熱等離子體技術處理危險廢物的應用

彭亞環

摘 ?要：近年來，隨著我國社會經濟的快速發展，各行各業的發展都得到了有力的推動，尤其現代工業發展十分迅速，成為了推動社會經濟發展的重要產業。現代工業雖然發展迅速，但是也帶來了一定的環境污染問題，這是因為現代工業在發展過程中容易形成一些有毒有害氣體、廢物等，這些危險氣體、廢物如果沒有得到科學合理的處理，那么就會直接影響到環境質量。隨著各種危險廢物的不斷增多，如何有效處理危險廢物是目前需要重點考慮的問題。而熱等離子體技術在處理危險廢物方面就發揮著重要的作用。熱等離子體技術可以通過等離子體高溫、高焓的特點將危險廢物快速分解為無毒無害的物質。基于此，該文就熱等離子體技術處理危險廢物的應用進行詳細分析。

關鍵詞：危險廢物;熱等離子體技術;處理技術

中圖分類號：X705 ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

據統計，進幾年來我國工業危險廢物產生量正在逐年增加，以2015年數據結果來看，危險廢物產量高達3 976.11萬t。工業危險廢物分布在不同的行業，如化學原料和化學制品制造業、非金屬礦采選業、有色金屬冶煉等行業。這些行業在發展過程中會產生大量的危險廢物，一直以來處理工業危險廢物都是我國重點關注和重視的問題。為了提高危險廢物處理能力和效率，就必須加強有關處理技術的研究。近年來，在處理危險廢物匯總，對熱等離子體技術的研究和應用越來越受到了關注和重視。這是因為熱等離子體技術在處理危險廢物方面具有安全、可靠、有效的特點，對于一些難以用傳統技術進行處理的危險廢物，也可以利用熱等離子體技術進行處理。正是因為熱等離子體技術的優勢和特點，所以在處理危險廢物中應用該技術是必然的趨勢。而為了保證熱等離子體技術的應用有效性，加強對該技術應用的具體研究也顯得十分重要。

1 熱等離子體技術

等離子體是屬于物質的第四種狀態，與常見的氣、液、固3種狀態不同，其是由電離的導氣體組成，包括電子、正負離子、激發態原子、基態原子等，其屬于一種高度電離的氣體。雖然等離子體由大量的正負帶電離子和中性粒子組成，但等離子體的整體表現為電中性。根據粒子溫度以及整體能量狀態的不同，可將等離子分體為高溫和低溫等離子體，其中低溫等離子體又可以細分為冷等離子體和熱等離子體。冷等離子體體系溫度在20 ℃～120 ℃，屬性為準平衡等離子體，如直流輝光等離子、微波、電暈等都是冷等離子體。熱等離子體體系溫度在103 ℃～105 ℃，其屬性為非平衡等離子體，如電弧等離子體、高頻等離子體都是熱等離子體[1]。熱等離子體能量密度非常高，且重粒子溫度與電子溫度相接近，各種粒子都具有非常高的反應活性。在大氣壓下電極間的交流與直流放電、常壓微波放電等都可以產生熱等離子體。由于熱等離子體中的離子、電子、分子、自由基等反應性物種都十分活潑，所以可以使通常條件下難以進行或速度很慢的反應實現加速。正是因為如此，所以熱等離子體技術在廢物處理中發揮著重要的作用。熱等離子體技術通過高達1萬K的熱平衡等離子體，可以在無需燃燒的情況下對廢物進行分解，還可以熱裂解有毒有害固體廢棄物，產生玻璃體物質。即實現對危險廢物的有效處理，又可以實現廢物的循環利用。

2 處理危險廢物中應用熱等離子體技術的必要性

危險廢物是指具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應性、感染性，以及對環境或人體健康造成有害影響的廢物。如醫療廢物、化學藥品原料藥生產過程中的蒸餾及反應殘渣、化學藥品原料藥生產過程中廢棄的吸附劑、催化劑和溶劑、生物及生化制品制造過程中形成的蒸餾及殘渣等都屬于危險廢物[2]。危險廢物的危害是巨大的，比如破壞生態環境，影響人類健康、制約社會可持續發展等，所以科學合理的處理危險廢物十分重要。而熱等離子體放電產生的電弧具有非常高的溫度，利用其處理危險廢物可以將危險廢物熔融形成無害化產物，形成物包括簡單的氣體分子、玻璃體、金屬單質等。所形成的這些無害化產物比較穩定，放射性元素被包裹，所以不會轉移至環境中，有害物質也不會浸出，因此可以作為永久處置的廢物。相比傳統危險廢物處理方法來說，如直接填埋、堆放、焚燒等，更加安全、可靠、高效。傳統危險廢物處理方法在處理后容易再次污染土地、地下水、大氣，熱等離子體技術在處理危險廢物中就可以避免這些問題的發生。這是因為熱等離子體技術的原理與傳統處理技術不同，其是缺氧氣化的過程，并不需要額外氧氣，而都是通過低熱值合成氣和玻璃體熱熔渣。應用熱等離子體技術處理危險廢物不僅可以最大限度地減少危險廢物，同時還可以實現廢物的無害化處理及廢物的資源化處理。由此可見，在處理危險廢物中應用熱等離子體技術是尤為重要和必要的。

3 熱等離子體技術在處理危險廢物中的應用措施

3.1 石化含油污泥處理

近年來，隨著石油化工行業的快速發展與進步，其產生的危險廢物也越來越多，在工業危險廢物中占據了較大的比重。而在石油化工行業的危險廢物中，石化含油污泥就是較為常見且量大的危險廢物，如圖1所示。含油污泥中包括落地原油、泥土、砂石、水等，其成成分較多，且十分復雜，屬于一種穩定的懸浮乳液體系。含油污泥不僅有大量的老化原有，其中還包括瀝青質、腐蝕產物、凝聚劑、殺菌劑等雜質，所以在處理方面也具有一定的復雜性和技術性，且危險性較高。因此，就需要應用熱等離子體技術進行處理。在應用熱等離子體技術處理前，需要對含油污泥進行脫水處理，已達到減少體積的目的。由于含油污泥中各類污染有機物和烴類有機物比較多，所以可利用的熱值也比較大，通過應用熱等離子體技術，可以將含油污泥分解為可燃的小分子氣體，然后實現回收利用。含油污泥中固體顆粒多為無機物，利用等離子焰流可以在短時間內將固體顆粒轉化為玻璃態熔渣，且該熔渣在密度結構方面十分緊密，有毒物質基本不會浸出，所以可以滿足安全處理的要求[3]。

3.2 冶金危險廢物處理

隨著化工行業的快速發展，冶金危險廢物產生量也越來越高，如焦化廢水、不銹鋼渣等都屬于危險廢物，這些危險廢物量大，且處理難度大，所以對處理技術也提出了更高的要求。如果采用傳統的填埋處理，不僅用地較大，且容易對土壤、地表水造成污染。如果采用傳統的焚燒處理，也容易在焚燒過程中產生各種有毒有害物質。而通過應用熱等離子體技術就可以實現安全、有效處理。對于焦化廢水污泥來說，利用熱等離子體技術就可以實現無害化處理。這是因為通過應用熱等離子體技術處理后，可以產生大量的可燃氣體，這些氣體可以實現回收利用。而在熱等離子體技術處理過程中，還會產生Pb、Cb、Cu等重金屬元素，這些重金屬元素可以達到固化的效果，進而降低有毒物質的浸出率，實現安全填埋[4]。對于不銹鋼渣來說，處理流程為在一定的條件下將酸洗污泥和廢玻璃按照一定的比例混合，然后在等離子體焰流下高溫熔融后澆筑成型，以生成微晶相和玻璃相融合的復合材料。這種復合材料不僅具有玻璃的特性，還具有陶瓷的特性，所以其強度非常高，且具有耐腐蝕性的特點，可以作為可利用的優質資源。

3.3 土壤洗滌等有毒廢液處理

土地受到化工危險廢物污染時，土壤會受到嚴重的影響，且很多土壤已經沒有修復的必要，那么就需要挖掘土壤再進行處理，而利用熱等離子體技術就可以對污染土壤進行玻璃化處理。采用1 600℃～2 000 ℃高溫將土壤以及其中的污染物進行融化，有機污染物在高溫下可以被熱解，而無機污染物則可以被固化，產生的水蒸氣和可燃氣體收集后進行統一處理，熔融的土壤在冷卻后就可以形成玻璃體，使得土壤重新恢復健康。熱等離子體技術在處理污染土壤時，具有處理速度快、污染物去除率高的特點，所以值得推廣與應用。但是該方法只適合高位污染土壤處理。

3.4 鉻渣危險廢物處理

鉻渣屬于工業危險廢物中一種常見的工業廢渣，具有有毒有害的特點，如鉻渣流入地下水或河流中，那么就會以各種方式威脅人類健康。而通過應用熱等離子體技術就可以實現對鉻渣的安全、有效處理。在利用熱等離子體技術處理的過程中，將鉻渣經高溫燒制為鑄石，在此過程中，不僅可以實現對鉻渣的解毒，還可以實現對鉻渣的綜合利用。例如可以將鑄石應用到冶金、建筑、煤炭等各個行業中。

4 ?結語

隨著危險廢物產生數量的不斷增加，對危險廢物的處理也提出了更高的要求，如何保證危險廢物處理質量、處理安全性、處理可靠性，都是相關部門、相關行業需要重點考慮的問題。而熱等離子體技術在解決越來越嚴峻的危險廢物處理問題方面發揮著重要的作用。所以相關部門及相關企業要提高對熱等離子體技術的研究和重視，切實加強對熱等離子體技術的研究和投入，以此來提高危險廢物的處理水平。

參考文獻

[1]甘露.危險廢物等離子體處理技術研究[J].江西建材，2019（12）：15，17.

[2]杜長明，蔡曉偉，余振棠，等.熱等離子體處理危險廢物近零排放技術[J].高電壓技術，2019，45（9）：2999-3012.

[3]李銘書. 污泥處理用熱等離子體基本特性及污泥處理產物特性研究[D].武漢：華中科技大學，2018.

[4]陳劍峰.等離子體爐在危險廢物資源化利用中的技術探索[J].化學工程與裝備，2018（6）：280-282.