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等离子体处理危险废物技术、废气技术

作者:河南废气处理设备公司 | 来源:www.hnyghbjx.com

随着手机、电脑、电视机等电子类产品的日益普及,电子产品垃圾等危险废弃物的处理也日益成为难点和焦点问题。电子产品元件中普遍含有铅、铬、镉等数百种高度有害的化学物质,我国目前对此的处理方式主要是慎埋、燃烧排放和简单的拆解回收,均难以解决处理过程的严重污染问题。另外医疗垃圾中大量的废针管以及废旧电池、废灯管中的各种有害物质均被列入《国际危险废物名录》,属于“高危垃圾”,对人类及环境具有潜伏性危害。采用传统的焚烧方法十分消耗燃料,而且在炉温达不到1000度的状况下,废弃物不容易完全溶解,还会产生废气和二噁英。在欧美等发达地区,高危废弃物的处理也是一个没有得到彻底解决的技术难题。









电子垃圾和医疗垃圾

利用大功率等离子体处理危险有害的废弃物和一般的焚烧方式大不一样,等离子体火炬的中心温度可高达摄氏2~3万度,火炬边缘温度也可达到3千度左右。当高温高压的等离子体去冲击被处理的对象时,被处理物的分子、原子将会重新组合而生成新的物质,从而使有害物质变为无害物质,甚至能变为可再利用的资源。因此等离子体废物处理是一个废料分解和再重组过程,它可将有毒有害的有机、无机废物转成有价值的产品。

等离子体高温无氧热解装置主要部件包括等离子体反应釜系统、废物馈入系统、电极驱动及冷却密封系统、熔融金属及玻璃体排出高温热阀,通过150千瓦的高效电弧在等离子高温无氧状态下,将危险废弃物在炉内分解成气体、玻璃体和金属3种物质,然后从各自的排放通道有效分离。









等离子体处理危险废物示意图

由于整个处理过程和处理环境实现了"全封闭",因此不会造成对空气的污染,同时排放出的玻璃体可用做建材,金属可回收使用,从而基本上实现了真正意义上的污染物“零排放”,具有巨大的社会效益。下左图所示为回收的玻璃体,下右图为玻璃体制成的建筑材料。









垃圾处理后回收的玻璃体——可以用来做建筑材料






          低温等离子体废气处理技术

  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。放电过程中虽然电子温度很高,但重粒子温度很低,整个体系呈现低温状态,所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。



  介质阻挡放电示意图


  介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离 子体的放电方法,这种放电产生于两个电极之间。介质阻挡放电可以在0.1~10105Pa的气压下进行,具有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行的特点。整个放电是由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成,这些微放电的持续时间很短,一般在10ns量级。介质层对此类放电有两个主要作用:一 是限制微放电中带电粒子的运动,使微放电成为一个个短促的脉冲;二是让微放电均匀稳定地分布在整个面状电极之间,防止火花放电。介质阻挡放电由于电极不直接与放电气体发生接触,从而避免了电极的腐 蚀问题(SO2腐蚀性强)。



  低温等离子体能量的传递图


  介质阻挡放电过程中,电子从电场中获得能 量,通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能,这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团,同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也可产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团, 这些活性基团相互碰撞后便引发了一系列复杂的物理、化学反应。从等离子体的活性基团组成可以看出,等离子体内部富含极高化学活性的粒子,如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这 些具有较高能量的活性基团发生反应,最终转化为CO2和H2O等物质,从而达到净化废气的目的。


  低温等离子体化学反应过程大致如下:



   从以上反应过程可以看出,电子先从电场获得能量,通过激发或电离将能量转移到污染物分子中去,那些获得能量的污染物分子被激发,同时有部分分子被电离,从而成为活性基团。然后这些活性基团与氧气、活性基团与活性基团之间相互碰撞后生成稳定产物和热。另外,高能电子也能被卤素和氧气等电子亲和力较强的物质俘获,成为负离子。这类负离子具有很好的化学活性,在化学反应中起着重要的作用。


  低温等离子体恶臭气体处理的作用原理(已H2S和CS2为例)

  活性粒子的化学反应:

  CS2* + CS2 → 2CS + S2

  CS2* + O2 → CS + SO2

  CS + O2 → CO + SO

  nCS → (CS)n (聚合物)

  SO + O2 → OSOO

  SO + OSOO → 2SO2

  CO + O → CO2

  ···

  其总的反应为:

  CS2 + 3O2 → CO2 + CO + 2SO2

  2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2


  低温等离子体技术的特点

  与目前国内常用的异味气体治理方法相比较本装置具有如下优点:

  ■ 技术高端,工艺简洁:开机后,即自行运转,受工况限制非常少,无需专人操作。

  ■ 节能: 无机械设备,空气阻力小,耗电量约为0.003kw/m3废气。

  ■ 适应工况范围宽: 设备启动、停 止十分迅速,随用随开,不受气温的影响。在250℃以下和在雾态工况环境中均可正常运转。在-50℃至 +50℃的环境温度仍可正常运转。

  ■ 设备使用寿命长:本设备由不锈钢材,铜材、钼材、环氧 树脂等材料组成,抗氧化,采用防腐蚀材料,电极与废气不直接接触,根本上解决了设备腐蚀问题。

  ■ 结构简单:只需用电,操作极为简单,无需派专职人员看守,基本不占用人工费。无机械设备,故障率低,维修容易。

  ■ 应用范围广:介质阻挡放电产生的低温等离子体中,电子能 量高,几乎可以将所有的异味气体分子降解。


  ■ 异味气体从气体收集系统收集后首先进入除水器中进行水气分离,然后再排入等离子体反应器单元,在该区域由于高能电子的作用,使异昧分子受激发,带电粒子或分子间的化学键被打断,产生自由基等活 性粒子,这些活性粒子和O2反应达到消除异味目的。同时空气中的水和氧气在高能电子轰击下也会产生OH 自由基、活性氧等强氧化性物质,这些强氧化性物质也会与异味分子反应,使其分解,从而促进异味消除 。净化后的气体经排气筒高空排放。



 低温等离子体技术工艺路线示意图



  低温等离子体技术的应用范围

  ■ 低温等离子体降解污染物是利用高能电子、自由基等活性 粒子与废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。该技术能够应用于污水处理厂、石油化工、制药、污水处理、涂料、皮革加工、感光材料 、汽车制造、食品加工厂、印染厂、垃圾处理厂、公厕、屠宰场、牲畜饲养场、鱼类加工厂、饲料加工厂等诸多能够产生恶臭异味的场所。


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