高电压工程在环境保护上的应用.doc

.高电压工程在环境保护上的应用作者： 学号：摘要：阐述了当今环境发展的现状，介绍了高电压工程在环境保护领域中的各种应用，展现了高电压工程技术在环境保护中的应用前景。关键词：环境污染 等离子体 应用 随着生活水平的提高，人类的生产和生活活动不断的扩大，人类生产所排放的废物量和种类呈急剧增加的趋势。各种污染不仅给生态环境造成了严重的破坏 ,也给人类自身带来不可估量的危害。而传统的物理、 化学处理以及燃烧等废物处理技术已远远不能适应需要 ,而高电压工程这门技术在环保领域的应用和环境保护和可持续发展问题已经提到基本国策的认识高度，且高电压技术日趋成熟，我国政府对环境保护问题十分重视， 环境保护是多学科交叉的问题，需要相关学科紧密合作，而高电压技术这门学科在此领域有着极大的应用前景。高电压工程技术在环保方面前景广阔，就以下几个方面来详细说明其应用。一、高电压除尘我国是燃煤大国，而烟尘的大量排放就是环境破坏中最为严重的污染物之一，如何在工业生产中除烟尘已经成为当今一项重要问题。静电除尘是利用静电力实现例子与气流分离一种除尘装置。其除尘过程大致分为以下几个过程：1.气体电离众所周知，物质的院子是由带正电荷的质子与不带电荷的中子组成的原子核以及在核外告诉运动的带负电的电子组成。电子比较容易受撞击或外力影响而脱离原子核的束缚，成为带负点的“自由电子”，这些电子有些还会附在其他颗粒或分子上，成为带负电的质点，称为“负离子”，气体分子失去一个电子之后就多出一个正电荷，呈现带正电的性质，称为“正离子”。这种中性气体分子分离为正离子和负离子（包括自由电子）的现象，称为气体的电离。2.粉尘荷电当在放电极和收尘极之间施加直流高电压，放电极周围的小区域内空气全部电离，可以看到一圈蓝色的光环，此时为电晕放电。放电极称为电晕极。当外加电压进一步扩大，空气电路的范围逐渐扩大，最后导致两极间的空气全部电离。在放电极附近的所谓电晕区内正离子。在放电极附近的所谓电晕去内正离子立即被放电极中和，自由电子和随即形成的负离子则因受电场力的驱使向收尘极移动，并充满到两极间的绝大部分空间。当含尘气流通过电场空间时，气流内粉尘粒子与自由电子或负离子碰撞结合，便实现了粉尘的荷电。3.粉尘沉降荷电粉尘在库伦力的作用下向收尘极运动，经过一段时间后达到收尘极表面，然后放出其所带电荷而沉积在收尘极上。4.清灰当收尘极表面上的粉尘达到一定的厚度时，用机械振打或者水气体电离过程电晕放电产生大量的正负离子粉电荷过程。高电压在空气中的局部放电的一种形式就是电晕，利用高电压使得空气离子化变为高能粒子，再利用电荷的异性相吸性质即可做到静电除尘作用，从而解决工业上的一大难题，为人类环境的维护造福。二、脱硫脱硝在工业废气中 ,对环境影响最为严重的污染物是硫氧化物和氮氧化物。等离子体技术是 20 世纪70年代发展起来的同时脱硫脱硝技术 ,该法的基本原理是利用等离子体活化产生的强氧化的自由基 ,并在氨气的参与下 ,将烟气中的 SO2 和NOX转化为硝酸铵、 硫酸铵和其复盐的固体微粒。其中电子束法(EBA法)和脉冲电晕放电法(PPCP 法)应用于烟气脱硫脱硝已达工业性试验阶段2 。子束法是靠电子加速器产生高能电子束 (400800) keV来辐照烟气 ,使其产生活性物质(如 OH , HO2 , O) ,促进分子间的化学反应。脉冲电晕放电法是从电子束法发展而来的烟气脱硫脱硝技术 ,其机理与电子束法基本相同 ,它是靠脉冲高压电源在普通反应器中形成等离子体 ,产生高能电子 (520) eV ,形成如下: O2 + e 2O + eH2O + eH + OH + e H + O2 HO2 O2 + O O3虽然电子束多段照射法成功解决了 SO2 氧化和回收率问题,但它需要有严格的庞大的放射线的防护设置,且电子加速器昂贵,电子能量损失大,维护工作量大。由于窄脉冲电晕放电等离子体中电子平均能量低于3eV ,没有解决SO2 氧化和铵盐回收率难题,国内白希尧等3通过强电场电离放电脱硫的研究,有效地解决了热化学脱硫的SO2 氧化和铵盐回收率问题,铵盐回收率达到88 %以上,放电能耗低于9Wh/ Nm3,为烟气脱硫提供了一项低成本有效的新方法。三、污水处理在环境工程领域对污水的处理有很多方法，如物理法、化学法、生物法等。有些高浓度废水，如造纸厂、印染厂等排放出的废水中有很多难降解成分，用上述传统方法很难处理。高电压技术会对此问题的解决提供帮助。高电压脉冲放电法水处理技术是易于实现高能化的高电压技术处理工业污水已是当前研究热点之一。气水相间的混合系统中施加高压窄脉冲可实现气体电晕放电。外加电压幅值数10kV, 上升时间ns级的高压脉冲时,电晕放电产生的电子温度高达几百度, 而离子和中性气体温度接近常温。被这种非平衡等离子体包围的水滴同时承受4种效应: 高能电子轰击; 电晕放电产生的O3 对水滴的杀菌消毒; 放电产生的紫外线对水滴起光化学处理作用; 放电等离子体中产生某些活性自由基( OH基等) 。它们的共同作用使难处理的工业污水达到快速净化的目的。高压脉冲放电等离子体水处理技术使放电生产的臭氧与水直接作用。简化了传统臭氧净水技术的程序, 使装置小型化, 既避免了O3 质量浓度随时间的衰减, 又发挥了放电产生的活性粒子的净化作用, 应用前景好。低温等离子体废水处理技术是一种兼具高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光分解三种作用于一体的废水处理技术,有利于有机物的降解.在我国,脉冲电晕降解有机废水的研究工作始于1996年,李胜利等人应用这一技术对兰2B水溶液进行直接处理,结果表明用高压毫微秒脉冲处理印染废水,能有效地将染料大分子破坏成小分子, 并在处理时间足够时, 能进一步将染料分子中的芳香类物质转化为有机酸,肯定了放电对染料分子的破坏和生物降解性的作用. 王方铮等提出采用多针-板电极形式的高压脉冲放电等离子体技术处理了含有苯酚的有机废水,利用最佳的降解条件,苯酚的降解率达到了86. 2%. 脉冲电压峰值的增加,电极间距的减小,鼓入反应器中氧气量的增加都有利于苯酚去除率的提高,选择合适电压峰值、电极间距和氧气的鼓入量,苯酚的降解率达到了96. 8%四、汽车尾气处理汽车尾气污染是一个全球性问题。由于汽车相对集中在城市 ,单车排放因子高 ,故汽车排放的黑烟(颗粒物) 、 NOX、 CO和 HC等已成为城市地区的主要大气污染物。等离子体技术用于汽车尾气污染治理主要有两种方式 ,即机内净化和机外净化前者的原理是将空气离子化 ,即将空气送入内燃机之前 ,利用低温等离子体臭氧发生器将空气中的氧转化为臭氧 ,然后进入燃烧室便分解为负氧离子 ,使火焰膨胀 ,促进燃烧 ,从而提高了反应速率。机外净化技术要有电晕放电、 介电位垒放电、 沿面放电等几种形式 ,利用等离子体体系中的活性物种强化(催化)氧化 还原反应 ,将汽车尾气中的有害物质通过氧化、还原或离解而转化为无害或低害物质以达到降低环境污染的目的。其中介电位垒放电可在低温条件下实现 HC、 CO、 NOX和 SO2 的氧化 ,可捕集颗粒物 ,是处理汽车尾气的一项新颖技术。五、室内空气净化室内空气污染包括物理性污染、 化学性污染和生物性污染。污染物质主要有香烟烟雾、 甲醛、NOX、 SO2、 飘尘及恶臭等 ,它们多数吸附在颗粒物上 ,对人体健康影响较大。非平衡等离子技术应用于空气净化 ,不但可分解气态污染物 ,还可从气流中分离出微粒 ,整个净化过程涉及预荷电集尘、 催化净化和负离子发生等作用。研究表明 ,适宜采用等离子体反应器与催化剂联合使用的球状颗粒物填充式结构 ,脉冲放电和沿面放电形式 ,使居室空气中的微粒状物质和气体状物。质同时得到去除。今后的工作是开发集电除尘和分解有害气体物质为一体的小型放电等离子体净化装置,同时找到合适的催化剂和电极材料来进一步提高去除率和降低能耗。结论等离子体是近20年发展起来的一门高度交叉、迅速发展的新学科 ,是集物理学、 化学、 生物学和环境科学于一体的全新技术 ,其特点是对环境污染物兼具物理作用、 化学作用和生物作用 ,具有费用低、处理效果好、 无二次污染等优点。但在理论和工艺方面还存在一些问题。等离子体技术正越来越引起人们的重视 ,被认为是目前废物处理的最佳方法。它必将是未来环保产业的重要发展方向 ,具有广阔的应用前景。本文粗略讲述了高电压技术在环境保护方面的应用和基本原理，