山西:向低溫等離子和光催化氧化技術(shù)亂象說(shuō)NO(附深度解讀)
井噴式爆發(fā)的VOCs市場(chǎng),召喚出了大小不一、參差不齊的治理公司,至于治理技術(shù),也算是重溫了“百家爭(zhēng)鳴、百花齊放”的盛況。在VOCs治理這件事上,南北方還是有一定的默契,一改因粽子、月餅和餃子等吃法差異就吵得不可開(kāi)交的毛病。毫無(wú)疑問(wèn),活性炭吸附、光催化氧化與低溫等離子技術(shù)絕對(duì)妥妥得承包VOCs治理市場(chǎng)份額的前三甲,但光環(huán)籠罩下的陰影更值得注意。
日前,由山西省環(huán)保廳發(fā)布的《山西省工業(yè)涂裝、包裝印刷、醫(yī)藥制造行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物控制技術(shù)指南》,對(duì)低溫等離子與光催化氧化技術(shù)提出以下明確要求:
(1)治理設(shè)施的風(fēng)量按照最大廢氣排放量的120%進(jìn)行設(shè)計(jì)。低溫等離子體技術(shù)或光催化技術(shù)單獨(dú)使用時(shí),僅適用于處理低濃度有機(jī)廢氣或惡臭氣體;治理效率要求更高時(shí),應(yīng)采用多種技術(shù)的組合工藝。對(duì)于含油霧、漆霧或顆粒物的廢氣,應(yīng)配置高效過(guò)濾等適宜的預(yù)處理工藝。
(2)應(yīng)首先明確廢氣組分中最大可能的化學(xué)鍵鍵能。使用低溫等離子體技術(shù)的,需給出處理裝置設(shè)計(jì)的電壓、頻率、電場(chǎng)強(qiáng)度、穩(wěn)定電離能等參數(shù),同時(shí)出具所用電氣元件的出廠防爆合格證;使用光催化氧化技術(shù)的,需給出所用催化劑種類、催化劑負(fù)載量等參數(shù),并出具所用電氣元件的防爆合格證與燈管發(fā)射185nm波段的占比情況檢驗(yàn)證書。
(3)應(yīng)盡量延長(zhǎng)廢氣在裝置中的反應(yīng)停留時(shí)間,并配備臭氧催化分解單元。
在VOCs圈子里混久了的朋友,都會(huì)對(duì)下面兩張?jiān)韴D很麻木。在此,小編更想用自己的理解及部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)解讀下這兩種技術(shù)。
低溫等離子技術(shù)
電場(chǎng)激發(fā)出的電子、自由基、激發(fā)態(tài)分子(主要是O3等)等活性物質(zhì),是低溫等離子體技術(shù)凈化有機(jī)廢氣的關(guān)鍵。VOCs組分解離的難易程度,一方面取決于電子的能量,另一方面還取決于分子中化學(xué)鍵的鍵能。電子在放電過(guò)程中獲得的能量主要集中在2~12eV之間,而VOCs分子分解所需要能量剛好均在這個(gè)區(qū)域內(nèi)。
目前,產(chǎn)生低溫等離子體的常用方法是電暈放電和介質(zhì)阻擋放電。
電暈放電,是在大氣壓或高于大氣壓條件下,使用電極表面曲率半徑很小的電極,如針狀電極或細(xì)線狀電極,由于放電空間電場(chǎng)不均勻,使電離過(guò)程主要局限于局部電場(chǎng)很高的電極附近,特別是發(fā)生在曲率半徑很小的電極附近或薄層中,并伴隨明顯光亮的放電現(xiàn)象,一般都發(fā)生在高電壓(大于5kv)和較高頻率(20~40kHz)條件下。
介質(zhì)阻擋放電,是絕緣介質(zhì)覆蓋在電極上或者懸掛在放電空間中的一種氣體放電。當(dāng)在電極上施加足夠高的交流電壓,電極之間的氣體發(fā)生電離,而電極間的介質(zhì)能起到儲(chǔ)能作用,限制放電電流的自由增長(zhǎng),進(jìn)而產(chǎn)生大量細(xì)絲狀、延時(shí)極短的脈沖微放電,均勻穩(wěn)定地充滿整個(gè)放電間隙,同時(shí)能抑制級(jí)間火花或弧光的產(chǎn)生。
采用介質(zhì)阻擋放電方式的等離子體反應(yīng)器,一般都采用陶瓷、石英等防腐蝕介質(zhì)材料,電極與廢氣不直接接觸,從而可以一定程度避免設(shè)備腐蝕問(wèn)題。而電暈放電技術(shù)(或針尖放電式)通常是氣體與電極直接接觸的,即使通過(guò)的氣體沒(méi)有腐蝕性,但等離子體中的活性強(qiáng)氧化物質(zhì)(如臭氧)也可能腐蝕電極。相對(duì)而言,采用介質(zhì)阻擋放電方式比電暈放電方式(如針尖放電)更安全。
值得注意的是,低溫等離子體技術(shù)主要是將有機(jī)分子中的化學(xué)鍵打斷,但尚未能完全將有機(jī)物礦化成CO2和H2O。以某治理項(xiàng)目為例,非甲烷總烴的去除率僅為45%,而惡臭的去除率可達(dá)93%。這主要是因?yàn)榉羌淄榭偀N經(jīng)過(guò)處理后,大分子變成小分子,用色譜法檢測(cè)依然表現(xiàn)為非甲烷總烴;而分解過(guò)程中產(chǎn)生的部分異味副產(chǎn)物(如臭氧等)亦會(huì)對(duì)惡臭的去除率有一定影響。
因此,正經(jīng)的低溫等離子體技術(shù)供應(yīng)商,通常還會(huì)在等離子反應(yīng)器前配置預(yù)處理系統(tǒng),有效去除廢氣中的粉塵和水分,并且也會(huì)在反應(yīng)器后再配置后處理系統(tǒng),延長(zhǎng)廢氣與活性物質(zhì)的反應(yīng)時(shí)間,同時(shí)對(duì)多余的活性物質(zhì)(主要是臭氧)進(jìn)行分解消除。
2
以小編的理解,高壓電源就是低溫等離子技術(shù)的核心。電壓和頻率是電源能量輸出的兩個(gè)重要參數(shù)。
氣體中出現(xiàn)的自由電子只有從一定強(qiáng)度的電場(chǎng)中獲得能量成為高能電子,然后才能與氣體分子發(fā)生碰撞,將能量傳遞給該分子,使該氣體分子的外層電子脫離核的束縛,從而產(chǎn)生更多的自由電子和帶正電的離子。
頻率的提高會(huì)增加單位時(shí)間內(nèi)局部放電的平均脈沖個(gè)數(shù),放電的重復(fù)率增加。但研究結(jié)果表明,當(dāng)電壓一定時(shí),污染物的去除率隨頻率的提高先增加后減小。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)充分考慮電源與等離子體反應(yīng)器的匹配關(guān)系,并充分考慮諧振帶來(lái)的影響。
責(zé)任編輯:任我行
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