论文部分内容阅读
摘要：近年来，随着我国工业发展速度的不断加快，虽然大大带动了我国国民经济的迅速增长，但与此同时也带来了诸多环境问题。工业生产会产生许多危险废物，这些危险废物不但会造成严重的环境污染，更可能引起一系列安全事故，所以，如何有效处理处置工业危险废物成为了当前的一项重要研究课题。传统的工业危险废物处置技术已经渐渐无法满足实际治理需要，一些新的技术开始在该领域中崭露头角，其中，等离子体技术是目前最具发展前途的一种工业危险废物处置技術。本文主要针对等离子体技术在工业危险废物处置中的应用进行了探讨，希望有助于促进相关技术的不断进步和发展。
关键词：等离子体技术；工业危险废物；废物处置
当今时代，环境污染问题已经成为了一项迫在眉睫的问题，而随着环境污染日益严重，人们也在不断寻求更加先进有效的废物处理技术，以适应越来越复杂的工业危险废物处理要求。在此背景下，等离子体技术应运而生。利用等离子体技术，可以有效处理现代工业生产中产生的那些复杂的有害混合废料，如重金属残渣、放射性物质、污泥、飞灰等等，同时还不会带来二次污染。正是由于这些优点，使得等离子体技术成为了当前最具发展前途的一种工业危险废物处置技术。以下笔者就联系实际来谈谈等离子体技术在工业危险废物处置中的应用，仅供参考。
一、等离子体技术简介
1、等离子体技术的概念
等离子体技术出现于二十世纪90年代。等离子态是物质的一种状态，一般物质常见的状态有固态、液态及气态等，而等离子态是与之相并列的第四种状态。简单来说，等离子体是由大量相互作用的非束缚状态的带电离子组成的一个宏观体系，其无论是温度、密度亦或磁场强度，均可跨越十几个数量级，换言之可以存在的参数范围非常广阔。由于等离子体的能量极为集中，具有85%以上的极高电热效率，所以它所产生的高温可以瞬间还原那些难以还原的物质及难溶物质。目前等离子体技术在信息、能源、环境、通信、材料及生物工程等领域中均有着十分重要的应用。
2、等离子体产生的方法
等离子体产生的方法及途径有很多，并且其的产生涉及到了许多微观过程和物理效应。例如气体放电法、射线辐照法、光电离法、激光辐射电离法、冲击波法以及燃烧法等，均是等离子体产生的方法。由于等离子体中含有许多种极活泼的化学反应物种，包括电子、离子、分子、激发态原子以及自由基等，所以它的化学反应性质与常见的固体、液体及气体均有极大的不同，尤其是它的化学反应的能量水平非常高。其能量传递过程为：从电场中获得能量后的电子通过碰撞转移能量至分子或原子中，分子或原子被激发，同时部分分子被电离形成活性基团，与分子、原子碰撞或相互碰撞形成稳定产物和热。高能电子则被对其亲和力较强的卤素、氧气等俘获成为具备良好化学活性的负离子，也参与到了等离子体化学反应过程中。
二、等离子体技术处置危险废物的研究现状
目前在等离子体技术处置危险废物的研究中，已经取得了不少成果。李军等人利用等离子体技术的高温突越特性处理污泥，处理后的污泥呈玻璃态或明显炭化，同时得到了水煤气相似产物，证明了等离子体技术处理污泥的可能性。王忠义等人利用等离子体特种垃圾焚烧炉处理废物垃圾，在1200℃以上高温焚烧，焚烧量最高达到5t·d-1，发生器功率30-100 kW，无产生严重二次污染，且处理成本仅为0.55元·kg-1。Sakano等人利用电弧等离子体熔化炉处理废弃物，有效脱除了废弃物毒性，99%的PCDDs和PCDFs被降解。Lemmens等人利用等离子体气化技术处理高热量工业废弃物，尾气包括CO、H2、CO2等，可用作原料气体。可见，在大部分研究中，利用等离子体技术处置危险废物均可取得较好的效果。
三、等离子体技术在工业危险废物处置中的应用原理
等离子体具有极高密度的能量，且离子和电子的温度相近，表观温度高达上万摄氏度，因此大大激发出了各种离子的反应活性。而在高温度和高反应活性下，促使了各种超高温化学反应的进行，实现了危险废物的彻底分解。特别是在一些难处理和有特殊要求的工业危险废物的处置中，等离子体技术具有更加显著的先进性和优越性。在利用等离子体技术处置工业危险废物的过程中，是采用等离子火炬或火炉对危险废物进行超高温加温，一般需要加温至1100-1600℃，这时基本粒子比任何分子间化学键作用的活动能量都要大，从而形成了原子热运动，破坏了危险废物中的有害成分或使有害成分丧失活力，最终将危险废物转化成为了简单的无害物质（玻璃渣）。从等离子体技术处置危险废物的原理中可以看出，除了不发生常规燃烧外，其与焚烧技术在很多方面都有相似之处。等离子体技术产生的诸多副产物大部分都是可以回收利用的，还有一些合成气体，如一氧化碳、二氧化碳、氢气等。玻璃渣可以制作成保温材料或建筑材料。
四、等离子体技术与传统回转窑焚烧技术处理工业危险废物的优势对比
回转窑焚烧技术是一种传统的危险废物处理技术，其可用天然气、油、煤粉等作为燃料，实现对各种不同物态的废物的有效处理。若想研究等离子体技术在工业危险废物处置中的应用，就必须先对其与传统回转窑焚烧技术的优势进行对比：①进料的灵活性对比：传统回转窑焚烧技术主要用于处理医疗垃圾和工业危险废物，其对配伍后的热值要求是高于3000kcal/kg，在处理过程中需要燃料的助燃；等离子体技术适用于除易燃易爆物质外的任何有机、无机或金属废弃物，包括工业生产中产生的各类危险废物和放射性废物，其对配伍后的热值要求是高于1800kcal/kg即可，且不需要燃料的助燃。②技术指标对比：传统回转窑焚烧技术一边需要温度850℃，二燃室温度1200℃；等离子体技术的核心温度在3000-5000℃之间，等离子体反应炉内因保持1100-1600℃的高温态。③固废综合利用效果对比：传统回转窑焚烧技术无法实现物质化利用，但是能够转化为一些能源，如蒸汽、高压蒸汽等；等离子体技术能够实现工业固废的物质化利用，例如可以产生一氧化碳、二氧化碳、氢气等合成气体，也可以产生天然气和石油替代品，还可以产生乙醇、生物柴油液体燃料等，此外等离子体技术还能够实现物质能源化利用，如气发电、蒸汽发电以及蒸汽利用等。④其他优点对比：传统回转窑焚烧技术对危险废物种类的适应性较强，处理效果较好，技术比较成熟，处理量较大，运行成本低，设备运行稳定等；等离子体技术的能量密度大，温度高，处理效率高，二次污染较少，可处置无热值的残渣（如飞灰），且设备体积小，操作简单。由上述对比可知，等离子体技术的主要优势在于适合处理热值较低的危险废物，且不易产生二次污染，缺点是运行成本相对较高；传统回转窑焚烧技术的优势是可处理大部分危险废物，且运行成本较低，缺点是对废物的热值具有一定的要求，且产生的灰渣较多，需稳定固化后填埋。
结语：
综上所述，由于在工业生产中产生的诸多危险废物会造成严重的环境污染，所以必须要采取科学有效的方法对这些危险废物进行处理。等离子体技术早在上世纪就已经出现，近年来该技术在工业危险废物处置中得到了非常重要的应用。利用等离子体技术处理工业危险废物的主要优势是处理效果好、二次污染小，尤其适合处置那些热值较低的物质。未来，该技术将在工业危险废物处理领域得到更广阔的发展。
参考文献：
[1]赵强.等离子体技术在大气污染治理中的作用[J].中国资源综合利用，2017，35（09）：113-115.
[2]傅建钦，刘方.等离子体技术及在污染防控中的应用[J].环境科学与管理，2009，34（08）：75-78.
关键词：等离子体技术；工业危险废物；废物处置
当今时代，环境污染问题已经成为了一项迫在眉睫的问题，而随着环境污染日益严重，人们也在不断寻求更加先进有效的废物处理技术，以适应越来越复杂的工业危险废物处理要求。在此背景下，等离子体技术应运而生。利用等离子体技术，可以有效处理现代工业生产中产生的那些复杂的有害混合废料，如重金属残渣、放射性物质、污泥、飞灰等等，同时还不会带来二次污染。正是由于这些优点，使得等离子体技术成为了当前最具发展前途的一种工业危险废物处置技术。以下笔者就联系实际来谈谈等离子体技术在工业危险废物处置中的应用，仅供参考。
一、等离子体技术简介
1、等离子体技术的概念
等离子体技术出现于二十世纪90年代。等离子态是物质的一种状态，一般物质常见的状态有固态、液态及气态等，而等离子态是与之相并列的第四种状态。简单来说，等离子体是由大量相互作用的非束缚状态的带电离子组成的一个宏观体系，其无论是温度、密度亦或磁场强度，均可跨越十几个数量级，换言之可以存在的参数范围非常广阔。由于等离子体的能量极为集中，具有85%以上的极高电热效率，所以它所产生的高温可以瞬间还原那些难以还原的物质及难溶物质。目前等离子体技术在信息、能源、环境、通信、材料及生物工程等领域中均有着十分重要的应用。
2、等离子体产生的方法
等离子体产生的方法及途径有很多，并且其的产生涉及到了许多微观过程和物理效应。例如气体放电法、射线辐照法、光电离法、激光辐射电离法、冲击波法以及燃烧法等，均是等离子体产生的方法。由于等离子体中含有许多种极活泼的化学反应物种，包括电子、离子、分子、激发态原子以及自由基等，所以它的化学反应性质与常见的固体、液体及气体均有极大的不同，尤其是它的化学反应的能量水平非常高。其能量传递过程为：从电场中获得能量后的电子通过碰撞转移能量至分子或原子中，分子或原子被激发，同时部分分子被电离形成活性基团，与分子、原子碰撞或相互碰撞形成稳定产物和热。高能电子则被对其亲和力较强的卤素、氧气等俘获成为具备良好化学活性的负离子，也参与到了等离子体化学反应过程中。
二、等离子体技术处置危险废物的研究现状
目前在等离子体技术处置危险废物的研究中，已经取得了不少成果。李军等人利用等离子体技术的高温突越特性处理污泥，处理后的污泥呈玻璃态或明显炭化，同时得到了水煤气相似产物，证明了等离子体技术处理污泥的可能性。王忠义等人利用等离子体特种垃圾焚烧炉处理废物垃圾，在1200℃以上高温焚烧，焚烧量最高达到5t·d-1，发生器功率30-100 kW，无产生严重二次污染，且处理成本仅为0.55元·kg-1。Sakano等人利用电弧等离子体熔化炉处理废弃物，有效脱除了废弃物毒性，99%的PCDDs和PCDFs被降解。Lemmens等人利用等离子体气化技术处理高热量工业废弃物，尾气包括CO、H2、CO2等，可用作原料气体。可见，在大部分研究中，利用等离子体技术处置危险废物均可取得较好的效果。
三、等离子体技术在工业危险废物处置中的应用原理
等离子体具有极高密度的能量，且离子和电子的温度相近，表观温度高达上万摄氏度，因此大大激发出了各种离子的反应活性。而在高温度和高反应活性下，促使了各种超高温化学反应的进行，实现了危险废物的彻底分解。特别是在一些难处理和有特殊要求的工业危险废物的处置中，等离子体技术具有更加显著的先进性和优越性。在利用等离子体技术处置工业危险废物的过程中，是采用等离子火炬或火炉对危险废物进行超高温加温，一般需要加温至1100-1600℃，这时基本粒子比任何分子间化学键作用的活动能量都要大，从而形成了原子热运动，破坏了危险废物中的有害成分或使有害成分丧失活力，最终将危险废物转化成为了简单的无害物质（玻璃渣）。从等离子体技术处置危险废物的原理中可以看出，除了不发生常规燃烧外，其与焚烧技术在很多方面都有相似之处。等离子体技术产生的诸多副产物大部分都是可以回收利用的，还有一些合成气体，如一氧化碳、二氧化碳、氢气等。玻璃渣可以制作成保温材料或建筑材料。
四、等离子体技术与传统回转窑焚烧技术处理工业危险废物的优势对比
回转窑焚烧技术是一种传统的危险废物处理技术，其可用天然气、油、煤粉等作为燃料，实现对各种不同物态的废物的有效处理。若想研究等离子体技术在工业危险废物处置中的应用，就必须先对其与传统回转窑焚烧技术的优势进行对比：①进料的灵活性对比：传统回转窑焚烧技术主要用于处理医疗垃圾和工业危险废物，其对配伍后的热值要求是高于3000kcal/kg，在处理过程中需要燃料的助燃；等离子体技术适用于除易燃易爆物质外的任何有机、无机或金属废弃物，包括工业生产中产生的各类危险废物和放射性废物，其对配伍后的热值要求是高于1800kcal/kg即可，且不需要燃料的助燃。②技术指标对比：传统回转窑焚烧技术一边需要温度850℃，二燃室温度1200℃；等离子体技术的核心温度在3000-5000℃之间，等离子体反应炉内因保持1100-1600℃的高温态。③固废综合利用效果对比：传统回转窑焚烧技术无法实现物质化利用，但是能够转化为一些能源，如蒸汽、高压蒸汽等；等离子体技术能够实现工业固废的物质化利用，例如可以产生一氧化碳、二氧化碳、氢气等合成气体，也可以产生天然气和石油替代品，还可以产生乙醇、生物柴油液体燃料等，此外等离子体技术还能够实现物质能源化利用，如气发电、蒸汽发电以及蒸汽利用等。④其他优点对比：传统回转窑焚烧技术对危险废物种类的适应性较强，处理效果较好，技术比较成熟，处理量较大，运行成本低，设备运行稳定等；等离子体技术的能量密度大，温度高，处理效率高，二次污染较少，可处置无热值的残渣（如飞灰），且设备体积小，操作简单。由上述对比可知，等离子体技术的主要优势在于适合处理热值较低的危险废物，且不易产生二次污染，缺点是运行成本相对较高；传统回转窑焚烧技术的优势是可处理大部分危险废物，且运行成本较低，缺点是对废物的热值具有一定的要求，且产生的灰渣较多，需稳定固化后填埋。
结语：
综上所述，由于在工业生产中产生的诸多危险废物会造成严重的环境污染，所以必须要采取科学有效的方法对这些危险废物进行处理。等离子体技术早在上世纪就已经出现，近年来该技术在工业危险废物处置中得到了非常重要的应用。利用等离子体技术处理工业危险废物的主要优势是处理效果好、二次污染小，尤其适合处置那些热值较低的物质。未来，该技术将在工业危险废物处理领域得到更广阔的发展。
参考文献：
[1]赵强.等离子体技术在大气污染治理中的作用[J].中国资源综合利用，2017，35（09）：113-115.
[2]傅建钦，刘方.等离子体技术及在污染防控中的应用[J].环境科学与管理，2009，34（08）：75-78.