固體廢棄物無害化處理技術的創新與應用研究

關鍵詞：超臨界水楚燒技術；等離子氣化技術；高溫無氧干餾技術；固體廢棄物處理中圖分類號：X705 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2025）07-0084-04DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.07.016

Research on the Innovation and Application of Harmless Treatment Technology of Solid Waste

ZHANG Hao（Huanchuang（Chifeng） Technology Co.，Ltd.，Chifeng O24ooo，China）

Abstract：[Purposes] This paper discusses the application and effect of supercritical water incineration technology，plasma gasification technology and high- temperature oxygen-free distilation technology in solid waste treatment， so as to provide a new idea for the harmlesstreatment of solid waste.[Methods] By analyzing the principles and applications of these innovative technologies and combining case studies， their actual efcts in waste treatment，resource recoveryand pollution control are evaluated.[Findings] The results show that supercritical water incineration technology can efectively reduce the emission of harmful substances，plasma gasification technology has outstanding performance in eficient energy conversion，and high-temperature oxygen-free distillation technology has significant advantages in resource utilization and pollution reduction.[Conclusions] These technologies provide new ideas for the harmless treatment of solid waste.Despite facing some technical challenges，they have shown broad application potential in improving treatment efficiency，resource utilization and environmental protection.

Keywords：supercritical water incineration technology；plasma gasification technology；hightemperature oxygen-free distillation technology；solid waste treatment

0 引言

隨著我國工業化和城市化進程的加快，固體廢棄物的產生量持續增加，如何有效應對日益嚴峻的固體廢棄物處理，成為環境管理中的重要課題。傳統的固體廢棄物處理方法（如填埋和焚燒），雖然在一定程度上緩解了廢物處置壓力，但仍存在資源浪費、二次污染等問題1。因此，探索無害化處理技術不僅是減少環境污染、保護生態環境的迫切需求，也是推動資源循環利用和可持續發展的關鍵所在。近年來，超臨界水焚燒技術、等離子氣化技術及垃圾轉能源技術（Waste-To-Energy，WTE）等新興處理技術在我國逐步得到研究與應用，這些技術能夠有效提高廢物處理效率，降低環境影響，實現廢物的資源化利用。

本研究旨在探討超臨界水焚燒技術、等離子氣化技術和垃圾轉能源技術（WTE）在固體廢棄物無害化處理中的應用與效果，評估這些創新技術在提升廢物處理效率、減少污染排放、促進資源回收方面的優勢和挑戰，以期為固體廢棄物管理提供更加高效、環保的技術解決方案，推動固體廢棄物處理技術的進步與發展。

1固體廢棄物無害化處理創新技術

1.1超臨界水焚燒技術

超臨界水熱燃燒技術是一項現代高效能清潔能源轉化技術。該技術利用超臨界水的獨特物理化學性質，在高溫高壓條件下實現固體燃料（包括煤炭、污泥等）的高效燃燒和能量轉化，被視為解決傳統燃煤污染和二氧化碳排放問題的前沿技術。超臨界水是指在超過其臨界點（374.15℃和22.12 的高溫高壓條件下存在的水[2。超臨界水的密度和介電常數顯著減小，黏度降低，擴散性增強，具有極佳的溶解能力和化學反應性。這種特性使得其能夠快速而徹底地氧化有機物質，將其轉化為二氧化碳和水，同時將氮氣和其他元素轉化為相應的無機鹽，實現了有機廢物的高效無害化處理。

在超臨界水熱燃燒技術中，燃料（如煤漿、城市污泥等）與氧化劑（如空氣或氧氣）在高壓有機漿液噴嘴和高壓氧化劑噴嘴的作用下，同時噴入水熱火焰發生器。在點火器的引導下，形成的水熱火焰射流進入裝置主體與超臨界熱流體引導管之間的環空中，以向下的旋流形式運動。這一過程中，火焰的高溫能量將固體燃料迅速氧化分解，釋放出大量熱能，并將產生的二氧化碳和氮氣等轉化產物與少量富余氧氣分離。裝置設計中，超臨界熱流體引導管的配置和殘渣分離組件的作用至關重要[3。超臨界熱流體引導管的設置確保了在燃燒過程中液相產物（如超臨界水和少量未反應的氧氣）能夠順利流出，而固相殘渣則在殘渣分離組件的過濾作用下，從渣漿出口中隨液相產物分離出來。這種實時的固相液相分離機制不僅節省了后續處理步驟，而且為燃燒系統的穩定運行提供了技術保障。此外，超臨界水熱燃燒技術相較于傳統燃煤技術有明顯的環保優勢。傳統燃煤過程中，煤的燃燒產生的氮氧化物（ N O x ）、二氧化硫（ ΩS O x. 和顆粒物等工業污染物會對環境造成嚴重影響，需要通過復雜的末端控制設施進行處理。而超臨界水熱燃燒技術通過源頭控制，即在燃燒過程中實現了這些污染物的減排，不需要額外的脫硫、脫硝和除塵設備，極大簡化了燃燒系統的結構和運行成本。同時，該技術還能夠低成本捕集二氧化碳，進一步減少對大氣的排放負荷，有助于應對全球變暖和氣候變化挑戰[4]。

1.2等離子氣化技術

等離子氣化技術是一種高效能源轉化技術，能將固體廢棄物轉化為合成氣等有用能源的過程。該技術主要通過將固體廢棄物在高溫等離子條件下分解，產生合成氣（一氧化碳和氫氣）作為能源利用。在等離子氣化裝置中，粗合成氣氧氣首先進入流化床氣化爐的進料口。這里的流化床氣化爐是整個系統的核心部件之一，通過將固體廢棄物投入到高溫流化床中，實現廢物的熱解和氣化過程。蒸汽氧氣-等離子轉換電極負責在高溫條件下促使氣化反應發生，通過電化學方式提高氣化效率和選擇性。廢熱回收系統則是為了最大化能源利用，將氣化過程中產生的余熱進行回收利用，提高能源利用效率[5]。空氣污染控制劑進口和過濾單元在等離子氣化技術中起到關鍵作用，通過在系統中引入空氣污染控制劑，如活性炭或其他化學吸附劑，有效減少氣化過程中產生的污染物排放。污染物收集系統則負責將捕集到的固體和液體廢物分離和處理，以確保系統運行過程中的環境友好性和安全性。濕式洗滌槽和化學藥品去除單元則進一步處理汽化后產生的廢氣和廢水，通過濕式洗滌和化學藥品去除，有效減少排放物中的有害物質，保護環境和人類健康。

1.3高溫無氧干餾技術

高溫無氧干餾技術是一種先進的固體有機廢棄物處理技術，通過在缺氧環境下對預處理后的物料進行高溫加熱，實現大分子有機物的斷裂和重新組合，從而生成小分子的可燃氣體、油類和固體殘渣。該技術操作系統封閉，有效防止了二次污染的產生，與傳統的填埋和焚燒方式相比，其環境影響和運行成本明顯降低。

高溫無氧干餾技術的原理是進料裝置將經過預處理的固體有機廢棄物連續送入干餾反應釜，在缺氧的環境中，利用專利設計的進料活塞精確控制物料的供給。隨著溫度的升高，物料中的大分子有機物結構的碳鍵和氫鍵發生斷裂，產生甲、乙、丙、丁烷等可燃氣體，同時生成石油焦、輕質油和固體碳渣。這些產物經過三相分離裝置分別收集和處理，確保油類被安全存儲，水資源被有效循環利用，而氣體則輸送到儲氣罐中備用燃料，實現了資源的最大化利用和環境的最小化影響。整個工藝過程中，關鍵在于溫度的精確控制和連續操作的保障。系統的密封性設計不僅能有效防止空氣進人干餾釜，還能防止有害氣體的外泄，確保操作安全和環境保護。熱解殘渣的化學性能穩定，能夠耐受強酸腐蝕，且有效固化了固廢中的重金屬，避免其再次釋放到環境中的風險。

2固體廢棄物無害化處理創新技術的應用

2.1 案例概述

高溫無氧干餾技術作為一種先進的固體有機廢棄物處理技術，已在多個實際應用場景中得到驗證和應用。以某城市作為案例，該城市長期以來主要采用填埋和焚燒方式處理生活垃圾，但這些傳統處理方式存在著嚴重的土地資源占用和環境污染問題，不僅影響市民生活質量，還加重了環境的負擔。為應對這一挑戰，市政府與環境保護部門合作，引進了先進的高溫無氧干餾技術，建設了一座現代化的固體廢棄物處理廠。該廠利用高溫干餾技術，將城市生活垃圾進行無害化處理和資源化利用，取得了顯著的環境和經濟效益。在實際操作中，首先進行預處理階段，將生活垃圾進行脫水處理，以提高后續干餾過程的效率和能源利用率。其次經過高溫干餾反應，廢物中的有機物在無氧環境下發生裂解，生成了可燃氣體（如甲烷、乙烷）液體油和固體焦炭。這些產物經過精密的分離和處理裝置，分別用于能源回收和化學品生產，實現了廢物的資源化利用和環境污染的最小化。

2.2 應用過程

在實際應用過程中，高溫無氧干餾技術通過精確控制不同溫度下的工藝過程，實現了廢物資源化利用的高效轉化。高溫無氧干餾技術的工藝過程中不同溫度范圍下的物質分解和產物形成見表1。在低溫段（ ，廢物經過干燥和水分分離，雖然暫時沒有可觀察到的物質分解，但為后續熱解反應創造了理想的條件。在 以內的溫度范圍，減氧脫硫反應開始進行，導致結構水和二氧化碳的分離，減少了廢物中的有害成分。當溫度升至 以上時，聚合物開始裂解，硫化氫等硫化物也開始分離出來，形成甲烷和其他碳氫化合物，這些是有機廢棄物中潛在的可再利用資源。在 和 的高溫區域，脂族化合物和含碳氧氮化合物進一步分解，產生更多的甲烷和其他碳氫化合物，這些有機氣體可以作為燃料或其他化工原料的重要來源。當溫度達到 時，瀝青類物質開始轉化為熱解油和熱解焦油，這些液態產物具有較高的經濟價值，可以進一步提煉用于工業生產。在 的高溫區間，瀝青類物質裂解成耐熱物質，形成石墨烯烴和其他芳香族化合物，這些物質在先進材料和能源領域有著廣泛的應用前景[6]。

2.3 效果分析

在固體廢棄物無害化處理創新技術的應用效果分析中，可以看到超臨界水焚燒技術、等離子氣化技術和高溫無氧干餾技術在解決固體廢棄物處理問題上的顯著成效。首先，超臨界水焚燒技術通過其高效的燃燒和氧化特性，能夠將固體廢棄物迅速轉化為無害的二氧化碳和水，有效降低了有機廢物對環境的影響，尤其是在減少氮氧化物和二氧化硫等污染物排放方面表現突出。其次，等離子氣化技術則利用高溫等離子條件將固體廢棄物轉化為合成氣，具備了高效能源轉化的能力，同時通過污染物收集系統和廢熱回收技術，有效控制了氣體和固體廢物的排放，進一步減少了環境污染。最后，高溫無氧干餾技術在實際應用中展現出了對固體有機廢棄物高效處理的優勢，通過精確控制不同溫度下的熱解反應，成功將廢物分解為可燃氣體、液體油和固體焦炭，實現了資源化利用和減少了二次污染的目標。

從應用效果數據分析來看，這些技術的實施不僅提升了固體廢棄物處理的效率，還顯著減少了環境負荷。以高溫無氧干餾技術為例（其在不同溫度段的物質分解和主要產物見表1），在低溫段（ 1 0 0 ～ 1 2 0 ℃ ）進行干燥和水分分離，為后續熱解反應創造條件；在 以內，發生減氧脫硫反應，分離出結構水和二氧化碳；隨著溫度的升高，產生甲烷和其他碳氫化合物，有效利用有機廢棄物資源。在更高溫度（ 以上），進一步分解脂族化合物和其他含碳氧氮化合物，生成更多可燃氣體和有機化合物，這些產物不僅可以作為能源的重要來源，還有利于工業生產中的應用。特別是在4 0 0℃ 以上的高溫區間，瀝青類物質轉化為熱解油和熱解焦油，這些產物具備較高的經濟價值和廣泛的應用前景。

3結語

固體廢棄物無害化處理技術的創新與應用為解決日益嚴峻的環境問題提供了重要的技術支持。超臨界水焚燒技術、等離子氣化技術和高溫無氧干餾技術作為先進的處理方法，不僅在提高廢物處理效率方面取得了顯著成效，還有效減少了廢物處理過程中對環境的影響。這些技術在資源回收、污染物減排和能源轉化等方面展示了強大的潛力，尤其在減少溫室氣體排放、降低二次污染和促進廢物資源化利用方面具有重要意義。未來，隨著技術的不斷優化和政策支持的加強，這些創新技術將在固體廢棄物處理領域發揮更加關鍵的作用，推動綠色、可持續的發展。

參考文獻：

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