环保知识点：浅谈废气处理——低温等离子体技术工艺的问题

低温等离子工艺现场示意图

低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。

原理：低温等离子废气处理设备中的介质阻挡放电的过程中，等离子体内部产生富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、臭氧和激发态分子等，理论上VOCs与这些具有较高能量的活性基团发生反应，部分会被裂解，最终转化为二氧化碳和水等物质，从而达到净化废气的目的。

一般国内生产的运用低温等离子体技术的治污设备，其制造公司对设备的除污参数的描述，基本上都会提到设备的除污效率可达80%以上。大量的低温等离子体设备仅可用于治理油烟污染，在实际处理工业VOCs过程中，这种低温等离子体技术设备对VOCs的降解基本无效和会生成污染副产物，其降解效率较低，并且VOCs的易燃性令低温等离子体技术设备的安全性也备受关注。

1、爆炸事故发生几率高

2016年11月10日，天津市武清区南蔡村镇天津摩德运动器材公司，发生一起因环保除尘装置内金属粉尘受潮发热而引发的粉尘燃爆事故，造成1人死亡，12人受伤。

2017年6月20日，天津市静海区福明树脂有限公司在委托天津津荣煜环保科技有限公司安装调试环保设备过程中，发生一起爆炸事故，造成环保设备安装调试人员2人当场死亡、2人受伤。

2017年6月30日天津市安全生产委员会发布了《市安委会办公室关于吸取事故教训开展环保治理设施专项安全检查的通知》（津安办〔2017〕32号）（以下简称通知），通知中提到：“对采用‘低温等离子’等可能产生点火能的工艺或设备设施处理易燃易爆挥发性有机物的，或采用湿法除尘处理铝、镁等金属涉爆粉尘的环保设施，要立即停用，并全面进行安全风险评估，严防类似事故再次发生”。

低温等离子废气处理设备易产生火花放电，在高峰值电压下，反应器易产生火花放电，火花放电不仅增大电能消耗，而且破坏放电的正常进行，净化效率低，还存在危险性。

低温等离子设备对设备部件的构型设计、制造精度、严密性等要求很高。比如对电场频率、电压、高频的脉冲等参数，成套设备中如果其中的某个参数达不到要求，如电压电低、频率过高或过低等会对离子体的产生量造成很大的影响，甚至会造成爆炸事件。

低温等离子体废气处理设备在使用时的安全风险主要包括以下几个方面：

（1）废气本身或处理系统积累的有机物浓度高，达到了被净化物质（或混合物）的爆炸极限值，电极放电时造成设备爆炸。

（2）废气的预处理不到位，废气中的油雾或漆雾等颗粒物进入低温等离子体净化设备，沉积在电极或器壁上，积累到一定程度后会引起设备着火。

（3）某些化合物在低温等离子体环境中发生聚合反应，在电极或器壁沉积结焦，积累到一定程度也会引起设备着火。

2、分解不完全，生成副产物

等离子体对VOCs是可以部分降解的，如对简单的VOCs烷烃类、胺类物质，可以部分降解，但是当填充材料直径为3mm时，电场强度为4KV/cm时，由于击穿和火花的产生，对苯等有机物的分解并不十分完全，而且它对有机污染物甚至空气的激发是无选择性的，在短短零点几到1秒内的时间里对VOCs 的降解也是不完全的。

在分解过程中还会产生一氧化碳、臭氧与氮氧化物等污染气体，生成的大量中间产物，而这些中间产物可能比VOCs具有更强的挥发性、迁移性、毒性，造成更大的危害。

生产等离子体的厂家对原理剖析中，通常会指出臭氧能够与VOCs一起发生反应，生成无害的工体。但是实际检测结果表明，等离子体激发空气生成大量臭氧，大部分的臭氧在处污设备中是没有与VOCs 发生反应的。如广东多地区就是因为采用了等离子体设备治理VOCs 而导致空气的臭氧异常。

3、空气氧浓度的影响

不同电压下VOCs的降解率

从以上图可知，等离子体对VOCs 的降解受废气中氧浓度影响比较大，同等电压下，废气中10% 的含氧量分别比0%、20% 的降解率高。但是在实际处理过程中，废气的含氧量很难做到10% 的最佳比例，导致了等离子体技术处理设备对VOCs的降解率达不到最佳效率，甚至会因为含氧量过高或过低，导致对VOCs 的降解率只有理论值70% 以下，不但达不到治理VOCs 的标准，生成的副产物对大气产生了更多污染。

4、电压条件的影响

不同电压下臭氧的产生量

从上图可知，不管废气中含氧量多少，增大等离子体的电压，生成臭氧量都会增加。虽然电压大，可以增大激发电弧的能量，从而加大对VOCs 的降解率，但是，同时电压越大，产生的臭氧量越大，意味着等离子体技术设备对VOCs 降解效率越高，产生的二次污染越严重。

5、技术的影响

目前国内废气处理采用低温等离子技术不成熟，处于摸索阶段。相关质量管理规范标准不完善，对技术水平参差不齐的设备生产商缺少严格的鉴定依据。所以市场上众多自称为低温等离子体的净化设备，都是未通过鉴定的。

6、需要巨额的花费

目前市场上的等离子设备所用的功率并不能满足极短时间内分解有机废气，也就是说处理效率差强人意。据国外研究资料，低温等离子处理效率达90%以上的每1000风量需要4-5kw功率产生的能量，也就是说没有相应的能量是无法裂解有机废气的，如果在进气浓度相同时，要想达到90%以上的处理效率，要么降低通过设备流速增加反应时间，要么提高功率，这两种方法都会提高成本，势必给生产企业带来巨额的花费！

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综上所述，鉴于目前低温等离子体技术在废气治理中存在的多种问题，建议各生产企业应根据自身污染气体排放的种类等情况，选用最安全、最高效、最环保的VOCs废气处理设备，使污染气体排放量达到国家标准。