以恶臭气体氨气和硫化氢的降解率为考察指标，系统优化了电晕放电式低温等离子体设备电极间距、电极齿距、电极齿高三个参数。研究表明：氨气和硫化氢的降解首先随着电极间距和齿距的增加而增大，而后随着电极间距的进一步增大而逐渐降低，电极间距13 mm、电极齿距5 mm时具有最大的氨气和硫化氢降解率。当电极齿高＜7 mm时，氨气和硫化氢的降解率随电极齿高的增加而快速增大，当电极齿高＞7 mm时，其降解率随着电极齿高的进一步增大而缓慢增大，考虑到电极制作成本，故确定最佳电极齿高为7 mm。此外研究还表明，不同外施功率下，锯齿型（多齿型）的氨气降解率显著高于单一针尖型（单齿型）。


低温等离子体技术是利用等离子体放电过程中产生的大量活性粒子诸如臭氧、羟自由基、氧自由基以及多种原子与废气中污染物作用，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。与常规技术相比，等离子体在净化低浓度恶臭气体方面具有工艺简单、流程短、可操作性强的特点，已经成为污水处理厂恶臭气体净化中的一种新方法，目前在低浓度硫化氢、甲苯、乙硫醇、三氯乙烯等脱臭方面有不少获得成功应用的例子，可以看出前期文献主要集中在介质阻挡型低温等离子体技术去除各种废气可行性的研究，而实际工况条件下，待处理废气往往成分复杂，并常含有颗粒物、粘性物质等，介质阻挡等离子体反应器由于抗污染能力较弱，因此在实际应用中并非最佳选择。


为此，本文通过实验研究了直流电晕放电式低温等离子体的电极间距、电极齿距、电极齿高三个电极结构参数对典型恶臭污染物降解率的影响，并在此基础上找出优化的电极参数，为等离子体电极结构参数的设计提供依据。


1实验


1.1仪器与材料


GA-122Y型无油静音空气压缩机（上海硅莱实业有限公司），LF400型气体质量流量计（成都莱峰科技有限公司），ADS数字示波器（国睿安泰信科技股份有限公司），低温等离子体设备（苏州克利亚环保有限公司），等离子体实验电源（温州市泰德电器有限公司），大气采样器（武汉天虹仪表有限责任公司），气体混合装置（太仓宏泽防腐设备有限公司），TES-1260温湿度仪（泰仕电子工业股份有限公司），LZB-25玻璃转子流量计（常州市凯悦热工仪表有限公司），1000紫外―可见分光光度计（上海天美科学仪器有限公司），PA15/11-18型面板式直流数字电流表（上海电表厂），TM9微型电力监测仪（泰克曼电子仪器控股有限公司）。


1.2实验装置


直流电晕放电式低温等离子体处理恶臭气体的试验装置参照已有科研成果[7-8]，具体工艺流程如图1所示。本试验所采用的电晕放电圆筒式低温等离子体反应器包括同心设置的圆管状内电极和外电极，内电极与外电极之间设有环形间隙，同时内电极外壁上还设有数个尖齿，尖齿沿内电极径向呈辐射状等间距均匀分布，内电极和外电极分别固定于设置有绝缘构件的内电极支架和外电极支架上，内电极和外电极分别与等离子体实验电源的两极电性连接。主要设计参数为内电极外径30 mm，外电极内径90 mm，环形间隙长度1 000 mm，外电极和内电极材质均有不锈钢，尖齿材质为钛电极。

图1实验装置流程图


1.3分析方法


模拟氨气在流经等离子体反应器进出口时采用“公共场所空气中氨的测定方法（GB/T 18204.25-2000）”，得到线形回归方程为：A=0.185 3 C+0.017 3（r=0.999 6），线性范围0.20～4.00μg/mL。模拟硫化氢在流经等离子体反应器进出口时采用“车间空气中硫化氢的硝酸银比色测定方法（GB/T 16027-1995）”，得到线形回归方程为：A=0.835 3 C-0.0287（r=0.999 9），线性范围0.05～1.00μg/mL。如图2所示。

图2氨含量（左）和硫化氢含量（右）标准曲线图


1.3参数计算


降解率（D）计算公式如式（1）所示。


式中：C0（mg/m3）和Ct（mg/m3）分别为反应器进口与出口处的氨气浓度。