　固体废弃物处理

11 　等离子体处理固体废弃物的原理

等离子体技术应用于污染治理的研究开始于 20

世纪 50 年代 ,由于等离子体中的电子具有较宽的能
量分布 ,电子能量高 ,可与原子、

分子碰撞 ,产生各种

粒子 ,从而可能进行热化学较困难甚至不可能进行的
化学反应

[1 ]

。等离子体技术的应用因其特点而异 ,高

温等离子体是应用等离子体的物理特性 ,其研究的目
的是利用高温下氘氚核聚变反应解决未来的能源问

题 ,在目前的实验研究和所期望的商业运行之间仍存

在各种极富挑战性物理及工程技术障碍。而低温等

离子体是利用其中的高能电子 (0～10eV) 参与形成的
物理化学反应过程 ,通过这些物理化学过程可以完成
许多普通气体及高温等离子体难以解决的问题。

从化学角度看 ,等离子体空间富集的离子、

电子、

激发态的原子、

分子及自由基 ,是极活泼的反应物种。

譬如 ,氢等离子体中富集了高活性的原子氢。同样
的 ,氧气、

水和有机物之类 ,也都可以形成各自的等离

子体 ,产生相应的高活性物种。

低温等离子体中重要的单元过程大致如表 1 所示

[2]

表

　低温等离子体中重要的单元过程

单元过程

主要类型

过程、

结果

电离

结合电离、

潘宁电离、

间接电离、

光电离、

电子附着

产生离子和电子

分子离解

e + AmBn

→

AmBn

- 1

+ B + e

产生化学活性的自由基

激发

A + e

→

+ e

提高化学活性

离子分子反应

积聚、

离子原子交换、

置换

产生新的反应粒子或物质

辐射

→

+ e (

碰撞辐射

)

+ e

→

A + e (

复合辐射

)

产生分立、

连续光谱辐射

　　以上过程可以看出 ,系统首先电离产生离子和电

子 ,通过激发或电离将能量转移到分子或原子中去 ,
那些获得能量的分子或原子被激发 ,从而成为活性基
团。然后这些活性基团与分子、

原子、

活性基团之间

相互积聚、

交换、

置换后成为稳定的反应离子和产物。

12 　等离子体技术处理固体废弃物系统的组成

等离子体处理系统主要有进料系统、

等离子体处

理室、

熔化产物处理系统、

电极驱动及冷却密封系统

组成。固体废物通过进料系统进入等离子体处理室 ,

有机物被分解气化 ,无机物则被熔化成玻璃体硅酸盐
及金属产物 ,气化产物主要是合成气 (主要是 CO、H

、

) 和少量的 HF、

HCL 等酸气

[3 ]

。熔化产物被收集

到处理器中被冷却为固态 ,金属可回收 ,熔化的玻璃
体可用来生产陶瓷化抗渗耐用的玻璃制品 ,合成气通
过过滤器去除烟尘和酸气后排向大气。

13 　处理流程

[3 ]

工艺流程见图 1

14 　等离子体处理固体废弃物的应用研究现状

图

　工艺流程图

　　目前等离子体处理废弃物的应用研究取得了较

好的效果。中国科学院等离子体研究所通过 150kW
的高效电弧在等离子高温无氧状态下 ,将危险废弃物
在炉内分解成气体、

玻璃体和金属 3 种物质 ,然后从

各自的排放通道有效分离。由于整个处理过程和处

理环境实现了“全封闭”,因此不会造成对空气的污
染 ,同时排放出的玻璃体可用作建材 ,金属可回收使
用 ,从而基本上实现了真正意义上的污染物“零排

2005 年第 1 期

能

源

与

环

境

ISSN1672 - 9064

CN35 - 1272/ aTK

环保技术