CN108339378B - 一种提高低温等离子体处理污染物效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高低温等离子体处理污染物效率的方法，包括如下步骤：(1)污染物预处理；(2)使用低温等离子体发生器对污染物降解；(3)降解后的污染物进入下一个处理单元，其中步骤(2)所述低温等离子体发生器使用间隔式低温等离子发生器，该设备将两个或两个以上的低温等离子体放电单元***反应器中，在污染物流动方向上间隔布设，低温等离子体将低温等离子体反应器间隔成非放电区域和放电区域，同时在非放电区域设置臭氧分解剂。本发明可提高等离子发生器内O₃活性粒子与污染物的反应机率，从而进一步提高污染物的降解效率，降低二次污染物生成机率。

Description

一种提高低温等离子体处理污染物效率的方法

技术领域

本发明涉及废水废气处理领域，具体地说，涉及一种提高低温等离子体处理污染物效率的方法。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是大气污染物的重要来源。大量VOCs排入大气，与NOx、SOx、O₃等发生复杂的物理化学反应，导致雾霾的产生，给人体健康带来严重危害。目前，VOCs常规的处理方法有活性炭吸附法、吸收法、蓄热燃烧法、催化燃烧法、催化氧化法、生物法和光催化法等，但是普遍存在净化不彻底、运行费用高等诸多不利因素。而采用等离子体技术分解各类气态污染物分子是一种新型的工业废气净化方法，该技术具有即开即停、处理的污染物范围广、抗浓度和流量波动能力强、净化效率高等优点。

为了利用低温等离子体处理这些有毒有害气体，人们针对废气处理中低温等离子体的作用机理和产生低温等离子体的方法进行了大量的基础研究。低温等离子体中能量的传递大致为：电子从电场中得到能量，通过碰撞将能量转化为分子的内能和动能，获得能量的分子被激发，与此同时，部分分子被电离，这些活化了的粒子相互碰撞从而引起一系列复杂的物理化学反应。因等离子体内富含的大量活性粒子如离子、电子、激发态的原子和分子及自由基等，从而为等离子体技术通过化学反应处理VOCs和恶臭物质提供了条件。但在对VOCs和恶臭物质进行降解的过程中，活性粒子往往未与VOCs和恶臭物质进行反应时已经被新产生的高能电子激发的新的活性粒子复合，从而活性粒子的利用率不高。

此外低温等离子体的放电介质为空气或氧气时能够产生O₃，而臭氧的寿命比其他活性粒子要长，如果未被充分利用，会有部分O₃分子被新产生的活性粒子复合掉，不仅导致活性粒子的利用率不高，而且会生成二次污染物，如氮氧化物等。

因此降低低温等离子体发生器内活性粒子的复合机率，也就意味着提高了活性粒子降解VOCs和恶臭物质的效率，降低二次污染物生成机率。

针对上述问题，虽然专利CN204429064U、CN204380489U、CN201830541U、CN103418217B、CN204485611U、CN203002160U均提及了多级串联放电，但这些专利的技术方案只是简单地增加了等离子体发生器的级数和总输入功率，与本发明在相同功率输入的前提下间隔布设等离子体发生器，有效降低活性组分复合机率，提高对废水或废气的处理效果在机理和效果上有本质不同；此外这些专利中每级放电的时间较长，均试图通过延长放电时间来提高处理效果，与本专利中缩短每一级的放电时间有本质不同。

此外，低温等离子体产生的活性物质中O₃分子的寿命较长，如果未被充分利用就进入新的等离子体发生区域，将会被新产生的活性粒子复合掉，不仅导致活性粒子的利用率不高，而且会生成二次污染物，如氮氧化物等。

发明内容

针对上述问题，本发明通过在沿介质流动方向的间隔式低温等离子体放电区中间的非放电区域放置臭氧分解剂，可提高低温等离子体发生器内O₃活性粒子与污染物的反应机率，从而进一步提高污染物的降解效率，降低二次污染物生成机率。

为实现上述目的，本发明提供一种提高低温等离子体处理污染物效率的方法，包括如下步骤：

(1)污染物先经过总烃在线分析仪检测、除湿、缓冲罐缓冲预处理；

(2)经过预处理的污染物通过低温等离子体发生器进行降解；

(3)经过降解后的污染物进入下一个处理单元，

其中步骤(2)所述低温等离子体发生器为间隔式低温等离子发生器，该设备包括低温等离子体电源、低温等离子体放电单元、低温等离子体反应器,其中两个或两个以上的低温等离子体放电单元***反应器，在污染物流动方向上间隔布设，低温等离子体将低温等离子体反应器间隔成非放电区域和放电区域，在非放电区域放置臭氧分解剂。

优选地，污染物通过间隔布设的放电单元之间的非放电区域的时间为0.1s-50s。

优选地，所述臭氧分解剂为负载Co、Mn、Ni单金属或双金属氧化物的碳基或分子筛基分解剂中的任意一种。

优选地，低温等离子体电源为高压电源、直流电源、脉冲电源中的任意一种。

优选地，低温等离子体放电单元的放电型式为电晕放电、单污染物阻挡放电、双污染物阻挡放电、辉光放电、射频放电中的任意一种。

优选地，低温等离子体发生器为栅格式、线筒式或板线式中的任意一种。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明沿着废水和废气流动方向上布置多组放电单元，通过对废水或废气间隔放电，可以降低低温等离子体发生器内活性粒子的复合机率，提高活性粒子对污染物的降解效率；

(2)沿介质流动方向的非放电区域放置臭氧分解剂，可提高低温等离子体发生器内O₃活性粒子与污染物的反应机率，进一步提高污染物的降解效率，降低二次污染物生成机率。

下面通过对有机废气总烃降解效果的变化，分析抑制低温等离子体活性组分复合的效果：

(1)沿着废水和废气流动方向上布置多组放电单元，可以有效地增强气流的扰动，促进介质的混合，从而增加活性自由基与污染物分子的碰撞和反应几率，提高活性自由基的利用效率。小试、中试和工业实验的数据表明，开启单个放电单元，并在其后安置一个未开启的放电单元，经过两级式介质阻挡放电设备与其后未安置放电单元的相比，有机废气总烃的降解效率提升了3％；

(2)介质阻挡放电过程中活性自由基的产生依赖于放电过程的能量注入，一般情况下，随着注入能量的升高，活性自由基的产量随之上升，但增加逐渐变慢，并且单个放电单元的注入能量及活性自由基的生成密度存在上限。因此，在一定的功耗下，采用多组放电单元，合理地分配能量注入，对于活性自由基的产量有着重要的影响。小试和中试实验研究表明，采用单个放电单元，并在其后设置一个未开启的放电单元，经过两级式介质阻挡的放电设备与只设置单个放电单元的相比，前者的总烃降解效率明显高于后者；

(3)试验表明，采用两个放电单元，每个放电单元功率均为180W，有机废气与低温等离子体发生器接触时间各为0.1s，将两个低温等离子体发生器的间距由0.3m增至1.0m，总烃降解效率为81％。在总功耗一定的情况下，相比于单个放电单元，并增加放电间距，开启两组放电单元的总烃降解效率提升了19％。原因是，放电过程产生的O和O₃等活性自由基密度较高且寿命较长(＞1s)，在经第一个放电单元产生并随着气体的流动到达第二个放电单元时难以完全消耗，在第二个放电单元周边仍有大量的O和O₃等活性自由基，它们的存在会抑制第二个放电单元O和O₃的产生，因此，两个放电单元布置较近时，所产生的总的O和O₃量低于两个放电单元单独布置时产生之和，该发明中采用间距可调节的设计，有效避免这一问题。

附图说明

图1为本发明所述间隔式低温等离子发生器中臭氧分解剂的位置示意图；

图2为本发明所述间隔式低温等离子发生器的示意图。

标号说明：

1-低温等离子体发生器； 2-低温等离子体反应器； 3-低温等离子体电源；

4-接线盒； 5-视窗； 6-排污口； 7-吹扫口。

具体实施方式

实施例1

填充臭氧分解剂层的间隔式低温等离子发生器的设定参数如下：将2个介质阻挡格栅式低温等离子体发生器在介质流动方向上间隔0.6m布设，在两个低温等离子体发生器之间填充5cm厚的臭氧分解剂层(负载Co的碳基分解剂)，总输入功率360W，介质流动的速度为0.05m/s，介质与每个等离子体发生器接触时间为0.9s，介质在非放电区域停留时间为3s。

取某炼油厂污水处理装置产生的有机挥发气进行试验，实验前，废气中苯的含量为80mg/Nm³，有机挥发气先经过总烃在线分析仪检测、除湿、缓冲罐缓冲预处理,然后进入上述间隔式低温等离子发生器降解之后，苯的含量为8mg/Nm³，苯去除率达90％。

对比例1

普通低温等离子发生器的设定参数如下：将2个介质阻挡格栅式低温等离子体发生器在介质流动方向上间隔0.6m布设，总输入功率360W，介质流动的速度为0.05m/s，介质与每个等离子体发生器接触时间为0.9s，介质在非放电区域停留时间为3s。

取与实施例1相同的有机挥发气进行试验，苯去除率为70％。

实施例2

填充臭氧分解剂层的间隔式低温等离子发生器的设定参数如下：将2个双介质阻挡、格栅式低温等离子体发生器在介质流动方向上间隔0.6m布设，在介质流动的方向分别在两个低温等离子体发生器之后填充5cm厚的臭氧分解剂层(负载Mn的分子筛基分解剂)，距离前面的低温等离子体发生器的距离均为27.5cm，总输入功率360W，介质流动的速度为0.05m/s，介质与每个等离子体发生器接触时间为0.9s，介质在非放电区域的停留时间为20s。

取某炼油厂污水处理装置产生的有机挥发废气进行试验，实验前，废气中苯的含量为80mg/Nm³，有机挥发气先经过总烃在线分析仪检测、除湿、缓冲罐缓冲预处理,然后进入上述间隔式低温等离子发生器降解之后，苯的含量为4mg/Nm³，苯去除率达95％。

对比例2

普通低温等离子发生器的设定参数如下：将2个双介质阻挡、格栅式低温等离子体发生器在介质流动方向上间隔0.6m布设，不设置臭氧分解剂，总输入功率360W，介质流动的速度为0.05m/s，介质与每个等离子体发生器接触时间为0.9s，介质在非放电区域停留时间为20s。

取与实施例2相同的有机废气进行试验，苯的去除率为70％。

实施例3

填充臭氧分解剂层的间隔式低温等离子发生器的设定参数如下：将3个单介质阻挡、线筒式低温等离子体发生器在介质流动方向上间隔1.0m布设，在介质流动的方向上每个低温等离子体发生器之后填充5cm厚的臭氧分解剂层(负载Ni的分子筛基分解剂)，距离前面低温等离子体发生器的距离为47.5cm，总输入功率360W，介质与每个等离子体发生器接触时间为0.1s，介质在非放电区域停留时间为50s。

取某炼油厂污水处理装置产生的有机废气挥发气进行试验，实验前，废气中总烃含量为760mg/Nm³，有机挥发气先经过总烃在线分析仪检测、除湿、缓冲罐缓冲预处理,然后进入上述间隔式低温等离子发生器降解之后，总烃含量为80mg/Nm³，总烃去除率达90％。

对比例3

普通低温等离子发生器的设定参数如下：将3个单介质阻挡、线筒式低温等离子体发生器外层电极在介质流动方向上间隔1.0m布设，总输入功率360W，介质流动的速度为0.1m/s，介质与每个等离子体发生器接触时间为0.1s，介质在非放电区域停留时间为50s。

取与实施例3相同的有机废气进行试验，总烃去除率为80％。

实施例4

填充臭氧分解剂层的间隔式低温等离子发生器的设定参数如下：将4个电晕放电阵列、线筒式低温等离子体发生器间隔1.5m布设，在介质流动的方向上每个低温等离子体发生器之后填充5cm厚的臭氧分解剂层(负载Mn、Ni双金属氧化物的分子筛基分解剂)，距离前面低温等离子体发生器的距离为1.0cm，总输入功率360W，介质与每个等离子体发生器接触时间为0.1s，介质在非放电区域停留时间为0.1s。

取某炼油厂污水处理装置产生的有机挥发气废气进行试验，实验前，废气中硫醇、硫醚等恶臭气体的恶臭浓度含量为10000，有机挥发气先经过总烃在线分析仪检测、除湿、缓冲罐缓冲预处理,然后进入经过上述间隔式低温等离子发生器降解之后，恶臭气体的恶臭浓度含量为200，去除率达98％。

对比例4

普通低温等离子发生器的设定参数如下：将4个电晕放电阵列、线筒式低温等离子体发生器外层电极在介质流动方向上间隔布设，总输入功率360W，介质与每个等离子体发生器接触时间为0.1s。

取与实施例4相同的有机废气进行试验，硫醇、硫醚等恶臭气体的恶臭浓度去除率为56％。

从上述实施例1-4和对比例1-4可以看出，沿着介质流动方向上布置多组放电单元，通过对污染物间隔放电，同时沿介质流动方向的非放电区域放置臭氧分解剂，可以显著提高废气中苯、总烃及臭气浓度的去除率。

Claims (6)

1.一种提高低温等离子体处理污染物效率的方法，包括如下步骤：

(1)污染物先经过总烃在线分析仪检测、除湿、缓冲罐缓冲预处理；

(2)经过预处理的污染物通过低温等离子体发生器进行降解；

(3)经过降解后的污染物进入下一个处理单元，

其特征在于，步骤(2)所述低温等离子体发生器使用间隔式低温等离子发生器，该设备包括低温等离子体电源、低温等离子体放电单元、低温等离子体反应器,其中两个或两个以上的低温等离子体放电单元***反应器，在污染物流动方向上间隔布设，低温等离子体将低温等离子体反应器间隔成非放电区域和放电区域，在非放电区域放置臭氧分解剂。

2.根据权利要求1所述的一种提高低温等离子体处理污染物效率的方法，其特征在于，污染物通过间隔布设的放电单元之间的非放电区域的时间为0.1s-50s。

3.根据权利要求1所述的一种提高低温等离子体处理污染物效率的方法，其特征在于，所述臭氧分解剂为负载Co、Mn、Ni单金属或双金属氧化物的碳基或分子筛基分解剂中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种提高低温等离子体处理污染物效率的方法，其特征在于，低温等离子体电源为高压电源、直流电源、脉冲电源中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种提高低温等离子体处理污染物效率的方法，其特征在于，低温等离子体放电单元的放电型式为电晕放电、单污染物阻挡放电、双污染物阻挡放电、辉光放电、射频放电中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种提高低温等离子体处理污染物效率的方法，其特征在于，低温等离子体发生器为栅格式、线筒式或板线式中的任意一种。