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熱等離子體技術(shù)處理危險廢物的應(yīng)用探討

作者:張楊  
評論: 更新日期:2022年03月01日

熱等離子體技術(shù)是一種用于處理工業(yè)危險廢物的新技術(shù)。國內(nèi)外研究機構(gòu)已經(jīng)做了大量的研究工作,并取得了一定的成果。本文就熱等離子體技術(shù)在危險廢物中的應(yīng)用進行了研究。

危廢屬于資源開發(fā)利用型廢物,有很大的利用價值,除了貯存和處置,還包括處理后的綜合回收利用。工業(yè)固廢提出“三化”處理原則,即減量化、資源化和無害化。隨著危廢處理技術(shù)的不斷發(fā)展,除了常規(guī)技術(shù)路線里的一般處理工藝流程,也逐漸出現(xiàn)了一些新型技術(shù),如等離子體技術(shù)。

1等離子體和熱等離子體簡介

等離子體被認(rèn)為是繼氣、液、固后的第四種物質(zhì)存在狀態(tài)。等離子體是指氣體原子或分子經(jīng)外加能量作用部分或全部電離形成的集合體,其中高濃度的自由電子所帶電荷與帶正電荷的粒子達到平衡,使得等離子體整體呈電中性。根據(jù)等離子體的特性,可將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體;低溫等離子體又可分為熱等離子體和冷等離子體。其中熱等離子體是一種局部平衡的等離子體,氣體電離產(chǎn)生的高能電子,高速運動過程中與重粒子(離子或分子)發(fā)生彈性碰撞,并將其能量傳遞給重粒子,使周圍溫度趨于均一;被電離的氣體在高密度電場作用下高速越過電極從而產(chǎn)生了熱等離子體射流。

2等離子體技術(shù)

等離子體處理危險廢物技術(shù)是利用等離子體炬產(chǎn)生的高溫?zé)岬入x子體將危險廢物快速分解破壞,其中有機物熱解為可燃性的小分子物質(zhì),無機物被高溫熔融后生成類玻璃體殘渣。該技術(shù)具有反應(yīng)速度快、二次污染小、適用范圍寬等特點,它克服了傳統(tǒng)處理技術(shù)如焚燒、化學(xué)處理等二次污染大、工藝復(fù)雜、對廢物有選擇性等缺點,特別適合于醫(yī)療垃圾、石棉、焚燒飛灰、電池、輪胎、放射污染等固體危險廢物的環(huán)保處理。與常規(guī)焚燒技術(shù)相比,等離子體處理技術(shù)是一種環(huán)境友好技術(shù),處理徹底,無二次污染,碳排放少。等離子體通常是含有大量電子、離子、分子、原子以及自由基的電離氣體,但其宏觀上呈電中性,并具有很高的化學(xué)活性。熱等離子體的中心溫度可高達2萬℃,火炬邊緣溫度也可達到3000℃。等離子體技術(shù)能徹底摧毀各種有毒有害物質(zhì),是一種有效消除污染,用途廣泛的新技術(shù)。等離子體處理廢棄物工藝的核心技術(shù)是等離子體發(fā)生器(等離子體炬),就發(fā)生器而言,應(yīng)用最多的是直流電弧等離子體。等離子體處理危險廢物的獨特處理方法表現(xiàn)出安全、高效、無二次污染和廣泛適用性,它為危險廢物及城市固體廢物的無害化、減容和資源化回收提供了一個十分科學(xué)有效的方法。

3等離子體處理廢棄物特點

由于高溫、高焓、高能粒子密度大的熱等離子體處理固體廢棄物具有以下特點:反應(yīng)速率快,處理量大,減重率、減容率高;高溫反應(yīng)環(huán)境可以得到較大的淬冷速率,反應(yīng)器中陡峭的溫度梯度也對淬冷過程有利;開、停車時間短;所需氧化氣體少、氣流量小、易于控制,且降低了所需的后續(xù)凈化處理的成本及溫室氣體排放量;可集成性高,能夠原產(chǎn)地處理廢物;處理后的殘渣也可回收利用。因此,其被認(rèn)為是最適合用作廢物處理的方法之一。目前等離子技術(shù)應(yīng)用于綜合的廢物處理及能量回收利用已經(jīng)成為了一種重要的變廢物為能量的技術(shù),在日本、美國、加拿大、歐洲、馬來西亞都出現(xiàn)了或是中試或是已經(jīng)工業(yè)化的等離子體氣化應(yīng)用,各國的研究者們也在等離子技術(shù)處理廢物方面做了很多積極有意義的工作。

4熱等離子在處理危險廢物的應(yīng)用研究

4.1石化含油污泥處理

石油化工行業(yè)危險廢物在工業(yè)危險廢物中的比重較大,占總量的30%。最新的《國家危險廢物名錄》中,與石化行業(yè)相關(guān)的危廢有28大類,占到總數(shù)的60%。

在危廢中含油污泥是等離子體技術(shù)應(yīng)用研究的焦點。含油污泥主要由落地原油和泥土、砂石、水等物質(zhì)混合而成,其成分尤為復(fù)雜,是一種穩(wěn)定的懸浮乳狀液體系。含油污泥不但有大量的老化原油、瀝青質(zhì)、腐蝕產(chǎn)物、膠體、鹽類等雜質(zhì),還包括凝聚劑、殺菌劑等水處理劑等。一般含油污泥中油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%一20%,固體顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%一10%,其余都是水,故處理含油污泥前需要脫水處理以減少體積。含油污泥中各類污染有機物和烴類有機物較多,可利用熱值較大,熱等離子體技術(shù)可以將其分解為可燃的小分子氣體(H2、CO等),再回收利用。另一方面,含油污泥中固體顆粒物多為無機物,主要成分是SiO2等,等離子焰流在極短時間內(nèi)可以將其轉(zhuǎn)化為玻璃態(tài)熔渣,該熔渣有著致密的結(jié)構(gòu),并且有毒物質(zhì)浸出率低,完全滿足安全填埋的要求。

4.2冶金危廢處理

4.2.1焦化廢水污泥無害化處理

焦化廢水是來源于焦化廠或者煤氣廠等煉制焦炭、凈化煤氣和加工精制化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程,其中不僅含有氰化物、氟化物、硫氰化物等無機物,還包括酚類、聯(lián)苯、吡啶、吲哚等難降解有機物,是焦化廢水處理的難點所在,行業(yè)通常使用活性污泥法、生物脫氮技術(shù)處理得到焦化污泥。焦化污泥有較高的含水率,采用熱等離子體技術(shù)處理首先需要進行脫水處理,把含水率降到50%以下,這樣既可以把污泥體積大幅減小,降低系統(tǒng)耗能,也可以提高污泥可燃性。由于焦化污泥有機物含量較高,熱等離子體技術(shù)處理后會產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w回收利用,同時產(chǎn)生的廢渣中Pb、Cd、Cr和Cu等重金屬元素固化效果顯著,浸出率完全滿足環(huán)保要求,可安全填埋。

4.2.2不銹鋼渣資源化處理

不銹鋼渣是不銹鋼生產(chǎn)過程中固體廢棄物,每生產(chǎn)3t的不銹鋼會產(chǎn)生1t的不銹鋼渣,大量的不銹鋼渣未及時處理會占用大量的土地資源,更會對周圍環(huán)境和人的健康產(chǎn)生直接威脅,所以不銹鋼渣的資源化是必要的。

4.3土壤洗滌等有毒廢液處理

4.3.1異位土壤玻璃化技術(shù)

當(dāng)土地受到化工中有毒有害物質(zhì)嚴(yán)重污染時,部分區(qū)域土壤已經(jīng)沒有修復(fù)的必要,那么需要挖掘土壤再進行處理。使用熱等離子體技術(shù)對污染土壤玻璃化處理就是異位玻璃化技術(shù),用1600~2000℃高溫將土壤及其污染物熔化。有機污染物在高溫下被熱解去除,無機污染物則被固化,產(chǎn)生的水蒸氣和可燃?xì)怏w收集后統(tǒng)一處理,熔融的土壤冷卻后形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的玻璃體。在土壤修復(fù)中使用熱等離子體技術(shù)主要因為該技術(shù)應(yīng)用范圍廣,設(shè)備小型使用靈活,處理速度快,污染物去除率較高,副產(chǎn)物少。但是由于成本很高,所以只適合高危污染土壤處理。

4.3.2污染土壤洗滌廢渣處理

目前,針對砷含量嚴(yán)重超標(biāo)的土壤,技術(shù)路線采用“洗滌”和“熱等離子體”組合技術(shù)處理。當(dāng)土壤使用洗滌劑后,將其中的超標(biāo)砷轉(zhuǎn)移到廢液中來,90%左右的土壤可以回填再使用,其他的廢液和少部分土壤會作為危險廢物處理。有較高濃度的濃縮物送入熱等離子體熔融爐轉(zhuǎn)化為玻璃態(tài)爐渣,而砷被固化在玻璃內(nèi)部,可安全填埋。

結(jié)束語

等離子體技術(shù)對危險廢棄物的處理有著天然的優(yōu)勢,能夠處理難處理的廢棄物,對環(huán)境沒有負(fù)面的影響,也可以回收有價值的副產(chǎn)品,這不但可以滿足當(dāng)今不斷嚴(yán)苛的環(huán)保要求,也符合循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的原則。一方面,隨著最新危廢名錄的修訂與擴展,化工等行業(yè)的危廢處理量越來越多,從而帶來了更大的市場需求;另一方面,中國現(xiàn)階段資源能源短缺對資源可回收利用有極大的需求,這些都是熱等離子體技術(shù)的機會所在。

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