热等离子体技术处理危险废物的应用

彭亚环

摘  要：近年来，随着我国社会经济的快速发展，各行各业的发展都得到了有力的推动，尤其现代工业发展十分迅速，成为了推动社会经济发展的重要产业。现代工业虽然发展迅速，但是也带来了一定的环境污染问题，这是因为现代工业在发展过程中容易形成一些有毒有害气体、废物等，这些危险气体、废物如果没有得到科学合理的处理，那么就会直接影响到环境质量。随着各种危险废物的不断增多，如何有效处理危险废物是目前需要重点考虑的问题。而热等离子体技术在处理危险废物方面就发挥着重要的作用。热等离子体技术可以通过等离子体高温、高焓的特点将危险废物快速分解为无毒无害的物质。基于此，该文就热等离子体技术处理危险废物的应用进行详细分析。

关键词：危险废物;热等离子体技术;处理技术

中图分类号：X705     文献标志码：A

0 引言

据统计，进几年来我国工业危险废物产生量正在逐年增加，以2015年数据结果来看，危险废物产量高达3 976.11万t。工业危险废物分布在不同的行业，如化学原料和化学制品制造业、非金属矿采选业、有色金属冶炼等行业。这些行业在发展过程中会产生大量的危险废物，一直以来处理工业危险废物都是我国重点关注和重视的问题。为了提高危险废物处理能力和效率，就必须加强有关处理技术的研究。近年来，在处理危险废物汇总，对热等离子体技术的研究和应用越来越受到了关注和重视。这是因为热等离子体技术在处理危险废物方面具有安全、可靠、有效的特点，对于一些难以用传统技术进行处理的危险废物，也可以利用热等离子体技术进行处理。正是因为热等离子体技术的优势和特点，所以在处理危险废物中应用该技术是必然的趋势。而为了保证热等离子体技术的应用有效性，加强对该技术应用的具体研究也显得十分重要。

1 热等离子体技术

等离子体是属于物质的第四种状态，与常见的气、液、固3种状态不同，其是由电离的导气体组成，包括电子、正负离子、激发态原子、基态原子等，其属于一种高度电离的气体。虽然等离子体由大量的正负带电离子和中性粒子组成，但等离子体的整体表现为电中性。根据粒子温度以及整体能量状态的不同，可将等离子分体为高温和低温等离子体，其中低温等离子体又可以细分为冷等离子体和热等离子体。冷等离子体体系温度在20 ℃～120 ℃，属性为准平衡等离子体，如直流辉光等离子、微波、电晕等都是冷等离子体。热等离子体体系温度在103 ℃～105 ℃，其属性为非平衡等离子体，如电弧等离子体、高频等离子体都是热等离子体[1]。热等离子体能量密度非常高，且重粒子温度与电子温度相接近，各种粒子都具有非常高的反应活性。在大气压下电极间的交流与直流放电、常压微波放电等都可以产生热等离子体。由于热等离子体中的离子、电子、分子、自由基等反应性物种都十分活泼，所以可以使通常条件下难以进行或速度很慢的反应实现加速。正是因为如此，所以热等离子体技术在废物处理中发挥着重要的作用。热等离子体技术通过高达1万K的热平衡等离子体，可以在无需燃烧的情况下对废物进行分解，还可以热裂解有毒有害固体废弃物，产生玻璃体物质。即实现对危险废物的有效处理，又可以实现废物的循环利用。

2 处理危险废物中应用热等离子体技术的必要性

危险废物是指具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性、感染性，以及对环境或人体健康造成有害影响的废物。如医疗废物、化学药品原料药生产过程中的蒸馏及反应残渣、化学药品原料药生产过程中废弃的吸附剂、催化剂和溶剂、生物及生化制品制造过程中形成的蒸馏及残渣等都属于危险废物[2]。危险废物的危害是巨大的，比如破坏生态环境，影响人类健康、制约社会可持续发展等，所以科学合理的处理危险废物十分重要。而热等离子体放电产生的电弧具有非常高的温度，利用其处理危险废物可以将危险废物熔融形成无害化产物，形成物包括简单的气体分子、玻璃体、金属单质等。所形成的这些无害化产物比较稳定，放射性元素被包裹，所以不会转移至环境中，有害物质也不会浸出，因此可以作为永久处置的废物。相比传统危险废物处理方法来说，如直接填埋、堆放、焚烧等，更加安全、可靠、高效。传统危险废物处理方法在处理后容易再次污染土地、地下水、大气，热等离子体技术在处理危险废物中就可以避免这些问题的发生。这是因为热等离子体技术的原理与传统处理技术不同，其是缺氧气化的过程，并不需要额外氧气，而都是通过低热值合成气和玻璃体热熔渣。应用热等离子体技术处理危险废物不仅可以最大限度地减少危险废物，同时还可以实现废物的无害化处理及废物的资源化处理。由此可见，在处理危险废物中应用热等离子体技术是尤为重要和必要的。

3 热等离子体技术在处理危险废物中的应用措施

3.1 石化含油污泥处理

近年来，随着石油化工行业的快速发展与进步，其产生的危险废物也越来越多，在工业危险废物中占据了较大的比重。而在石油化工行业的危险废物中，石化含油污泥就是较为常见且量大的危险废物，如圖1所示。含油污泥中包括落地原油、泥土、砂石、水等，其成成分较多，且十分复杂，属于一种稳定的悬浮乳液体系。含油污泥不仅有大量的老化原有，其中还包括沥青质、腐蚀产物、凝聚剂、杀菌剂等杂质，所以在处理方面也具有一定的复杂性和技术性，且危险性较高。因此，就需要应用热等离子体技术进行处理。在应用热等离子体技术处理前，需要对含油污泥进行脱水处理，已达到减少体积的目的。由于含油污泥中各类污染有机物和烃类有机物比较多，所以可利用的热值也比较大，通过应用热等离子体技术，可以将含油污泥分解为可燃的小分子气体，然后实现回收利用。含油污泥中固体颗粒多为无机物，利用等离子焰流可以在短时间内将固体颗粒转化为玻璃态熔渣，且该熔渣在密度结构方面十分紧密，有毒物质基本不会浸出，所以可以满足安全处理的要求[3]。

3.2 冶金危险废物处理

随着化工行业的快速发展，冶金危险废物产生量也越来越高，如焦化废水、不锈钢渣等都属于危险废物，这些危险废物量大，且处理难度大，所以对处理技术也提出了更高的要求。如果采用传统的填埋处理，不仅用地较大，且容易对土壤、地表水造成污染。如果采用传统的焚烧处理，也容易在焚烧过程中产生各种有毒有害物质。而通过应用热等离子体技术就可以实现安全、有效处理。对于焦化废水污泥来说，利用热等离子体技术就可以实现无害化处理。这是因为通过应用热等离子体技术处理后，可以产生大量的可燃气体，这些气体可以实现回收利用。而在热等离子体技术处理过程中，还会产生Pb、Cb、Cu等重金属元素，这些重金属元素可以达到固化的效果，进而降低有毒物质的浸出率，实现安全填埋[4]。对于不锈钢渣来说，处理流程为在一定的条件下将酸洗污泥和废玻璃按照一定的比例混合，然后在等离子体焰流下高温熔融后浇筑成型，以生成微晶相和玻璃相融合的复合材料。这种复合材料不仅具有玻璃的特性，还具有陶瓷的特性，所以其强度非常高，且具有耐腐蚀性的特点，可以作为可利用的优质资源。

3.3 土壤洗涤等有毒废液处理

土地受到化工危险废物污染时，土壤会受到严重的影响，且很多土壤已经没有修复的必要，那么就需要挖掘土壤再进行处理，而利用热等离子体技术就可以对污染土壤进行玻璃化处理。采用1 600℃～2 000 ℃高温将土壤以及其中的污染物进行融化，有机污染物在高温下可以被热解，而无机污染物则可以被固化，产生的水蒸气和可燃气体收集后进行统一处理，熔融的土壤在冷却后就可以形成玻璃体，使得土壤重新恢复健康。热等离子体技术在处理污染土壤时，具有处理速度快、污染物去除率高的特点，所以值得推广与应用。但是该方法只适合高位污染土壤处理。

3.4 铬渣危险废物处理

铬渣属于工业危险废物中一种常见的工业废渣，具有有毒有害的特点，如铬渣流入地下水或河流中，那么就会以各种方式威胁人类健康。而通过应用热等离子体技术就可以实现对铬渣的安全、有效处理。在利用热等离子体技术处理的过程中，将铬渣经高温烧制为铸石，在此过程中，不仅可以实现对铬渣的解毒，还可以实现对铬渣的综合利用。例如可以将铸石应用到冶金、建筑、煤炭等各个行业中。

4  结语

随着危险废物产生数量的不断增加，对危险废物的处理也提出了更高的要求，如何保证危险废物处理质量、处理安全性、处理可靠性，都是相关部门、相关行业需要重点考虑的问题。而热等离子体技术在解决越来越严峻的危险废物处理问题方面发挥着重要的作用。所以相关部门及相关企业要提高对热等离子体技术的研究和重视，切实加强对热等离子体技术的研究和投入，以此来提高危险废物的处理水平。

参考文献

[1]甘露.危险废物等离子体处理技术研究[J].江西建材，2019（12）：15，17.

[2]杜长明，蔡晓伟，余振棠，等.热等离子体处理危险废物近零排放技术[J].高电压技术，2019，45（9）：2999-3012.

[3]李铭书. 污泥处理用热等离子体基本特性及污泥处理产物特性研究[D].武汉：华中科技大学，2018.

[4]陈剑峰.等离子体炉在危险废物资源化利用中的技术探索[J].化学工程与装备，2018（6）：280-282.