危險廢物處置的現狀與前沿技術

朱延臣，沈瑩

(1.北京建筑材料科學研究總院有限公司，北京 100041；2.北京金隅紅樹林環保技術有限責任公司，北京 102402)

隨著經濟社會的不斷發展，人們在享受工業發展帶來利益的同時，也在承受著工業危險廢物所帶來的危害[1]。危險廢物因其易毒、易爆、易腐蝕等特性，嚴重破壞了生態環境，嚴重影響了人類健康，成為社會關注的焦點[2]。因此如何妥善處置危險廢物，有效改善環境質量，降低環境風險，成為生態環境保護和經濟社會發展的重要課題。

1 危險廢物定義及種類

世界衛生組織對危險廢物的定義為:除生活垃圾和放射性廢物之外的，由于數量、物理化學性質或傳染性，當未進行適當的處理、存放、運輸或處置時，會對人類健康或環境造成重大危害的廢物[3]。根據?中華人民共和國固體廢物污染環境防治法?規定，我國對危險廢物的定義是:列入?國家危險廢物名錄?或根據危險廢物鑒別標準及方法認定的，具有毒性、腐蝕性、易燃性、反應性、感染性等一種或幾種危險特性，以及不排除具有上述危險特性的固體廢物。

危險廢物種類繁多，成分復雜。根據2016 版?國家危險廢物名錄?，危險廢物分為46 大類別479 種，來源主要有工業生產和醫療活動等。工業生產是危險廢物產生的主要來源，如石油化工、金屬冶煉、生物醫藥和電子元件制造等過程都會產生危險廢物。按照主要成分來劃分，工業產生的危險廢物主要包括廢酸廢堿、金屬類、有機類、無機殘渣等。工業危險廢物具有不易降解、毒害性、腐蝕性等特點，隨意放置或排放對土壤、水體、大氣產生危害，并嚴重威脅人體健康。醫療衛生機構在醫療、預防以及保健等活動中產生的廢物，因直接或者間接具有感染性、毒性以及其他危害性等，成為危險廢物管理對象中的重點。當前我國和世界其他國家和地區發生的新冠肺炎疫情，在治療、隔離觀察、診斷等過程中產生的醫療用品、醫用廢液等廢物，因帶有傳染性極強的致病病毒，必須得到安全處置。

2 當前危險廢物處置技術

經過幾十年發展國內外危險廢物處置技術已相對成熟，目前主要有固化/穩定化處理、安全填埋、焚燒處理和水泥窯協同處置等。

2.1 固化/穩定化處理

固化/穩定化處理是指通過采用物理、化學等手段，將危險廢物轉變成高度不溶性的穩定物質，使危險廢物中有害物質封閉起來或者呈現化學惰性，從而達到穩定化、無害化、減量化的目的。固化/穩定化主要適用于處理不焚燒或無機處理的廢物，如放射性廢物、濃縮液、含重金屬污泥、焚燒飛灰和爐渣等。

固化/穩定化技術常見的處理方法有水泥固化、瀝青固化和藥劑固化等[4]。水泥固化和瀝青固化是傳統的處置手段，而藥劑固化是近些年來發展起來的新的處置方式。藥劑固化對危險廢物的處理效果主要取決于藥劑的好壞。近年來成功研發的金屬螯合劑因其捕集效率高、穩定性好、適用范圍廣，使得藥劑固化成為處理含重金屬危險廢物的高效手段。

2.2 安全填埋

安全填埋是指在對危險廢物進行脫水、中和、堆肥、固化/穩定化等預處理后送入填埋場填埋，通過將危險廢物與環境隔絕，使之得到無害化處理。作為一種耗資相對較低的處理方式，安全填埋是國內外危險廢物處置的常用手段。

填埋場的防滲漏系統是安全填埋技術的關鍵。為了使危險廢物安全地與周圍環境隔離，危險廢物填埋場防滲系統常采用雙人工襯層，其由下到上結構依次為:基礎層、地下水排水層、壓實的黏土襯層、高密度聚乙烯膜、膜上保護層、滲濾液次級排水層、高密度聚乙烯膜、膜上保護層、滲濾液初級集排水層、土工布、危險廢物[5]。

2.3 焚燒處理

焚燒處理是指在專業焚燒爐內，通過高溫分解破壞和改變物質結構組成和理化特性，使危險廢物得到安全處置。焚燒處理技術因其具有處理徹底、適應性強和回收能量等特點，成為國內外危險廢物處置應用中最廣泛的技術手段。

焚燒處理技術核心裝備為焚燒爐，國內外針對危險廢物發展出多種不同的爐型。目前危險廢物焚燒爐類型主要有爐排式焚燒爐、液體噴射式焚燒爐、多段焚燒爐、回轉窯焚燒爐、流化床焚燒爐等，其中回轉窯焚燒爐是危險廢物焚燒處置的主流爐型。

2.4 水泥窯協同處置

水泥窯協同處置危險廢物是指在進行水泥熟料生產的同時，將經預處理后的危險廢物投入水泥窯，實現對危險廢物的無害化處置。作為專業危險廢物焚燒的同質型工藝，水泥窯協同處置是當前國內外危險廢棄物重要的處置方式。

與專業焚燒爐相比，水泥窯協同處置危險廢物具有以下優點:(1)處置溫度高，焚燒充分徹底。水泥窯內最高溫度在1450℃以上，主要有機物的有害成分焚毀率可達99.99%以上。(2)適用廢物范圍廣。目前水泥窯可處置約80%種類的危險廢物。(3)不存在焚燒灰渣的二次處理問題。危險廢物焚燒后殘渣可作為水泥生產替代原料使用。(4)污染物排放低。水泥窯內呈堿性氣氛，具有吸硫、氯作用，有效避免酸性物質和重金屬散發，降低了污染物綜合排放量[6]。

3 當前危險廢物處置技術不足及其成因

上述四種技術是當前國內外危險廢物處置中相對成熟的處理方式，但也都存在著一定不足，各種處置技術存在的不足及其成因對比分析如表1所示。

表1 當前危險廢物處置技術不足及其成因

由表1 可以看出，當前四種主流的危險固廢處置技術均存在一定的不足。由于受到客觀因素制約，現有危險廢物處置技術短時間內提升空間較小，隨著科學技術的快速發展，當前出現了危險廢物處置的前沿技術。

4 危險廢物處置前沿技術

近年來，逐漸興起的危險廢物處置前沿技術主要包括等離子氣化、超臨界水氧化和過熱蒸汽處理，下面分別進行闡述。

4.1 等離子氣化技術

等離子氣化技術是一種天然無害的工業危險廢物處理技術。它是利用等離子火炬使惰性氣體發生電離，形成電弧電離后產生5000K 的等離子體。在高溫、缺氧環境下有機物快速分解成含氫氣、一氧化碳等的合成氣，無機物則熔融形成玻璃體熔渣。合成氣可用于發電或生產乙醇、甲醇和生物柴油，玻璃體熔渣可用于建筑材料。等離子氣化技術目前主要用于處理農業秸稈廢物和城市垃圾，西歐發達國家將這種技術應用于石油肥料、建筑垃圾和醫療廢物的處理方面[7]。

等離子氣化技術因具有適應范圍廣、可完全焚毀廢物的特性，成為危險廢物處理領域中最有發展前途、最引人關注的一項高科技技術。各國紛紛建立起用于處理危險廢物的熱等離子體技術商業化設備(系統)，較著名的包括法國的電感耦合等離子體流化床反應器、加拿大的電感耦合等離子體污染物處理系統、俄國的三相等離子體處理裝置、美國的等離子能高溫熱解系統、日本的等離子式灰熔融系統。

等離子氣化技術的不足在于經濟成本高，對設備的要求較高，目前仍處于起步發展階段，大規模推廣應用還有較長的路要走。

4.2 超臨界水氧化技術

超臨界水氧化技術是近年來興起的一種新型高效的廢棄物無害化處理及資源化利用技術，它是利用水在超臨界狀態下所具有的特殊性質，使有機物和氧化劑在超臨界水中迅速發生氧化反應以徹底分解有機物。超臨界水氧化技術一般應用于有機廢水、塑料降解和生物污泥的處理方面。美國、瑞典、日本等國已建立多套超臨界水氧化技術的商業化裝置。

超臨界水氧化技術的主要優點:(1)處理效率高。超臨界水氧化工藝中形成的碳氫化合物、水體以及氧氣均為一相，無傳質阻力，具有很高的氧化效率，對有機物的去除效率能夠達到99%。(2)設備結構簡單。反應速率快，停留時間低于60 秒，設備結構簡單，體積小，投入低。(3)沒有二次污染。有毒、有害及難降解有機物在高溫、適當壓力和停留時間條件下被氧化成CO2、H2O 以及磷酸鹽、硫酸鹽等無機組分[8]。

超臨界水氧化技術目前還存在著設備材料腐蝕嚴重、鹽類沉積堵塞以及傳熱效率低等難題。解決目前存在的問題，實現規模化工業應用是該技術的發展方向。

4.3 過熱蒸汽處理技術

過熱蒸汽處理技術是近年來一種新興的有機廢物處置技術。它是根據生物質資源受熱分解的原理，利用過熱蒸汽碳化有機物，實現對生物質的還原處理。過熱蒸汽通過以下過程產生:對飽和狀態下的液體加熱得到飽和蒸汽，持續加熱，飽和蒸汽中的水分完全蒸發后成為干飽和蒸汽，繼續加熱，溫度上升后獲得過熱蒸汽。

過熱蒸汽碳化處理是解決生活、工業有機廢物的最佳途徑之一。日本已研發出成套的過熱蒸汽處理裝備，用于處置生活垃圾、醫療廢物以及城市污泥等。過熱蒸汽處理技術的優勢為:處理過程無氧、常壓，操作安全；污染物排放近于零，無氣體毒害；可實現源頭處理，不需要轉運。

過熱蒸汽處理技術目前處置廢物能力還相對較小，隨著該技術的進一步發展，有望實現危險廢物的大規模處置。

5 結語

實現危險廢物的無害化處置，是控制環境風險、改善環境質量、促進社會發展的必然要求。對于來源廣泛、成分復雜的危險廢物的處置，當前不僅要合理選用現有技術，還要進行技術創新，發展新興前沿技術，這樣才能真正解決危險廢物處理問題，進而促進經濟社會的可持續發展。