電子-離子對。最初的電子被電場激發,并產生二次電離等,制造的激發粒子、原子、自由基、分子和離子、電子可以與揮發性有機物分子在一定程度下互相作用。通常,控制VOCS化學處理主要機制如下:
①自由基誘導的VOCS破壞 羥基和其他活性自由基通過一個高能電子激發的多級機機制產生。事實上,應用能量越高的電子,可以獲得越高的破壞效率。
②直接由電子誘導的VOCS破壞 這個機制通常只發生在強電負性氣體中。
③直接由離子誘導的VOCS破壞 直接由離子引導的VOCS分解與氫氧基形成機制類似。當VOCS粒子或他們的中間產物通過有電離勢能的其他破壞機制產生時,電交換過程會進一步的分解反應。
④水滴與簇加強VOCS破壞 在大氣壓放下產生的離子是天然的核,且可以激發水的濃縮或簇的形成。液相捕獲陽離子和臭氧分子;捕獲的粒子引導液滴中羥基自由基的形成。當自由基遇到液滴時可以有效地破壞VOCS分子。
⑤紫外線對VOCS破壞 等離子體中的紫外線(UV)輻射可以有效地選擇性分解VOCS。盡管在非熱等離子體中它并不是分解VOCS的主要機制,但在輔助VOCS破壞過程中,紫外線起到了很大的作用。通常,等離子體放電釋放的紫外線輻射可以破壞分子鍵。
從原理以及部分使用經驗上來講,低溫等離子在污水站除臭使用效果比較好,脫除效率可以達到95%以上,雖然低溫等離子在除臭方面具備一定的優勢,但是也會帶來O3等污染氣體,近年來環保部門在O3排放上也逐漸嚴格,部分地區已經嚴格限制使用,所以對于不同工藝廢氣的污染治理還需要制定有針對性的解決方案,既要看治理效率,也要無污染排放,這才是真正踐行綠水青山的前提條件。