等離子體處理危險廢物技術、廢氣技術

2019年03月19日 反應釜百科 439 views

隨著手機、電腦、電視機等電子類產品的日益普及,電子產品垃圾等危險廢棄物的處理也日益成為難點和焦點問題。電子產品元件中普遍含有鉛、鉻、鎘等數百種高度有害的化學物質,我國目前對此的處理方式主要是慎埋、燃燒排放和簡單的拆解回收,均難以解決處理過程的嚴重污染問題。另外醫療垃圾中大量的廢針管以及廢舊電池、廢燈管中的各種有害物質均被列入《國際危險廢物名錄》,屬于“高危垃圾”,對人類及環境具有潛伏性危害。采用傳統的焚燒方法十分消耗燃料,而且在爐溫達不到1000度的狀況下,廢棄物不容易完全溶解,還會產生廢氣和二噁英。在歐美等發達地區,高危廢棄物的處理也是一個沒有得到徹底解決的技術難題。

電子垃圾和醫療垃圾

利用大功率等離子體處理危險有害的廢棄物和一般的焚燒方式大不一樣,等離子體火炬的中心溫度可高達攝氏2~3萬度,火炬邊緣溫度也可達到3千度左右。當高溫高壓的等離子體去沖擊被處理的對象時,被處理物的分子、原子將會重新組合而生成新的物質,從而使有害物質變為無害物質,甚至能變為可再利用的資源。因此等離子體廢物處理是一個廢料分解和再重組過程,它可將有毒有害的有機、無機廢物轉成有價值的產品。

等離子體高溫無氧熱解裝置主要部件包括等離子體反應釜系統、廢物饋入系統、電極驅動及冷卻密封系統、熔融金屬及玻璃體排出高溫熱閥,通過150千瓦的高效電弧在等離子高溫無氧狀態下,將危險廢棄物在爐內分解成氣體、玻璃體和金屬3種物質,然后從各自的排放通道有效分離。

等離子體處理危險廢物示意圖

由于整個處理過程和處理環境實現了"全封閉",因此不會造成對空氣的污染,同時排放出的玻璃體可用做建材,金屬可回收使用,從而基本上實現了真正意義上的污染物“零排放”,具有巨大的社會效益。下左圖所示為回收的玻璃體,下右圖為玻璃體制成的建筑材料。

垃圾處理后回收的玻璃體——可以用來做建筑材料。

(文章源于:等離子體科學)

? ? ? ? ? 低溫等離子體廢氣處理技術

來源:百度百科等?

  低溫等離子體是繼固態、液態、氣態之后的物質第四態,當外加電壓達到氣體的放電電壓時,氣體被擊穿,產生包括電子、各種離子、原子和自由基在內的混合體。放電過程中雖然電子溫度很高,但重粒子溫度很低,整個體系呈現低溫狀態,所以稱為低溫等離子體。低溫等離子體降解污染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用,使污染物分子在極短的時間內發生分解,并發生后續的各種反應以達到降解污染物的目的。

  介質阻擋放電示意圖

  介質阻擋放電是一種獲得高氣壓下低溫等離 子體的放電方法,這種放電產生于兩個電極之間。介質阻擋放電可以在0.1~10?105Pa的氣壓下進行,具有輝光放電的大空間均勻放電和電暈放電的高氣壓運行的特點。整個放電是由許多在空間和時間上隨機分布的微放電構成,這些微放電的持續時間很短,一般在10ns量級。介質層對此類放電有兩個主要作用:一 是限制微放電中帶電粒子的運動,使微放電成為一個個短促的脈沖;二是讓微放電均勻穩定地分布在整個面狀電極之間,防止火花放電。介質阻擋放電由于電極不直接與放電氣體發生接觸,從而避免了電極的腐 蝕問題(SO2腐蝕性強)。

  低溫等離子體能量的傳遞圖

  介質阻擋放電過程中,電子從電場中獲得能 量,通過碰撞將能量轉化為污染物分子的內能或動能,這些獲得能量的分子被激發或發生電離形成活性基團,同時空氣中的氧氣和水分在高能電子的作用下也可產生大量的新生態氫、臭氧和羥基氧等活性基團, 這些活性基團相互碰撞后便引發了一系列復雜的物理、化學反應。從等離子體的活性基團組成可以看出,等離子體內部富含極高化學活性的粒子,如電子、離子、自由基和激發態分子等。廢氣中的污染物質與這 些具有較高能量的活性基團發生反應,最終轉化為CO2和H2O等物質,從而達到凈化廢氣的目的。

  低溫等離子體化學反應過程大致如下:


   從以上反應過程可以看出,電子先從電場獲得能量,通過激發或電離將能量轉移到污染物分子中去,那些獲得能量的污染物分子被激發,同時有部分分子被電離,從而成為活性基團。然后這些活性基團與氧氣、活性基團與活性基團之間相互碰撞后生成穩定產物和熱。另外,高能電子也能被鹵素和氧氣等電子親和力較強的物質俘獲,成為負離子。這類負離子具有很好的化學活性,在化學反應中起著重要的作用。

  低溫等離子體惡臭氣體處理的作用原理(已H2S和CS2為例)

  活性粒子的化學反應:

  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

  ···

  其總的反應為:

  CS2 + 3O2 → CO2 + CO + 2SO2

  2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2

  低溫等離子體技術的特點

  與目前國內常用的異味氣體治理方法相比較本裝置具有如下優點:

  ■ 技術高端,工藝簡潔:開機后,即自行運轉,受工況限制非常少,無需專人操作。

  ■ 節能: 無機械設備,空氣阻力小,耗電量約為0.003kw/m3廢氣。

  ■ 適應工況范圍寬: 設備啟動、停 止十分迅速,隨用隨開,不受氣溫的影響。在250℃以下和在霧態工況環境中均可正常運轉。在-50℃至 +50℃的環境溫度仍可正常運轉。

  ■ 設備使用壽命長:本設備由不銹鋼材,銅材、鉬材、環氧 樹脂等材料組成,抗氧化,采用防腐蝕材料,電極與廢氣不直接接觸,根本上解決了設備腐蝕問題。

  ■ 結構簡單:只需用電,操作極為簡單,無需派專職人員看守,基本不占用人工費。無機械設備,故障率低,維修容易。

  ■ 應用范圍廣:介質阻擋放電產生的低溫等離子體中,電子能 量高,幾乎可以將所有的異味氣體分子降解。

  ■ 異味氣體從氣體收集系統收集后首先進入除水器中進行水氣分離,然后再排入等離子體反應器單元,在該區域由于高能電子的作用,使異昧分子受激發,帶電粒子或分子間的化學鍵被打斷,產生自由基等活 性粒子,這些活性粒子和O2反應達到消除異味目的。同時空氣中的水和氧氣在高能電子轟擊下也會產生OH 自由基、活性氧等強氧化性物質,這些強氧化性物質也會與異味分子反應,使其分解,從而促進異味消除 。凈化后的氣體經排氣筒高空排放。

 低溫等離子體技術工藝路線示意圖

  低溫等離子體技術的應用范圍

  ■ 低溫等離子體降解污染物是利用高能電子、自由基等活性 粒子與廢氣中的污染物作用,使污染物分子在極短的時間內發生分解,并發生后續的各種反應以達到降解污染物的目的。該技術能夠應用于污水處理廠、石油化工、制藥、污水處理、涂料、皮革加工、感光材料 、汽車制造、食品加工廠、印染廠、垃圾處理廠、公廁、屠宰場、牲畜飼養場、魚類加工廠、飼料加工廠等諸多能夠產生惡臭異味的場所。

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