熱等離子體技術(shù)處理危險(xiǎn)廢物的應(yīng)用

彭亞環(huán)

摘 ?要：近年來，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)的發(fā)展都得到了有力的推動(dòng)，尤其現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展十分迅速，成為了推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)代工業(yè)雖然發(fā)展迅速，但是也帶來了一定的環(huán)境污染問題，這是因?yàn)楝F(xiàn)代工業(yè)在發(fā)展過程中容易形成一些有毒有害氣體、廢物等，這些危險(xiǎn)氣體、廢物如果沒有得到科學(xué)合理的處理，那么就會(huì)直接影響到環(huán)境質(zhì)量。隨著各種危險(xiǎn)廢物的不斷增多，如何有效處理危險(xiǎn)廢物是目前需要重點(diǎn)考慮的問題。而熱等離子體技術(shù)在處理危險(xiǎn)廢物方面就發(fā)揮著重要的作用。熱等離子體技術(shù)可以通過等離子體高溫、高焓的特點(diǎn)將危險(xiǎn)廢物快速分解為無毒無害的物質(zhì)?；诖耍撐木蜔岬入x子體技術(shù)處理危險(xiǎn)廢物的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：危險(xiǎn)廢物;熱等離子體技術(shù);處理技術(shù)

中圖分類號(hào)：X705 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)幾年來我國(guó)工業(yè)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量正在逐年增加，以2015年數(shù)據(jù)結(jié)果來看，危險(xiǎn)廢物產(chǎn)量高達(dá)3 976.11萬t。工業(yè)危險(xiǎn)廢物分布在不同的行業(yè)，如化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、非金屬礦采選業(yè)、有色金屬冶煉等行業(yè)。這些行業(yè)在發(fā)展過程中會(huì)產(chǎn)生大量的危險(xiǎn)廢物，一直以來處理工業(yè)危險(xiǎn)廢物都是我國(guó)重點(diǎn)關(guān)注和重視的問題。為了提高危險(xiǎn)廢物處理能力和效率，就必須加強(qiáng)有關(guān)處理技術(shù)的研究。近年來，在處理危險(xiǎn)廢物匯總，對(duì)熱等離子體技術(shù)的研究和應(yīng)用越來越受到了關(guān)注和重視。這是因?yàn)闊岬入x子體技術(shù)在處理危險(xiǎn)廢物方面具有安全、可靠、有效的特點(diǎn)，對(duì)于一些難以用傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行處理的危險(xiǎn)廢物，也可以利用熱等離子體技術(shù)進(jìn)行處理。正是因?yàn)闊岬入x子體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，所以在處理危險(xiǎn)廢物中應(yīng)用該技術(shù)是必然的趨勢(shì)。而為了保證熱等離子體技術(shù)的應(yīng)用有效性，加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)應(yīng)用的具體研究也顯得十分重要。

1 熱等離子體技術(shù)

等離子體是屬于物質(zhì)的第四種狀態(tài)，與常見的氣、液、固3種狀態(tài)不同，其是由電離的導(dǎo)氣體組成，包括電子、正負(fù)離子、激發(fā)態(tài)原子、基態(tài)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(fù)帶電離子和中性粒子組成，但等離子體的整體表現(xiàn)為電中性。根據(jù)粒子溫度以及整體能量狀態(tài)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(xì)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(zhǔn)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(yīng)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(chǎn)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(yīng)性物種都十分活潑，所以可以使通常條件下難以進(jìn)行或速度很慢的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)加速。正是因?yàn)槿绱耍詿岬入x子體技術(shù)在廢物處理中發(fā)揮著重要的作用。熱等離子體技術(shù)通過高達(dá)1萬K的熱平衡等離子體，可以在無需燃燒的情況下對(duì)廢物進(jìn)行分解，還可以熱裂解有毒有害固體廢棄物，產(chǎn)生玻璃體物質(zhì)。即實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)廢物的有效處理，又可以實(shí)現(xiàn)廢物的循環(huán)利用。

2 處理危險(xiǎn)廢物中應(yīng)用熱等離子體技術(shù)的必要性

危險(xiǎn)廢物是指具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性、感染性，以及對(duì)環(huán)境或人體健康造成有害影響的廢物。如醫(yī)療廢物、化學(xué)藥品原料藥生產(chǎn)過程中的蒸餾及反應(yīng)殘?jiān)?、化學(xué)藥品原料藥生產(chǎn)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?jiān)榷紝儆谖ｋU(xiǎn)廢物[2]。危險(xiǎn)廢物的危害是巨大的，比如破壞生態(tài)環(huán)境，影響人類健康、制約社會(huì)可持續(xù)發(fā)展等，所以科學(xué)合理的處理危險(xiǎn)廢物十分重要。而熱等離子體放電產(chǎn)生的電弧具有非常高的溫度，利用其處理危險(xiǎn)廢物可以將危險(xiǎn)廢物熔融形成無害化產(chǎn)物，形成物包括簡(jiǎn)單的氣體分子、玻璃體、金屬單質(zhì)等。所形成的這些無害化產(chǎn)物比較穩(wěn)定，放射性元素被包裹，所以不會(huì)轉(zhuǎn)移至環(huán)境中，有害物質(zhì)也不會(huì)浸出，因此可以作為永久處置的廢物。相比傳統(tǒng)危險(xiǎn)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(tǒng)危險(xiǎn)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(shù)在處理危險(xiǎn)廢物中就可以避免這些問題的發(fā)生。這是因?yàn)闊岬入x子體技術(shù)的原理與傳統(tǒng)處理技術(shù)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(yīng)用熱等離子體技術(shù)處理危險(xiǎn)廢物不僅可以最大限度地減少危險(xiǎn)廢物，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)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(xiǎn)廢物中應(yīng)用熱等離子體技術(shù)是尤為重要和必要的。

3 熱等離子體技術(shù)在處理危險(xiǎn)廢物中的應(yīng)用措施

3.1 石化含油污泥處理

近年來，隨著石油化工行業(yè)的快速發(fā)展與進(jìn)步，其產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物也越來越多，在工業(yè)危險(xiǎn)廢物中占據(jù)了較大的比重。而在石油化工行業(yè)的危險(xiǎn)廢物中，石化含油污泥就是較為常見且量大的危險(xiǎn)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(fù)雜，屬于一種穩(wěn)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(zhì)、腐蝕產(chǎn)物、凝聚劑、殺菌劑等雜質(zhì)，所以在處理方面也具有一定的復(fù)雜性和技術(shù)性，且危險(xiǎn)性較高。因此，就需要應(yīng)用熱等離子體技術(shù)進(jìn)行處理。在應(yīng)用熱等離子體技術(shù)處理前，需要對(duì)含油污泥進(jìn)行脫水處理，已達(dá)到減少體積的目的。由于含油污泥中各類污染有機(jī)物和烴類有機(jī)物比較多，所以可利用的熱值也比較大，通過應(yīng)用熱等離子體技術(shù)，可以將含油污泥分解為可燃的小分子氣體，然后實(shí)現(xiàn)回收利用。含油污泥中固體顆粒多為無機(jī)物，利用等離子焰流可以在短時(shí)間內(nèi)將固體顆粒轉(zhuǎn)化為玻璃態(tài)熔渣，且該熔渣在密度結(jié)構(gòu)方面十分緊密，有毒物質(zhì)基本不會(huì)浸出，所以可以滿足安全處理的要求[3]。

3.2 冶金危險(xiǎn)廢物處理

隨著化工行業(yè)的快速發(fā)展，冶金危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量也越來越高，如焦化廢水、不銹鋼渣等都屬于危險(xiǎn)廢物，這些危險(xiǎn)廢物量大，且處理難度大，所以對(duì)處理技術(shù)也提出了更高的要求。如果采用傳統(tǒng)的填埋處理，不僅用地較大，且容易對(duì)土壤、地表水造成污染。如果采用傳統(tǒng)的焚燒處理，也容易在焚燒過程中產(chǎn)生各種有毒有害物質(zhì)。而通過應(yīng)用熱等離子體技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)安全、有效處理。對(duì)于焦化廢水污泥來說，利用熱等離子體技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)無害化處理。這是因?yàn)橥ㄟ^應(yīng)用熱等離子體技術(shù)處理后，可以產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w，這些氣體可以實(shí)現(xiàn)回收利用。而在熱等離子體技術(shù)處理過程中，還會(huì)產(chǎn)生Pb、Cb、Cu等重金屬元素，這些重金屬元素可以達(dá)到固化的效果，進(jìn)而降低有毒物質(zhì)的浸出率，實(shí)現(xiàn)安全填埋[4]。對(duì)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(fù)合材料。這種復(fù)合材料不僅具有玻璃的特性，還具有陶瓷的特性，所以其強(qiáng)度非常高，且具有耐腐蝕性的特點(diǎn)，可以作為可利用的優(yōu)質(zhì)資源。

3.3 土壤洗滌等有毒廢液處理

土地受到化工危險(xiǎn)廢物污染時(shí)，土壤會(huì)受到嚴(yán)重的影響，且很多土壤已經(jīng)沒有修復(fù)的必要，那么就需要挖掘土壤再進(jìn)行處理，而利用熱等離子體技術(shù)就可以對(duì)污染土壤進(jìn)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(jìn)行融化，有機(jī)污染物在高溫下可以被熱解，而無機(jī)污染物則可以被固化，產(chǎn)生的水蒸氣和可燃?xì)怏w收集后進(jìn)行統(tǒng)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(fù)健康。熱等離子體技術(shù)在處理污染土壤時(shí)，具有處理速度快、污染物去除率高的特點(diǎn)，所以值得推廣與應(yīng)用。但是該方法只適合高位污染土壤處理。

3.4 鉻渣危險(xiǎn)廢物處理

鉻渣屬于工業(yè)危險(xiǎn)廢物中一種常見的工業(yè)廢渣，具有有毒有害的特點(diǎn)，如鉻渣流入地下水或河流中，那么就會(huì)以各種方式威脅人類健康。而通過應(yīng)用熱等離子體技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鉻渣的安全、有效處理。在利用熱等離子體技術(shù)處理的過程中，將鉻渣經(jīng)高溫?zé)茷殍T石，在此過程中，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鉻渣的解毒，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鉻渣的綜合利用。例如可以將鑄石應(yīng)用到冶金、建筑、煤炭等各個(gè)行業(yè)中。

4 ?結(jié)語

隨著危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生數(shù)量的不斷增加，對(duì)危險(xiǎn)廢物的處理也提出了更高的要求，如何保證危險(xiǎn)廢物處理質(zhì)量、處理安全性、處理可靠性，都是相關(guān)部門、相關(guān)行業(yè)需要重點(diǎn)考慮的問題。而熱等離子體技術(shù)在解決越來越嚴(yán)峻的危險(xiǎn)廢物處理問題方面發(fā)揮著重要的作用。所以相關(guān)部門及相關(guān)企業(yè)要提高對(duì)熱等離子體技術(shù)的研究和重視，切實(shí)加強(qiáng)對(duì)熱等離子體技術(shù)的研究和投入，以此來提高危險(xiǎn)廢物的處理水平。

參考文獻(xiàn)

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

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