一种处理废弃物的理想方法等离子体技术

一种处理废弃物的理想方法——等离子体技术

1引言

经济的飞速发展，使人们的生活水平有了很大的提高，同时带来的环境问题日益成为人

们关注的焦点，环境污染成为人们健康生活的隐形杀手。在城市垃圾处理中，最普遍的方法

是集中焚烧掩埋，通过焚烧，使垃圾的量最少化，进而再进行掩埋处理。但这样，不仅不能浪费了垃圾中所含有的宝贵资源，同时也会造成严重的的空气问题和土壤问题。垃圾掩埋处理只是使垃圾短期内离开人们的视野，深埋地下的垃圾由于洪水等原因可能会重见天日，危害人类，深埋的垃圾不仅污染土壤，也会造成地下水污染，严重威胁人们的健康。癌症村的出现或许是最好的例证。加强对各类固体废弃物（城市生活垃圾、工业三废、医疗和电子危废、污水污泥等）的无害化、减量化和资源化处理是十二五国家环保事业和环保产业发展的主要内容之一，也是关系到坚持科学发展观，推进循环经济和建设和谐社会的重要任务。

一种新兴的废弃物处理技术一一等离子体技术，成为近年来世界各国学者进行污染物处理新技术研究的方向之一。等离子体技术不仅可以对气相中的化学、生物废物进行破坏，而且可以对液相、固相中的化学-放射性废物进行破坏分解，不仅对高浓度有机污染物有

较好分解效果，更可对大流量、低浓度污染物进行分解。很多情况下，污染物只采用一种方法来处理难以得到预定的效果，通常需要将物理、化学、生物等方法联合起来进行合理配置，增加了系统的复杂性，而应用等离子体技术则可以简化这一处理过程。作为一种可高效、便捷对污染物进行破坏分解的替代技术，等离子体技术正受到各国学者越来越多的关注，成

为环境污染治理领域中最有发展前途的一项高科技技术。

2等离子体概述

2.1等离子体的发展及应用

20世纪60年代形成的等离子体技术是一门交叉学科，涉及高能物理、放电物理、放电化学、

反应工程学、高压脉冲技术等领域。在进入80年代后，将等离子体技术应用于处理各类污

染物成为国内研究的热点之一。与其他污染治理技术相比，等离子体技术具有处理流程短、效率高、能耗低、适用范围广等特点。等离子体技术既可用于处理废气又可用于处理废水、固体废弃物、污垢，甚至放射性物质[1]。

2.2等离子体相关概念

含有足够数量的自由带电粒子，有较大的电导率，其运动主要受电磁力支配的物质状态。等离子体由带正电的离子和带负电的电子，也可能还有一些中性的原子和分子所组成。等离子体在宏观上一般是电中性的，即它所含有的正电荷和负电荷几乎处处相等。由于带电粒子之间

的作用主要是长程的库仑力，每个粒子都同时和周围很多粒子发生作用，因此等离子体在运

动过程中一般表现出明显的集体行为。等离子体根据温度的不同可分为低温等离子体和高温

等离子体。高温等离子体主要应用于核聚变领域，其温度高达105K以上。低温等离子体是

指电子温度高而体系温度低的等离子体，其中电子温度可达103K以上，而粒子和原子之类

重粒子温度可低到300~500K,可分为热等离子体和冷等离子体，典型的热等离子体如电弧放电等离子体，有直流放电、交流放电、微波放电、感应放电等不同的形式，直流等离子体火炬是绝大多数等离子体所采用的处理装置[2]。

2.3等离子体的产生

等离子体产生的方法很多，有天然的和人造的。天然的如雷电、日冕及极光等；在实验室，等离子体

的产生方法和途径很多，有激光压缩、气体放电、射线辐照及热电离等，气体放电法是最主要和最常见的。根据不同的放电条件（如气压、电流），气体放电可分为电弧放电、辉光放电和电晕放电。

3传统处理生活废弃物的方法介绍

在当今世界，各种资源因消耗与日剧减、日趋紧张，而生活废弃物却在与日俱增，成为一种潜在的资源，具有非常大的开发价值。如何实现废弃物的减量化、无害化、资源化，成为人们一直关注的问题。下面是一些传统处理生活废弃物的方法：

填埋处理：填埋处理是最普遍处理生活废弃物的方法，其能够大量也是最有效解决城市生活

废弃物的方法。分为直接和间接两种，所谓直接填埋法是将垃圾填入已预备好的坑中盖上压实，使其发生生物、物理、化学变化，分解有机物，达到减量化和无害化的目的。但是，我国许多城市的垃圾仍有大多采取露天堆放，没有任何防护措施。每一个垃圾堆放场都成了

一个污染源，蚊蝇孽生，老鼠成灾，臭气漫天，大量垃圾污水由地表渗入地下，对城市环境和地下水源造成严重污染。深圳、上海这些地方，由于人口密度大、工厂林立，每天产生的垃圾非常巨大。这上海市每天有万吨垃圾运往郊区海边堆放，一座座高达二三十米的垃圾山

拔地而起，造成周围环境的严重污染。填埋处理方法是一种最通用的垃圾处理方法，它的最大特点是处理费用低，方法简单，但容易造成地下水资源的二次污染，给周围生活的群众带

来极大的生存挑战。随着城市垃圾量的增加，靠近城市的适用的填埋场地愈来愈少，开辟远距离填埋场地又大大提高了垃圾排放费用，这样高昂的费用甚至无法承受。间接填埋处理就是在填埋处理之前经过分类，使可利用的资源回收利用，再经过焚烧处理，达到减量的目的

再填埋。

焚烧处理：焚烧法是使垃圾中的可燃物在一定的条件下与氧气发生化学反应，变为无机残渣的过程。这种处理方法，不仅达到了减量化的目的，而且使垃圾的性质也发生了改变。

焚烧处理，由于其过程会产生大量的烟尘和气体，内含颗粒状灰尘，酸性气体，重金属等污

染物，最容易产生空气和环境污染，也给周围居民的健康带来威胁。

堆肥处理：堆肥法就是利用自然界中广泛存在的微生物，将废弃物中可被分解的有机物转化

为腐殖质的生物化学过程。堆肥处理实现了部分资源的循环利用，但其处理周期时间长，废

弃物中所害的不可降解的成分会对环境造成污染。

无论是填埋处理、焚烧处理还是堆肥处理，在应用这些方法之前，对废弃物首先要做的是分

类处理，尽可能大的将废弃物中的资源最大化的利用。传统的处理方法虽然成熟，但在不同程度上对环境都存在着污染，对资源存在浪费现象，远远不能满足人们的要求，研发新的处理方式，弥补传统处理方法的不足，是人们所期待的。

4等离子体技术在废弃物处理中的应用

等离子体技术作为一种环保处理新技术，由于其效率高、能耗低、适用范围广、处理量大、

操作简单，近年来已成为各国研究的热点，其应用领域越来越多，如利用等离子体技术处理

固体废弃物、废水、废气，对材料进行表面处理等。等离子体技术的应用因其特点而异，高温等离子体技术利用等离子体的物理特性。低温等离子体处理废弃物的过程主要利用以下两

种效应：一是粒子间碰撞及粒子与物相表面碰撞所产生的热使废弃物分子的化学键断裂；二是离解过程中自由基与废弃物分子碰撞使废弃物分子的化学键断裂[3]。

4.1等离子体技术在固体废弃物处理中的应用

4.1.1热等离子体热解

在对固体废弃物处理中，热解等离子体技术是目前国内外主要采用的等离子体技术。其在固体废弃物处理中，主要有以下三个方面的处理方法：等离子体氧化、燃烧或等离子体玻璃化；

等离子体热解，使可燃固体废弃物在还原气氛下气化，重组为其他气体；

脉冲电弧产生冲击波，用于将固体废弃物分解并分离为金属、塑料、有机物等。