摘要：熱等離子體技術(shù)是一種用于處理工業(yè)危險(xiǎn)廢物的新技術(shù)。國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)做了大量的研究工作，并取得了一定的成果。本文就熱等離子體技術(shù)在危險(xiǎn)廢物中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：熱等離子體技術(shù)；危險(xiǎn)廢物處理；應(yīng)用

前言

危廢屬于資源開(kāi)發(fā)利用型廢物，有很大的利用價(jià)值，除了貯存和處置，還包括處理后的綜合回收利用。工業(yè)固廢提出“三化”處理原則，即減量化、資源化和無(wú)害化。隨著危廢處理技術(shù)的不斷發(fā)展，除了常規(guī)技術(shù)路線里的一般處理工藝流程，也逐漸出現(xiàn)了一些新型技術(shù)，如等離子體技術(shù)。

1等離子體和熱等離子體簡(jiǎn)介

等離子體被認(rèn)為是繼氣、液、固后的第四種物質(zhì)存在狀態(tài)。等離子體是指氣體原子或分子經(jīng)外加能量作用部分或全部電離形成的集合體，其中高濃度的自由電子所帶電荷與帶正電荷的粒子達(dá)到平衡，使得等離子體整體呈電中性。根據(jù)等離子體的特性，可將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體；低溫等離子體又可分為熱等離子體和冷等離子體。其中熱等離子體是一種局部平衡的等離子體，氣體電離產(chǎn)生的高能電子，高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與重粒子(離子或分子)發(fā)生彈性碰撞，并將其能量傳遞給重粒子，使周圍溫度趨于均一；被電離的氣體在高密度電場(chǎng)作用下高速越過(guò)電極從而產(chǎn)生了熱等離子體射流。

2等離子體技術(shù)

等離子體處理危險(xiǎn)廢物技術(shù)是利用等離子體炬產(chǎn)生的高溫?zé)岬入x子體將危險(xiǎn)廢物快速分解破壞，其中有機(jī)物熱解為可燃性的小分子物質(zhì)，無(wú)機(jī)物被高溫熔融后生成類玻璃體殘?jiān)?。該技術(shù)具有反應(yīng)速度快、二次污染小、適用范圍寬等特點(diǎn)，它克服了傳統(tǒng)處理技術(shù)如焚燒、化學(xué)處理等二次污染大、工藝復(fù)雜、對(duì)廢物有選擇性等缺點(diǎn)，特別適合于醫(yī)療垃圾、石棉、焚燒飛灰、電池、輪胎、放射污染等固體危險(xiǎn)廢物的環(huán)保處理。與常規(guī)焚燒技術(shù)相比，等離子體處理技術(shù)是一種環(huán)境友好技術(shù)，處理徹底，無(wú)二次污染，碳排放少。等離子體通常是含有大量電子、離子、分子、原子以及自由基的電離氣體，但其宏觀上呈電中性，并具有很高的化學(xué)活性。熱等離子體的中心溫度可高達(dá)2萬(wàn)℃，火炬邊緣溫度也可達(dá)到3000℃。等離子體技術(shù)能徹底摧毀各種有毒有害物質(zhì)，是一種有效消除污染，用途廣泛的新技術(shù)。等離子體處理廢棄物工藝的核心技術(shù)是等離子體發(fā)生器（等離子體炬），就發(fā)生器而言，應(yīng)用最多的是直流電弧等離子體。等離子體處理危險(xiǎn)廢物的獨(dú)特處理方法表現(xiàn)出安全、高效、無(wú)二次污染和廣泛適用性，它為危險(xiǎn)廢物及城市固體廢物的無(wú)害化、減容和資源化回收提供了一個(gè)十分科學(xué)有效的方法。

3等離子體處理廢棄物特點(diǎn)

由于高溫、高焓、高能粒子密度大的熱等離子體處理固體廢棄物具有以下特點(diǎn)：反應(yīng)速率快，處理量大，減重率、減容率高；高溫反應(yīng)環(huán)境可以得到較大的淬冷速率，反應(yīng)器中陡峭的溫度梯度也對(duì)淬冷過(guò)程有利；開(kāi)、停車時(shí)間短；所需氧化氣體少、氣流量小、易于控制，且降低了所需的后續(xù)凈化處理的成本及溫室氣體排放量；可集成性高，能夠原產(chǎn)地處理廢物；處理后的殘?jiān)部苫厥绽?。因此，其被認(rèn)為是最適合用作廢物處理的方法之一。目前等離子技術(shù)應(yīng)用于綜合的廢物處理及能量回收利用已經(jīng)成為了一種重要的變廢物為能量的技術(shù)，在日本、美國(guó)、加拿大、歐洲、馬來(lái)西亞都出現(xiàn)了或是中試或是已經(jīng)工業(yè)化的等離子體氣化應(yīng)用，各國(guó)的研究者們也在等離子技術(shù)處理廢物方面做了很多積極有意義的工作。

4熱等離子在處理危險(xiǎn)廢物的應(yīng)用研究

4.1石化含油污泥處理

石油化工行業(yè)危險(xiǎn)廢物在工業(yè)危險(xiǎn)廢物中的比重較大，占總量的30％。最新的《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》中，與石化行業(yè)相關(guān)的危廢有28大類，占到總數(shù)的60％。

在危廢中含油污泥是等離子體技術(shù)應(yīng)用研究的焦點(diǎn)。含油污泥主要由落地原油和泥土、砂石、水等物質(zhì)混合而成，其成分尤為復(fù)雜，是一種穩(wěn)定的懸浮乳狀液體系。含油污泥不但有大量的老化原油、瀝青質(zhì)、腐蝕產(chǎn)物、膠體、鹽類等雜質(zhì)，還包括凝聚劑、殺菌劑等水處理劑等。一般含油污泥中油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10％一20％，固體顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5％一10％，其余都是水，故處理含油污泥前需要脫水處理以減少體積。含油污泥中各類污染有機(jī)物和烴類有機(jī)物較多，可利用熱值較大，熱等離子體技術(shù)可以將其分解為可燃的小分子氣體(H₂、CO等)，再回收利用。另一方面，含油污泥中固體顆粒物多為無(wú)機(jī)物，主要成分是SiO₂等，等離子焰流在極短時(shí)間內(nèi)可以將其轉(zhuǎn)化為玻璃態(tài)熔渣，該熔渣有著致密的結(jié)構(gòu)，并且有毒物質(zhì)浸出率低，完全滿足安全填埋的要求。

4.2冶金危廢處理

4.2.1焦化廢水污泥無(wú)害化處理

焦化廢水是來(lái)源于焦化廠或者煤氣廠等煉制焦炭、凈化煤氣和加工精制化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，其中不僅含有氰化物、氟化物、硫氰化物等無(wú)機(jī)物，還包括酚類、聯(lián)苯、吡啶、吲哚等難降解有機(jī)物，是焦化廢水處理的難點(diǎn)所在，行業(yè)通常使用活性污泥法、生物脫氮技術(shù)處理得到焦化污泥。焦化污泥有較高的含水率，采用熱等離子體技術(shù)處理首先需要進(jìn)行脫水處理，把含水率降到50％以下，這樣既可以把污泥體積大幅減小，降低系統(tǒng)耗能，也可以提高污泥可燃性。由于焦化污泥有機(jī)物含量較高，熱等離子體技術(shù)處理后會(huì)產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w回收利用，同時(shí)產(chǎn)生的廢渣中Pb、Cd、Cr和Cu等重金屬元素固化效果顯著，浸出率完全滿足環(huán)保要求，可安全填埋。

4.2.2不銹鋼渣資源化處理

不銹鋼渣是不銹鋼生產(chǎn)過(guò)程中固體廢棄物，每生產(chǎn)3t的不銹鋼會(huì)產(chǎn)生1t的不銹鋼渣，大量的不銹鋼渣未及時(shí)處理會(huì)占用大量的土地資源，更會(huì)對(duì)周圍環(huán)境和人的健康產(chǎn)生直接威脅，所以不銹鋼渣的資源化是必要的。

4.3土壤洗滌等有毒廢液處理

4.3.1異位土壤玻璃化技術(shù)

當(dāng)土地受到化工中有毒有害物質(zhì)嚴(yán)重污染時(shí)，部分區(qū)域土壤已經(jīng)沒(méi)有修復(fù)的必要，那么需要挖掘土壤再進(jìn)行處理。使用熱等離子體技術(shù)對(duì)污染土壤玻璃化處理就是異位玻璃化技術(shù)，用1600～2000℃高溫將土壤及其污染物熔化。有機(jī)污染物在高溫下被熱解去除，無(wú)機(jī)污染物則被固化，產(chǎn)生的水蒸氣和可燃?xì)怏w收集后統(tǒng)一處理，熔融的土壤冷卻后形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的玻璃體。在土壤修復(fù)中使用熱等離子體技術(shù)主要因?yàn)樵摷夹g(shù)應(yīng)用范圍廣，設(shè)備小型使用靈活，處理速度快，污染物去除率較高，副產(chǎn)物少。但是由于成本很高，所以只適合高危污染土壤處理。

4.3.2污染土壤洗滌廢渣處理

目前，針對(duì)砷含量嚴(yán)重超標(biāo)的土壤，技術(shù)路線采用“洗滌”和“熱等離子體”組合技術(shù)處理，處理工藝見(jiàn)圖1。當(dāng)土壤使用洗滌劑后，將其中的超標(biāo)砷轉(zhuǎn)移到廢液中來(lái)，90％左右的土壤可以回填再使用，其他的廢液和少部分土壤會(huì)作為危險(xiǎn)廢物處理。有較高濃度的濃縮物送入熱等離子體熔融爐轉(zhuǎn)化為玻璃態(tài)爐渣，而砷被固化在玻璃內(nèi)部，可安全填埋。

結(jié)束語(yǔ)

等離子體技術(shù)對(duì)危險(xiǎn)廢棄物的處理有著天然的優(yōu)勢(shì)，能夠處理難處理的廢棄物，對(duì)環(huán)境沒(méi)有負(fù)面的影響，也可以回收有價(jià)值的副產(chǎn)品，這不但可以滿足當(dāng)今不斷嚴(yán)苛的環(huán)保要求，也符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的原則。一方面，隨著最新危廢名錄的修訂與擴(kuò)展，化工等行業(yè)的危廢處理量越來(lái)越多，從而帶來(lái)了更大的市場(chǎng)需求；另一方面，中國(guó)現(xiàn)階段資源能源短缺對(duì)資源可回收利用有極大的需求，這些都是熱等離子體技術(shù)的機(jī)會(huì)所在。

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