北極星VOCs在線訊:摘要：利用低溫等離子體＋光氧化技術治理煉膠廢氣是一種新興技術,文章介紹了該技術的原理和相關工程的工藝流程及治理效果,通過實際應用說明該技術對煉膠廢氣治理是有效的。
1概述
橡膠輪胎的生產製造是橡膠行業的主體部分，約佔橡膠行業工業生產總值的90％以上。2014年，全世界汽車使用橡膠輪胎約30億條，銷售額為2200多億美元。煉膠工序是輪胎生產的重要工序，生產過程中會產生大量廢氣，並且組分複雜。根據美國國家環保總局編制的《空氣汙染物排放係數彙編》(俗稱AP一42)，橡膠輪胎廢氣排放因子高達63種，其主要排放因子為顆粒物、非甲烷總烴、氨氣、苯乙烯、硫化氫、二甲苯、甲硫醇、甲硫醚、羰基硫化物等物徹。除顆粒物、氨以及硫化以外，其他主要排放因子都可以歸為揮發性有機物(VOCs)的範疇。VOCs不僅會造成大氣汙染，並且對人類健康危害巨大，會讓人們感到頭痛、噁心、嘔吐、四肢乏力，甚至出現抽搐、昏迷。
橡膠輪胎VOCs廢氣具有濃度低、氣量大、成分複雜等特點，國外VOCs廢氣治理技術分為物理回收技術和化學銷毀技術兩大類。物理回收技術包括壓縮冷凝、吸附、吸收等，化學銷毀技術包括熱力(催化)燃燒、(催化)氧化、催化轉化、生物轉化等。
2煉膠廢氣治理工藝選擇
目前，針對煉膠廢氣治理的方法主要有光氧化法、熱力燃燒法、活性炭吸附法、催化氧化法、低溫等離子體法。這幾種治理方法的優缺點比鉸見表1。
由表1可見，採用低溫等離子+光氧化技術在處理煉膠廢氣方面具有很強的綜合優勢。
3低溫等離子體-光氧化技術特點介紹
3.1低溫等離子體工藝原理
等離子體是繼固態、液態、氣態之後的物質第四態，隨著電極兩端外加電壓的升高，電極之間的絕緣體(空氣、玻璃、其他絕緣體)被擊穿，產生包括電子、各種離子、原子和自由基在內的混合體。當電壓升高到一定值（N）的時候，達到電子和離子的運動極限值，達到這一極限叫等離子體。
根據試驗測得等離子體的能級為15eV，有機汙染物分子的能級小於11eV，因此等離子體完全有能力裂解汙染物~-Y-7：的化學鍵。此外，空氣中的H2O、O2分子
將汙染物氧化為CO和H2O。光化學反應需要分子吸收特定波長的電磁輻射，受激產生分子激發態，然後會發生化學反應生成新的物質，或者變成引發熱反應的中間化學產物。光化學反應的活化能來源光子的能量。
光化學氧化技術的核心：一是利用185nmUv／O。紫外線燈，產生高能紫外線光束照射廢氣，裂解氣體中如苯、甲苯等的分子鏈結構，使有機或無機高分子汙染物分子鏈在高能紫外線光束照射下，降解轉變低分子化合物，如COHO等(如圖2所示)。二是利用高能紫外線光束分解空氣中的氧分子產生游離氧，因游離氧所攜正負電子不平衡，所以需與氧分子結合，進而產生臭氧。眾所周知，臭氧對有機物具有極強的氧化作用，可氧化部分大部分有機物和處於激活狀態的短鏈小分子有機物，對有飢氣有較好的清效果(如圖3所示)。
3.3低溫等離子體+光氧化
低溫等離子體+光氧化則是等離子體技術與氧化的強強聯合，等離子體與催化劑的協同作用可更好地去除廢氣中的惡臭氣體，提高汙染物去除效率。在等離子體裝置中，部分汙染物不是完全轉化為CO2和H2O等物質，而是生成短鏈小分子有機物或其他活生態物質，這些物質接下來再進入光解氧化設備，在紫外線和臭氧的共同作用下，被完全氧化，形成最基本的CO2、H2O等無機汙染物。
3.4工藝流程簡介
根據工程淨化要求並實現廢氣淨化目標，考慮等離子體技術和光化學氧化技術的適用範圍和最佳運行狀態，一般以「低溫等離子體+光氧化」組合工藝為主處理系統，在該組合工藝前端增加旋流板塔，在末端設置噴淋洗滌塔，從而獲得適用性好、處理能力強、操作簡單的「旋流板塔+等離子體+光氧化+噴淋洗滌」系統處理工藝。本項目工藝流程框圖如圖4所示。
流程說明如下。
(1)旋流板塔。煉膠廢氣通過袋式過濾器後，仍殘餘一定量的固相的炭黑等顆粒物及油性狀物質。旋流板塔的主要作用是去除廢氣中的顆粒物和油性物質，以保障後續系統的正常運行。根據煉膠廢氣的一般特性，煉圖2汙染物氧化成CO、H2O膠廢氣通常含有一定量的固相顆粒物及油性狀物質，這些物質對等離子體裝置和光化學氧化裝置的效率和使用壽命具有一定的影響。本項目中，為保證等離子體裝置和光化學氧化裝置的正常運行，順利實現廢氣的淨化，煉膠3#密煉機生產的廢氣先進入位於最前端的微旋流器，去除氣體中顆粒物和油性物質。
(2)低溫等離子體裝置。煉膠廢氣經微旋流器去除顆粒物和油性物質後進入等離子裝置，大部分汙染物受等離子體中的高能電子、自由基等活I生粒子的作用，使得汙染物分子在極短的時間內打開化學鍵，直接發生分解反應生成CO2和H2O，或從基態躍遷為活勝態隨後發生各種後續反應，汙染物轉化為無害物質或轉化為短鏈小分子有機物。生成的部分短鏈小分子有機物和部分未被等離子體淨化的汙染物在催化劑上進一步反應，由汙染物轉化為無害物質隨廢氣進入光化學氧化裝置。等離子體技術與催化劑協同作用可提升等離子體裝置去除汙染物的性能。
(3)光氧化裝置。收到電壓、能量利用率等因素的制約，等離子體裝置不能去除所有的汙染物且部分汙染物並不是完全轉化為CO和HO，而是生成短鏈小分子有機物，無法完全實現排放目標，故需光化學氧化裝置將短鏈小分子有機物進一步氧化為CO2和H2O，同時去除大部分未被等離子體裝置去除的臭味氣體。在光化學氧化裝置中大部分未被等離子體裝置分解的汙染物和因汙染物未完全分解生產的短鏈小分子受到紫外燈管產生的高能光束的轟擊和生成的臭氧的強氧化作用而被陝速氧1，生成CO2和H2O。
(4)噴淋裝置。由於光光化學氧化過程中生成了大量的O3，廢氣濃度存在一定的波動，且為了保證淨化效果，O3的生產量可能會大於氧化汙染的實際用量。大部分的O。在氧化有機物時被消耗，仍可能存在部分O3。在氧化有機物後隨尾氣排出，由於O3。也是一種大氣汙染物，需要處理後才可排放，所以根據其微溶於水的特性，可採用噴淋裝置去除過量的O。。此外，噴淋裝置還可去除廢氣在等離子體裝置中的反應最終產物，如NO3。等和未被光化學氧化的可溶於水的部分短鏈小分子有機物。噴淋產生的廢水進入廢水處理系統進行淨化處理。
(5)排氣筒。煉膠密煉機生產的廢氣經過旋流板塔、等離子體裝置、光化學氧化裝置和噴淋裝置等淨化裝置後達到招標文件中的排放要求，達標排放。
3.5低溫等離子+光學氧化技術系統的處理效果
以某工程為例說明低溫等離子+光學氧化技術系統的處理效果。待處理的為密煉機投料口廢氣，處理設備採用連續24h運行，處理系統氣流速度為5．90m／s，壓降小於500Pa，廢氣在反應區停留的時間為2S，入口流量為6000m3／h下的淨化數據見表2。
在各組分檢測過程中，對臭氣濃度的測定分析方法採用三點比較式臭袋法，非甲烷總烴的測定分析方法採用氣相色譜法。
上述結果得出，非甲烷總烴去除率為80％，臭氣濃度去除率為90％。由於研究的是實際輪胎廠密煉機排放的廢氣，其中各組分的濃度波動比較大。以上數據以平均數為判斷依據。
4結語
隨著我國經濟的快速發展，每年由輪胎行業排放的大量VOCs廢氣引起的汙染日趨嚴重，而我國是發展中國家，更需要將有限的汙染資金用好。低溫等離子體+光氧化技術作為一種新型的氣態汙染物的治理技術，是一個集物理學、化學、生物學和環境科學於一體的交叉綜合性電子化學技術，由於很容易使汙染物分子高效分解且處理能耗低等特點，是目前國內外大氣汙染治理中最富有前景、最行之有效的技術方法之一，其使用和推廣前景廣闊，為工業領域有機廢氣及惡臭氣體的治理開闢了一條新的思路。
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