螺旋等离子体设备污染治理效果研究报告.docx

螺旋等离子体设备污染治理效果

研究报告

编制人员

编写人： 许丹宇 邢国政 庞维亮 程丹丹

目 录

1、项目由来 1
2、研究目的与方法 1
2.1研究目的 1
2.2研究方法 1
3、实验方案 2
3.1实验对象 2
3.2实验地点 3
3.3操作方法 3
3.4采样方案 4
3.5检测方法 6
4、测试结果 17
5、数据分析 17
5.1数据分析 17
5.2与国内外现有技术的比较 19
6、主要结论 26
7、附录（检测报告） 26

1、项目由来
大气环境是人类赖以生存的基本物质之一，随着人类社会的高度发展，大气环境污染日益严重。目前空气质量正在进一步恶化，大量燃料燃烧所产生的有害气体、工业生产过程所产生的废气、交通运输所排放的尾气等种类繁多且成分复杂的大气污染物已经严重威胁到人类的健康。因此，控制与治理大气环境污染 已迫在眉睫。 目前，世界各国在这方面已经采取许多措施： 在宏观方面制定严格的排放标准；在微观方面对废气处理方法的研究也取得了一定的成果。多数传统方法已无法满足现行要求。为了满足现行的环境保护要求及气体污染物排放标准，仟米纳环保工程设备（北京）有限公司研发并推出螺旋等离子体VOCs废气处理设备。公司委托我院进行该设备的污染治理效果研究。
2、研究目的与方法
2.1研究目的：
检测远卓螺旋等离子体设备对VOCs气体的处理性能，提出该套系统处理VOCs效果研究报告，为工程实践提供依据。
2.2研究方法：
1）对挥发性组分在气体流量为3000m3/h条件下通过新风净化装置，检测其进、出口浓度，计算处理效果。
2）采用的气体种类：总VOC、乙醇、丙酮、甲苯。
3）采用设备状态：等离子体；等离子体+光催化

3、实验方案
3.1实验对象
仟米纳环保工程设备（北京）有限公司提供的“螺旋等离子体+光催化”VOCs废气处理装置。

废气进口
螺旋等离子设备
光催设备
引风机
废气出口

“螺旋等离子体+光催化”设备工艺流程图

实验设备图
3.2实验地点
天津市环境保护科学研究院，国家环境保护恶臭污染控制重点实验室。
3.3操作方法
1）接通电源，开启螺旋等离子体设备。
2）水浴加热液体乙醇，产生挥发性有机气体，并开启引风机。
3）稳定运行20分钟后，分别在处理系统进口、出口采样。
4）水浴加热液体丙酮，产生挥发性有机气体。
5）稳定运行20分钟后，分别在处理系统进口、出口采样。
6）水浴加热液体甲苯，产生挥发性有机气体。
7）稳定运行20分钟后，分别在处理系统进口、出口采样。
8）水浴加热液体乙醇、丙酮、甲苯的混合物，产生挥发性有机气体混合物。
9）稳定运行20分钟后，分别在处理系统进口、出口采样。
10）开启光催化氧化设备，10分钟后在处理系统出口采样。
11）更换混合液体重复上述步骤8）、9）、10）。
12）更换混合液体重复上述步骤8）、9）、10）。

实验图片
3.4采样方案
3.4.1采样步骤
1、确定采样点数、与采样口相对位置、确定采样时间。 2、记录并在采样袋上编号标记。
3、打开采样桶，安装采样袋。
4、开启采样泵，开始采样。 5、采样完毕，自动关闭抽气泵。小心取出采样枪。

采样器图
3.4.2采样准备
1、采样袋的准备 
采样袋准备时需要进行认真的筛选。对可能泄漏的 采样袋进行剔除，以保证采样的准确性。
2、仪器性能的检查 
采样前，应检查仪器的各项功能是否正常，用手指压住进气端口，如泵的声音突然加大，松手后恢复正常，则气密性正常。 
3.4.3采样准备采样过程中注意的问题 
1、在采样前，首先应当保证设备的正常运转稳定性。
2、将采样管插入管道中，对气体进行采样，采样结束的同时，从管道中迅速取出采样管。 
3.4.4采样准备采样的质量保证
1、采样前对采样仪器进行全面检查，并进行系统检漏实验。
2、采样应当在设备运行稳定状态下进行，并有专人负责对工况的监督。 
3、采样嘴不得与管道壁碰撞，以免造成采样嘴变形。
3.5检测方法
使用本方法的人员应有实验室工作的实践经验，熟悉气相色谱和（或）固定污染源废气的采样方法。本方法并未指出所有可能的安全问题，使用者有责任采取适当的安全和卫生防护措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。在有可能爆炸、爆燃的环境下，要特别注意仪器和操作的安全性。
D.1适用范围.
本附录规定了企业有组织排放废气中VOCs的监测方法。厂界监控点的VOCs监测也可参照本附录中的相关方法。
D.2方法概述.
D.2.1相的准依
１）美国EPA method to-14a、method 18。
２）GB/T 16157 固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法。
D.2.2方法的选择
D.2.2.1本标准的VOCs质量浓度是指所有VOCs质量浓度的算术和，其中未识别物质以甲苯计。可以选择以下一种方式实施监测：
1） 采用一种监测方法测定所有预期的有机物。
2） 采用多种特定监测方法分别测定所有预期的有机物。
D.2.2.2应选用表D.1所列的监测方法或其他经环境保护部批准适用于本标准的方法。
D.2.2.3所有的方法均应符合本附录D.3的基本要求。
D.2.3预期有机物的调查
本标准测定方法适用于排气中有机物成分已知的情况，各行业有机废气的具体组分与原辅材料有关，监测前须开展预调查和预监测工作。通过预调查和预监测明确企业使用含VOCs的原辅材料、工艺流程、处理设施以及排放周期等情况，分析有机废气的组成类别、质量浓度范围，并列出预期的有机物，预期的有机物应占所有VOCs总量的80%以上，其中未识别物质以甲苯计。
D.3基本要求
D.3.1测定范围
方法的测定范围是由多方面所决定的，如采样体积、吸附剂浓缩、样品稀释、检测器灵敏度等，有组织排放监测每种有机物的检出限不宜高于0.5mg/m3。
D.3.2采样
D.3.2.1采样应符合GB/T 16157、HJ/T 397的规定，具体污染物的采样还应根据该污染物的监测方法执行。
D.3.2.2监测采样时，收集废气至排气筒的所有生产线应在正常稳定生产状态。
D.3.2.3采样方法应能够采集所有预期的污染物，可以按分析方法的要求对不同的污染物分别采样。
D.3.2.4采样体积和采样时间可根据实际监测情况确定。
D.3.2.5如采用不同于方法规定的采样方法，如改变吸附剂或吸收液，应作论证并符合质量控制和质量保证的要求。
D.3.2.6注意事项
使用固体吸附采样方法，采样前应预调查污染物的浓度和采样体积，不得超出吸附管的穿透量和穿透体积。
D.3.3分析
采用色谱分析方法时，为得到更佳的结果，可以不限于某种方法的具体要求而选择下述技术偏离，但所有偏离必须符合质量控制和质量保证的要求。
1）选择不同的溶剂或稀释比例。
2）选择不同的色谱柱。
3）选择不同的色谱分析条件。
4）选择不同的检测器。
D.3.4结果计算
VOCs测定结果按式（D.1）计算，未识别物质以甲苯计，小于检出限的有机物不参与计算。
式中：ρ(VOCs)—VOCs质量浓度，mg/m3；
      ρi—鉴定并定量测定的第i种VOCs质量浓度，mg/m3。
D.3.5质量控制和质量保证
D.3.5.1应按方法规定的要求执行质量控制和质量保证措施。
D.3.5.2实际操作偏离方法规定要求的，必须符合方法的基本原则要求。方法没有具体规定的，应参考GB/T 16157和本附录D.4.5的要求执行。
D.4VOCs监测方法
D.4.1原理
根据情况选用一种方法采样，用气相色谱分离定性，并用相应的检测器定量，如FID、PID、ECD或其他合适的检测方法，必要时应用GC/MS鉴定有机物。
本方法的测定下限与采样方式和检测器的灵敏度有关。对于气袋或采样罐采样方式，要求检测器的检出限在10-6（体积分数）以下；吸附采样方式可以浓缩样品从而降低检出限。不同检测器的灵敏度会有所不同，方法的测定上限是由检测器的满量程和色谱柱的过载量决定的，用惰性气体稀释样品和减少进样体积可以扩展测定上限。另外，高沸点化合物的冷凝问题也会影响测定上限。
本方法不能检测高分子量的聚合物、在分析之前会聚合的物质以及在排气筒或仪器条件下蒸气压过低的物质。
D.4.2试剂和材料
D.4.2.1标准气体或液体有机化合物：作为标准的有机物纯物质，应为色谱纯，如果为分析纯，需经纯化处理，以保证色谱分析无杂峰。
D.4.2.2萃取溶剂：色谱纯。
D.4.2.3钢瓶气体：载气、氧气和燃气（如需）。
D.4.2.4零气：小于检出限或小于10-6（体积分数）。
D.4.3仪器
仪器同具体方法相关，标准仅列出主要仪器，可根据方法选取。
D.4.3.1气相色谱仪：配备适当的检测器、色谱柱、温控进样器、程序温控柱箱、记录仪，气体分析时需配备六通阀、定量管。
D.4.3.2气体采样器：流量0.1~1L/min，参见GB/T 16157中9.3的要求。
D.4.3.3采样管：带不锈钢、硬质玻璃或聚四氟乙烯材料的采样管，若烟道气中含有颗粒物，需要滤膜或玻璃棉滤料过滤。
D4.3.4连接管：聚四氟乙烯材料，用于采样气体管路的连接，接头也需用不锈钢或聚四氟乙烯材料。
D.4.3.5吸附管：不锈钢管或玻璃管，内装填吸附剂，参见GB/T 16157中9.3.5的要求。
D.4.3.6气袋：材质为聚四氟乙烯。
D.4.3.7SUMMA罐（Canister）。
D.4.3.8罐清洗装置：可加温、加湿清洗采样罐，能将采样罐抽至真空（至266Pa以下），同时可对采样罐加压。
D.4.3.9电子流量计：用于控制和计量采样时通过气体采样器的气体流量。
D.4.3.10流量校正器：用于校准采样器和电子流量计的流量。
D.4.4采样和分析方法
根据安全和污染源的现场条件，可以选择以下一种合适的采样和分析步骤。
D.4.4.1样品保存
采集好的样品避光保存并尽快分析，一般放置时间不超过12h。
D.4.4.2气袋采样法
在本方法中，气袋放在一个刚性的气密箱中，对箱子抽气，被测气体采集到气袋中。
D.4.4.2.1采样
如图D.1 连接采样系统，对气袋和气密箱进行检漏。采样前把采样连接管和真空连接管直接连接，将采样管的末端放到排气管道的中心，然后启动泵，调整适当的流量。充分清洗管路后，将真空连接管连接气袋，直到流量显示为零为止，然后把采样连接管和真空连接管连接到采样位置，开始采样。采样到气袋体积的80％左右，关闭泵，密封好气袋，拆下采样连接管，拆下真空连接管。记录排气温度、大气压、环境温度、采样流量和起始结束时间。气袋和气密箱应避免阳光直射。
也可以参照以上的真空箱法，在采样连接管和气袋之间放置泵和调节阀，泵和调节阀的内部材料应不会和废气发生反应。在连接到气袋之前检漏，用废气清洗管路，并抽空气袋后开始抽取气体充入气袋。
在采样时发现气袋中有冷凝而又不能直接分析时，采样时应加热气袋，并在所有后续操作时保持适当的温度。也可以在收集样品气体时，采用同时稀释的方法采集到聚四氟乙烯气袋中。

D.4.4.2.2气袋样品的分析
D.4.4.2.2.1色谱柱的选择
根据预计的排放有机物（种类、质量浓度），选择一条能提供分离良好的出峰较快的色谱柱，可以通过文献检索、色谱柱制造商、调查污染源排放等方式了解有关的信息。
D.4.4.2.2.2色谱操作条件的建立
使用标准，试验确定仪器的分析条件，即对预计的分析物质有良好的分离和最短的分析时间。
D.4.4.2.2.3校准曲线
应有所有目标化合物的标准校准气体。可用2%准确度的钢瓶标准气，最好选用1%准确度的标准气，或者采用高质量浓度的标准气和稀释系统配置的多点校准气体。每种有机物至少需要三种不同质量浓度的标准气体，可以使用混合标准物质。
清洗进样定量管30s，使定量管的压力与大气压相同，然后打开进样阀进样分析。做三次平行样，偏差应在5%的平均值范围内。如达不到要求，加做样品或改进条件直到符合为止。然后分析其他两种质量浓度的标准，建立校准曲线。所有样品分析完毕后，做样品中等水平的标准气体。假如偏差超过5%，则需要再分析其他质量浓度标准，做前分析和后分析的联合校准曲线。假如两种响应因子偏差小于5%，可以用分析前校准曲线计算。
D.4.4.2.2.4分析步骤
分析样品时，气袋通过一小段聚四氟乙烯管连接到进样器。用已知样品峰的保留时间确认所有的峰。对于不能被鉴定且面积超过总面积的5%的出峰，应用GC/MS鉴定；或做进一步的气相色谱分析，并通过同已知物质比较保留时间来按估计最可能的化合物计算。
若气袋保持高温的话，需测定湿度。
假如气体质量浓度太高，可使用较小的定量管或稀释进样。
D.4.4.2.3计算
按式（D.2）计算标准状态下每一种有机物的质量浓度，其中未识别物质以甲苯计。

式中：ρc—标准状态下干排气中有机物的质量浓度，mg/m3；
      ρs—通过校准曲线得到的有机物的质量浓度，mg/m3；
      P0—标准状态大气压，101.325kPa；
      Ti—样品分析时的进样器温度，K；
      Pi—样品分析时的大气压或进样器的气压，kPa；
      T0—标准状态下的温度，273.15K；
      Xsw—排气中水分含量（体积分数）。
D.4.4.3采样罐采样法
D.4.4.3.1采样罐清洗
使用罐清洗装置对采样罐进行清洗，将高纯度氮气连接至罐清洗装置，进行加湿清洗，清洗过程分为低真空、高真空、充气三个步骤，每个采样罐需按上述三个步骤循环清洗三次，清洗过程须对采样罐进行加湿，降低罐体吸附活性。必要时可对采样罐在50℃~80℃进行加温清洗。清洗完毕的采样罐抽至真空（266Pa以下）。
D.4.4.3.2采样
D.4.4.3.2.1采样方法介绍
采样分为负压采样和加压采样，两种采样方式均需使用抽真空的采样罐。
1）负压采样（图D.2 无金属波纹管式泵）
将采样罐抽至真空，采样时打开采样罐，不同的压力导致VOCs废气被采入采样罐。这种采样方法可用于瞬时采样（10s~30s），或使用流量控制器进行恒定流量采样（12h~24h）。
2）加压采样（图D.2金属波纹管式泵）
长时间采集废气样品或采集大体积废气样品时采用加压采样。使用泵和流量控制装置将VOCs废气采入采样罐，采样罐气压通常可达到103~206kPa（15~30psig）。加压采样使用金属波纹管式泵将取样管中的废气采入采样罐，并使采样罐加压。

D.4.4.3.2.2采样过程
如果进行流量控制或加压采样时，应先安装好电子流速控制阀并连接好加压泵。打开罐阀和真空/压力计阀，控制流量采样。采样完毕后，关好罐阀和真空/压力计阀，采用密封帽密封采样罐，并记录有关的采样数据。将采样罐贴上标签，记录有关采样罐序列号、采样地点和日期等，带回实验室进行分析。
D.4.4.3.3采样罐样品的分析
D.4.4.3.3.1压力测定与稀释因子计算
实际样品分析前，须使用真空压力表测定采样罐内的压力。若采样罐压力小于83kPa（12psig）时，必须用零氮气加压至137kPa（20psig），以保证有足够的样品进行分析，按式（D.3）计算稀释因子：

式中：Df—稀释因子，无量纲；
      Xa—稀释前的采样罐压力，kPa；
      Ya—稀释后的采样罐压力，kPa。
样品分析完成后，被测得的VOCs浓度须乘以稀释因子得到样品废气中的测定浓度。
D.4.4.3.3.2样品分析
（1）校准
按仪器说明操作气相色谱仪。对建立的优化条件应文件化，并确保所有操作在此优化条件下进行。
（2）按校准的条件分析样品。
D.4.4.3.4计算

式中：ρc—标准状态下干排气中有机物的质量浓度，mg/m3；
      ρs—通过校准曲线得到的有机物的质量浓度，mg/m3；
      Df—稀释因子，无量纲。
D.4.5质量控制和质量保证措施
D.4.5.1采集样品前，应抽取20%的采样容器进行空白检验，当采样数量少于10个时，应至少抽取2个检验。空白采样容器中相当于2L采样量的目标物浓度应小于检出限，否则需重新老化。
D.4.5.2每次分析样品前应采用一个空白采样容器替代样品采样容器，用于测定系统空白，系统空白小于检出限后才能分析样品。
D.4.5.3现场空白样品中单个目标物的检出量应小于样品中相应检出量的10%或与空白采样容器检出量相当。
D.4.5.4吸附管采样法的其他要求
D.4.5.4.1测试样品吸附效率。如果可能穿透，应测试吸附效率。吸附管后部分的结果超过总量（前后部分之和）的10%，则认为已经穿透。
D.4.5.4.2采样器或流量计应按规定校准。采样后流量变化大于5%，但不大于20%，应进行修正；流量变化大于20%，应重新采样。
D.4.6方法的性能指标
由于不同污染源的样品含有不同的物质，因此不能有精确的检出下限。
本方法精密度：平行样相对偏差不大于10%。
本方法准确度：相对偏差不大于10%。
D.4.7干扰和消除
D.4.7.1溶剂干扰的消除方法：选择合适的色谱柱；选择合适的检测器；通过改变流量和温升程序来改变保留时间。
D.4.7.2定期分析无烃空气或氮气的空白实验以保证分析系统未被污染。
D.4.7.3采样前采用氮气冲洗重复使用的气袋2次~3次，对10%气袋进行空白实验以保证重复使用气袋符合采样要求。
D.4.7.4高浓度和低浓度的样品或标准物质交替分析时可能出现交叉污染，应在分析不同类型样品时彻底清洗气相色谱进样器。
D.4.7.5当样品中含有水蒸气时，测定水蒸气含量并修正气态有机物的质量浓度。
D.4.7.6每个样品的气相色谱分析时间必须足够长，以保证所有峰都能洗脱。

4、测试结果
样品名称
检测项目/检测结果 mg/m3
甲苯
乙醇
丙酮
挥发性有机物
甲苯进口
96.0
—
—
—
甲苯进口光催
318
—
—
—
甲苯出口无光催
0.055
—
—
—
甲苯出口光催化
0.307
—
—
—
乙醇进口
—
11800
—
—
乙醇出口
—
1140
—
—
丙酮进口
—
—
32300
—
丙酮出口
—
—
333
—
混合样进口
—
—
—
1100
混合样进口光催化
—
—
—
408
混合样出口无催化
—
—
—
159

5、数据分析
5.1数据分析
样品名称
检测项目/检测结果 mg/m3
甲苯
乙醇
丙酮
甲苯进口
96
—
—
甲苯进口光催
318
—
—
甲苯出口无光催
0.055
—
—
去除率（%）
99.94
—　
—　
甲苯出口光催化
0.307
—
—
去除率（%）
99.9
—　
—　
乙醇进口
—
11800
—
乙醇出口
—
1140
—
去除率（%）
—　
90.34
—　
丙酮进口
—
—
32300
丙酮出口
—
—
333
去除率（%）
　—
—　
98.97
混合样进口
—
—
1100
混合样进口光催化
—
—
408
去除率（%）
—　
—　
62.9
混合样出口无催化
—
—
159
光催化去除率（%）
—
—
61.0
总去除率（%）
　—
　—
85.5

从测试结果可以看出，该螺旋等离子体设备对不同VOCs气体均有明显去除效果，尤其对甲苯的去除率明显，可达到99.9%，对乙醇、丙酮的去除效率达到90%以上%。
“等离子体+光催化”设备对VOCs气体的去除效果更好，去除率为85.5%。而如果只计算光催化段对VOCs气体的去除，其效率为61.0%。

5.2与国内外现有技术的比较
VOCs净化是通过物理、化学或者生物的方法将VOCs污染物从废气中加以回收利用或者转化成无毒无害的物质以达到相应的环保标准。现有的VOCs净化技术大致分成两类，一类是回收法，回收是通过冷凝、吸附、吸收、膜分离的方法对VOCs气相分子进行回收，不破坏VOCs的分子结构；第二类是破坏法，通过物理、化学或生物的方法将VOCs转化成二氧化碳、水、氮气、无机盐等无毒无害的无机物。
回收法包括吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离法，