热等离子体危险垃圾处理技术研究进展

柴寿明王建伟陈立波杨前明

（1.青岛西海岸公用事业集团有限公司，青岛 266400；2.山东科技大学 机械电子工程学院，青岛 266590）

热等离子体危险垃圾处理技术研究进展

柴寿明1王建伟2陈立波1杨前明2

（1.青岛西海岸公用事业集团有限公司，青岛 266400；2.山东科技大学 机械电子工程学院，青岛 266590）

本文回顾了热等离子体垃圾处理技术的国内外研究现状，整理目前处于实验室和工业化规模的最重要的试验和模拟研究结果。在以上工作基础上，对热等离子体处理医疗垃圾、城市垃圾焚烧残渣、含石棉垃圾等各种各样危险垃圾的科技文献进行综合分析，并对热等离子体的激发原理以及体玻璃化产物的潜在应用前景进行概括性介绍。文献总结发现，热等离子体技术用于处理危险垃圾具有很多优势，相对于其他填埋等处理方式，是一种强大的、可替代性的新方法，有望在将来得到越来越多的商业化应用。

垃圾处理 热等离子体 玻璃化

引言

世界范围内人口、消费的不断增加以及工业规模的扩大，导致了大量危险固体废物的产生，包括多氯联苯、剧毒农药、垃圾焚烧灰、空气污染控制残留物、石棉、医疗垃圾、电子垃圾、炼钢垃圾等危险垃圾的危害性极大。例如，多氯联苯和剧毒农业具有高毒性与高残留性，能通过地下水和食物链在人体及动物体内富集，从而导致癌症及基因变异；垃圾焚烧飞灰和空气污染控制残留物中含有高浓度的重金属和危险有机物二噁英及呋喃，在欧洲垃圾目录中被列为绝对危险的有害物；而在人的肺中，即使仅存在非常低浓度的石棉纤维，也会引起严重的肺部疾病；医疗垃圾中则含有大量的细菌和病毒，具有极高的疾病传染性；电子产品元件中普遍含有铅、铬、镉等数百种高度有害的化学物质。目前，如何处理这些高危险性环境污染物，已成为国际各国共同关心的重要课题。

国内外对于固体垃圾的处理方法包括焚烧、填埋、堆肥等，但迄今为止用于处理危险垃圾的主要是前两种方法。填埋法存在占地面积大、二次污染等诸多问题，使得很多国家转而选择焚烧法来处理危险垃圾。焚烧法虽然能实现垃圾无害化、减量化和资源化，但是垃圾在燃烧时易产生大量的二噁英和呋喃，而二噁英是目前世界上最具毒性的有机物之一，在极小剂量下对动物即具有致命的毒性。这就迫使人们不得不继续寻求更有效的废物处理方法。本文详细介绍目前最先进的热等离子体技术的原理以及在国内外危险垃圾处理领域的研究进展情况。

1 等离子体处理危险垃圾的原理与特点

等离子体是气体电离后形成的由电子、离子、原子、分子或自由基等极活泼粒子所组成的集合体，被称为物质的第四态，包括冷和热两种类型。冷等离子体的离子化程度和能量密度较低，一般在室温状态下即可激发，常用于分解气态的有害有机物。热等离子体则具有极高的温度和能量密度，可以通过多种方式激发，如交、直流电弧放电、射频放电、常压下的微波放电、以及激光诱导的等离子体等。目前，通常采用直流热等离子体炬或耦合式射频热等离子体炬来处理危险垃圾。

图1是一种非转移弧直流热等离子体发生器的结构原理图。工作气体从阴、阳极的切向进气口高速进入阴阳电极所包围的弧室并通过高温电弧时，气体分子被电离，进而形成高达数万度的等离子体射流。热等离子体处理危险垃圾具有如下优点：

（1）热等离子体极高的能量密度、温度和极快速的反应时间，可把各种有机物彻底分解为小分子可燃气，很小的占地面积就能做到大处理量，并且能实现快速启停；

（2）等离子体可以应用的范围非常宽广，包括固、液、气等各种垃圾；

（3）因为不存在燃料燃烧，热源的产生不需要氧化剂，因此相比常规热处理过程产生的烟气量少得多，处理容易，费用也低；

（4）通过加入玻璃前驱物，等离子反应器可将垃圾熔融为玻璃态物质，并将有害物质包封在其中。玻璃化的产品可重复利用，其他高附加值产品如废金属，则可以被安全回收。

等离子处理方法最大的不足是其以昂贵的电力作为能源。但是，从长期投资的角度来看，等离子体处理危险垃圾仍然经济可行。虽然电耗很昂贵，但是等离子体设备可以高效率利用电能，不像其他热处理方法。为了保证燃烧，它不得不同时加热空气中含量很高却毫无用途的氮气。

2 等离子体危险垃圾处理技术研究进展

热等离子体垃圾处理领域的最新研究进展可归类如下：

（1）采用非转移狐热等离子体炬或射频电感耦合放电热解或气化有害有机垃圾[1-2]；

（2）在转移弧等离子体发生器中，采用热解和气化组合的方式来处理固体物质或污泥处理后的残余物[3]；

（3）采用转移弧和非转移弧等离子体发生器，回收生产过程（如布袋除尘器、电除尘器等）中产生的垃圾。

除了热等离子体发生器以外，等离子体装置还包括几个子系统，如垃圾饲料系统、处理室、固体残渣移除和装卸系统、气体净化系统以及运行控制、数据采集与监控系统等。文献中介绍了一种处理垃圾焚烧灰的等离子体系统[4]。它由一个中空石墨阴极构成，安置在炉体顶部，由一排垂直的机械臂支撑。氮气注入阴极的中心，产生稳定的等离子弧。阳极由导电材料组成，安置于炉底。熔炉被控制在还原性气氛下运行，炉内平均温度大约在1600℃。等离子体炬的功率大小由系统所需要的处理能力而定，并受到独立的过程变量控制，通常能达到几兆瓦。在熔融炉上布置有水冷元件，形成的凝渣保护层用以保护耐火材料。待处理的灰按一定速率投进处理设备，处理过程中需要调节等离子体炬的输入功率，保证炉内的熔融温度在1600℃左右。灰被迅速熔融后从炉中连续溢出，变成固体颗粒后排出处理设备。可燃气体则进入二燃室彻底燃尽。尾气中的酸性气体可采用常规的干、湿涤气系统净化消除，颗粒物则通过布袋除尘器去除，净化达标的废气最后排入大气。表1对文献中提到的各种类型的等离子体垃圾处理系统进行了总结。

2.1 医疗垃圾

医疗垃圾包括解剖垃圾、血液、体液、疾病引起的高传染性垃圾以及丢弃的药物等。目前，医院、诊所以及医学研究所产生的大量危险性医疗垃圾已经成为一个非常严重的问题，在将来必须要在医疗垃圾管理和处置方面做出很大的改变，以满足越来越严格的规章要求以及公众对传染性疾病问题的日益关注。

热等离子的高温和紫外线辐射能杀死所有的细菌和微生物，也能破坏药物的结构及活性成分，如细胞抑制剂、细胞毒素等[17]。

深圳清华大学研究院开发了一种以空气为工作气体的直流非转移弧热等离子体装置来处理医疗垃圾[18]。该装置分为垃圾间歇式上料装置、主炉、碱液喷淋急冷塔、活性焦（炭）吸附塔和尾气检测系统五部分，并采用一种空气冷却式的炉墙。相比水冷式炉墙，它能节省8%左右的电耗。

台湾原子能研究所采用了一种间接的等离子加热系统来处理医疗垃圾替代物的混合物[17]。其热源是一个100kW非转移弧等离子炬，以氩气为等离子体点火气体。点火后，它以空气作为工作气体。医疗垃圾替代物可分成两组：可燃物（排骨、压舌板、纱布、棉签和吸附剂）和非可燃物（玻璃、不锈钢、锐器、针头和注射器）。处理过程在1550℃下保持15分钟，获得的产物是一种玻璃态熔渣，在玻璃态渣内嵌有分散的金属第二相。采用原子吸收光谱法对产物进行的TCLP毒性浸出试验表明，该产物渗出率很低。

韩国以医疗垃圾替代物为试样，测试等离子体医疗垃圾处理系统的性能[19]。试验采用两套标号分别为N1、N2的等离子体炬。N1等离子体炬的功率为40～45kW，空气流速为6～4g/s，喷射等离子温度3000～4000k。N2等离子体炬的功率为65～85kW，空气流速7～9g/s，喷射等离子温度为2500～4000k。加热时间为2～3h。使用N1等离子体炬时，炉膛内熔池的温度不超过1250～1300℃。熔融物粘度很高，不能流出熔池。使用N2时，温度可超过1500℃，熔体不断汇集、溢流进入回收器。获得的玻璃状化学惰性产物不含任何有机成分，密度能达到2600～2800kg/m3。

波兰罗兹技术大学采用一种最大输出功率为150kW的直流转移弧热等离子反应器来处理医疗垃圾焚烧飞灰[10]。该炉采用水冷方式。熔融的垃圾在1550～1600C下保持了30分钟，然后自然冷却至室温。通过控制等离子处理玻璃时的结晶过程，可以获得玻璃陶瓷，而不同的热处理过程会得到不同的晶相。据试验观察，如果采用合适的热处理过程，能够获得以硅酸钙为主要晶相的材料，而这种材料具有很高的减摩抗磨性能。

印度等离子体研究所采用一种50kW直流转移弧等离子体反应器来处理模拟医疗垃圾，并与常规方法进行对比[20]。模拟医疗垃圾由含量比例2:1的棉花和塑料组成。实验结果表明，垃圾高温分解后的气体富含H2、CO及小分子碳氢化合物，可以回收可燃气体作为能源。在过量空气存在的条件下，这些可燃气体在二燃室内充分燃烧，产生烟气中有毒气体的含量极少，甚至完全可以忽略。试验中还观察到，在等离子体的高温反应环境条件下，枯草芽孢杆菌和嗜热脂肪芽胞杆菌被彻底杀死。

2.2 垃圾发电厂残余物

虽然填埋仍然是处理城市固体垃圾的主要方式，但是许多国家和地区已经限制了填埋场的容量。要找到新的填埋场已经变得越来越困难，使得在垃圾发电厂焚烧成为一种具有可持续性的选择。因为焚烧不但能大幅度减小垃圾的体积，还能回收能源。典型垃圾发电厂产生的焚烧底灰、飞灰、空气污染控制残留物（APC）占投入到垃圾发电厂垃圾总量的25%左右。

焚烧底灰主要包括粗不可燃物以及由燃烧室出口急冷室收集的未燃有机物。它的构成和物理性质比较复杂，目前并不被当做有害垃圾看待。飞灰则是非常危险的有害物质，由细小微粒组成。这些微粒在进一步处理前，首先被除尘器和旋风分离器所清除。APC残留物来自于如下处理过程：

（1）喷射碱性粉末或浆液用以清除酸性气体、颗粒物的干式或半干式涤气系统；

（2）布置在涤气系统下游，用以去除细小颗粒物的布袋除尘器；

（3）湿涤气系统产生的污泥渣。APC残留物的颗粒细小，通常除了包含高浓度的重金属和可溶解、挥发的盐类外，还会包含危险有机物如二噁英和呋喃。APC残留物中污染物的数量取决于城市固体垃圾的特性和组成、焚烧温度以及空气污染控制系统的净化效率。重金属的高碱性、高浸出性、阴离子如Cl-的高溶解性，使APC残留物成为非常难以控制的危险垃圾[21-22]。

飞灰和APC残留物的危险性意味着它们只能在进行合理的预处理后，才能进入危险垃圾填埋场。城市固体垃圾发电厂的焚烧灰的化学组成如表2所示。

表2 城市垃圾焚烧厂焚烧残余物的化学组成

匈牙利采用了一个实验室规模的直流等离子熔炉在1600℃条件下熔融处理来自布达佩斯城市垃圾焚烧厂来的飞灰[23]。为了比较玻璃态产物的微观结构，研究者采用了箱式炉，在不同的温度条件下对大量样品进行了单级结晶热处理。结果表明，获得产物的主要晶相是硅酸钙和钙长石。

N.Cerqueira[27]和X.Chen等文献[28]对热等离子体处理垃圾焚烧灰过程中重金属的蒸发行为进行了实验研究。结果表明，操作条件对于优化垃圾焚烧灰的热处理过程具有非常重要的作用。较高的载气分压以及垃圾中较低的氯含量，有助于提高重金属在熔渣内的保留量。为了降低垃圾中的氯含量，建议采用水洗预处理的方法。尽管这将带来一些额外的问题，如产生大量废水，水洗后的湿灰需要耗费更高的等离子体能量等。

日本采用直流转移弧等离子体熔炉对底灰与飞灰的混合物进行了长达28个月的试验研究，重点考察了熔融渣封装的有效性、二噁英的降解情况以及熔渣和金属产物进行再利用的可能性[25]。试验结果表明，水冷炉渣中的铅含量小于0.1g/L，且未发现二噁英。炉渣可与其他材料一起来制作建筑用砖。另外，日本还采用一种以氮气为载气的石墨电极等离子体熔炉对来自城市垃圾焚烧炉的湿态底灰进行了类似的研究[7,29]。熔融后的铁和铜从熔炉的底部排出而得到回收，熔渣中铅、镉、Cr+6的浓度非常低，并且99.9%的二噁英和呋喃实现了分解和销毁。

台湾原子能研究所采用一种实验室规模的100kW非转移弧等离子体炬对台北的城市固体垃圾焚烧灰进行了熔融试验研究[24]，处理过程以氩气为等离子体引燃气体、氮气为载气。经熔融处理后，重金属被封装在玻璃态的硅晶格网络中，浸出性非常低。对等离子体玻璃态渣进行单级热处理后会形成玻璃陶瓷，这种陶瓷主要由黄长石组合固溶体，钙黄长石和钙镁长石组成。

韩国采用一种以钨为阴极、铜为阳极的非转移弧等离子体炬，在实验室规模条件下对飞灰和废水处理污泥进行处理，对并其处理后的体积减小及危险元素去除情况进行评估[8]。结果表明：铜、锌、铅等重金属的泄露性低于规定的标准要求。

英国采用等离子体对来自伦敦垃圾焚烧发电厂的APC残余物进行了处理。APC残余物与二氧化硅和氧化铝混合后，在一个直流等离子体转移弧熔炉内被熔融。根据垃圾验收标准WAC进行的浸出试验表明，APC残留物衍生的玻璃态物质仅释放出了痕量水平的氯和金属[29]。

2.3 含石棉垃圾

人的肺中即使仅存在非常低浓度的石棉纤维，也会引起严重的肺部疾病。虽然含石棉垃圾也可以采用水泥、聚合树脂固化的方法来固定，但是等离子体处理方法能够彻底破坏和销毁石棉垃圾。

T.Inaba[30]在实验室内采用一种氩气热等离子体设备，对很多不同种类的石棉进行了试验测试。测试结果表明，由于石棉的低导热性，使得其内部远比表面更容易破碎。但是，在石棉外部形成的坚硬表面，可以防止粉尘的产生。如果进一步减小石棉试样的厚度再进行熔融处理，石棉会转变成一种类似岩石的结构，其莫氏硬度高达6级。等离子体处理使石棉的体积和重量分别减小了51%和70%。

一家法国商业机构INERTAM提供了一种以空气为等离子体载气的高温等离子体玻璃化技术用以处理石棉垃圾，使得含石棉垃圾不须经过预筛选即可转化为惰性的、不可浸出的无纤维产物[31]。

英国Tetronics公司采用等离子体技术处理含石棉垃圾的装置目前已经成功运行。操作温度高达1600℃的转移弧等离子体炉放置在一个处于负压状态的罩状结构中，以熔融处理各种石棉垃圾。这种处理对于破坏所有的石棉多晶体并将其转化为由镁黄长石和钙黄长石固溶体组成的整块石料非常有效。由独立的政府实验室完成的分析发现，在垃圾终产物、反应器和下游管道中均未检测到石棉纤维的存在。这表明高温等离子体能够安全、彻底地销毁含石棉垃圾[32]。

2.4 电子垃圾

废弃的电视、电脑等电子垃圾的数量近年来在世界范围内迅速增加。资料显示，废电脑、电视机中的显像管，阴极射线管、印刷电路板等部件中含有铅、汞、聚溴二苯醚和聚溴联苯等700多种化学原料，其中50%以上对人体有害，一旦失控盲流，会给人类健康带来极大隐患。例如，中国广东省贵屿镇专以拆解电子垃圾为业，每年拆解的量超过100吨。然而，水样分析发现，该镇目前河流的pH值已经高达1～2的强酸标准，重金属浓度比美国环保局认定的土壤污染危险临界值高出10～212倍，水中的污染物超过饮用水标准数千倍，成为世界上最毒的地区。虽然处理电子垃圾的方法有很多，但是采用热等离子体法处理是一种更好的选择。

泰国采用一种以空气作为工作气体、功率为20kW的非转移弧直流等离子体炬，在实验室规模条件下对处理电子垃圾进行了研究[11]。实验结果表明，通过在处理过程中添加少量燃气的方法，该系统在80s的时间内处理温度达到1200K，2分钟时间内垃圾的体积减小了80%。这表明热等离子体处理电子垃圾非常有效，可以作为一种替代性的电子垃圾处理新方法。不过，研究也指出，该方法的主要问题还是电能的消耗偏高。

台湾原子能研究所对于从废弃IC电路板中回收资源进行了实验研究[33]。试验中先采用热等离子体对IC板进行了熔融处理，在获得的熔渣中再采用研磨、磁选和浸渍溶蚀的方法回收金、银、铜等贵金属。结果表明，从熔渣中可获得的金属含量为铁6.62%，金0.0010%、银0.0392%，銅33.94%。

2.5 炼钢垃圾

炼钢工业中，从氧气顶吹转炉、电弧炉、高炉等炼钢设备中会产生大量的粉尘、炉渣、轧制铁鳞、含油轧制铁鳞和氢氧化物污泥等垃圾。通常这些垃圾的碱性和重金属含量很高，因而被认定为危险性垃圾。未经预处理禁止填埋，大多数钢厂不得不花费巨资进行处理。但是，又由于这些废渣中金属的含量较高，从中提取和回收金属具有比较高的经济价值。因此，有必要探讨和寻找一种合理的技术来对这些废渣进行处理或回收。

目前，处理炼钢垃圾的方法有玻璃化法、氧化物还原回收金属法、或者以上两种方法的组合。等离子体技术可应用于以上所有处理过程。氧化物的还原可以使用还原性的等离子气体或者还原性的添加剂（如碳）进行还原来实现。锌、铅等金属可从熔融物中回收，或通过蒸汽冷凝来进行回收，其他残渣可以在金属回收后，通过高温的等离子体熔融形成玻璃态物质。其中，PLASMADUST技术就是把一台等离子气体加热器和一个填充碳式鼓风炉结合起来，以从炼钢粉尘中生产熔融铁合金以及金属锌、铅的蒸汽[34]。采用转移弧等离子体炉和碳热还原的方法，对含铁、锌炼钢粉尘进行处理所获得的产物，是无毒的矿渣和金属锌。

G.Z YE等人利用一种带有空心电极的直流等离子炉，对熔渣还原法回收炼钢垃圾中有价值的金属及氧化物进行了实验研究和总结[35]。处理的垃圾包括钢渣、EAF粉尘、轧制铁鳞、含油轧制铁鳞、BOF粉尘、氢氧化物污泥以及边角料残余等。实验以煤渣、无烟煤、石油焦等作为还原剂，以砂子，铝土等材料作为渣前驱物，用于渣的改性。实验结果表明，铁、钒、铬、镍等金属以合金相的形式得到了回收。其中，铬的平均回收率超过90%，镍的平均回收率接近100%。经还原处理后的渣中铬的浸出率比未处理的渣低了10～100倍。这表明，在中试规模下带空心电极的直流等离子体炉用于处理炼钢垃圾，非常灵活、有效。

T.E.Best等人采用一种交流等离子体反应器，在一氧化碳还原性气氛下对EAF粉尘还原氧化锌的可行性进行了研究，并实现了最高可达97%的锌、铅回收率[13]。

与以上基于弧等离子体炉的技术相反，射频等离子系统可以在不需要连续造粒操作的情况下制造细粉末。再加上热等离子的其他优点，使得射频等离子体在特种陶瓷粉体如尖晶石铁氧体的合成方面具备了非常巨大的发展潜力[12,36]。

2.6 电镀垃圾

电镀工业的废水中含有锌、铬、镍等对环境具有高度危险性的金属。很多国家的环境保护部门已经立法规定，电镀废水在没有去除危险成分前禁止排放。

Ramachandran采用一套直流非转移弧等离子体系统对电镀废渣进行了处理[37]。在不同的等离子体载气环境和负压条件下，粒径小于45μm的电镀废渣被投入到等离子体处理器内。经等离子体处理后，在反应器底部、顶部和周壁以及炉内收集到了细粉末和沉积物。分析发现，铬、镍、锌等元素主要是以铁氧体/亚铬酸盐的形式存在于以上细粉末和沉积物中。

2.7 铝废渣

铝回收工艺中，当熔融金属表面与炉内空气反应时会产生废渣。废渣含量通常占熔融金属总量的1～5wt%。视处理过程的不同，废渣中最高可含10%的单质铝[38]。另外，因含有浸出性的氯、氟离子，废渣被划定为危险垃圾。在潮湿环境下时，这些废渣会不定期地释放氨气、甲烷等气体。而且，由于铝业是高度的能源密集型工业，因而铝渣回收非常具有吸引力。目前，热等离子技术已经被用于处理铝废渣，有关其详细的论述和试验结果，可以参考D.Neuschtz的研究文献[39]。

2.8 含碳垃圾

对于热等离子体能否通过气化含碳垃圾来减少垃圾重量、体积并产生氢气、一氧化碳以及碳氢化合物合成气的问题，已经有很多学者进行了详细研究。

Nishikawa等人对热等离子体及蒸汽处理含碳垃圾的可行性进行了研究[15]。试验系统由直流与射频混合的等离子体炬、气体控制系统、蒸汽发生器、排气系统以及反应室组成，以氩气为等离子体载气，氧气和蒸汽作为氧化剂，碳和氯化钠的混合物代替含碳垃圾作为测试样品。实验共计对三种工况进行了测试。第一种工况单独使用氩气热等离子体系统，第二种工况采用氩气和氧气热等离子体系统，第三种工况则利用氩气热等离子体和蒸汽一起对试样进行处理。实验结果表明，当以氧气热等离子体和蒸汽热等离子体处理试样时，碳的重量都实现了大幅度减少。第一种情况是由于燃烧所致，第二种情况则是因热解、气化所致。综上所述，采用热等离子体和蒸汽使碳气化是非常有效的含碳垃圾处理方法。

另外，采用与以上所述相同的处理系统，Nishikawa等人还以石墨为试样对含碳垃圾的处理进行了研究[40]。试验测试了氩气等离子体和氩气/水蒸汽等离子体两种工况，结果表明，蒸汽等离子体相比氩气等离子体能够更大幅度地减少垃圾重量。垃圾减重的原因是因为石墨发生了热解和气化。

2.9 含氯垃圾

对于含氯垃圾而言，焚烧并不是有效的处理方法。因为含氯垃圾的不完全氧化过程会产生二噁英和呋喃，而这些强烈致癌性的危险有机物会残留在焚烧排出的尾气中，而且垃圾发电厂的余热回收温度区间恰好就是二噁英和呋喃再次合成的最理想温度区间。对这类垃圾采用热等离子体处理则非常有效，因为该方法使得废气能够在1200℃的环境下最少停留4秒，然后再迅速冷却，从而能够最大程度地减少二噁英和呋喃的产生[41]。研究表明，低的氧含量、高的CO浓度、高的含尘量、颗粒物表面含有催化类金属如铜，以及250～350℃的温度区间等外部条件，都对二噁英产物的形成有利。

Cubas等人对热等离子体炬降解CCL4的效果进行了研究，所使用到的热等离子体炬由两个石墨电极和一个气动喷雾器耦合组成[42]。试验中，一股氩气流用于形成等离子体，另一股辅助氩气流用于携带和雾化进入等离子体反应区的液体材料。实验结果表明，当用于维持等离子体和雾化颗粒之间平衡的试样吸入率处于最有利于高温分解过程的参数时，CCL4的分解和去除效率非常高。

3 玻璃化产品的应用与可行性

各种垃圾所产生的玻璃化残渣都表现出了较低的浸出性能，被认定为惰性废物，能够满足欧盟的强制性垃圾验收标准，可以直接填埋或用于其他用途。颗粒状残渣通常可与沥青一起铺路或用作混凝土骨料，而浇铸渣还可以用于生产咬接砌块、砖等二次产品。如果经过适当的热处理，还能够生成具有增强特性和较高附加值的玻璃陶瓷。

日本利用商业化的等离子体熔融厂产生的颗粒状渣与其他材料如水泥、砾石等组合在一起，生产咬接砌块、铺路砖、装饰透水性砖等。测试数据表明，这种砖不但重金属的浸出性较低，强度也足以满足相关产品标准的要求[7,25]。

台湾原子能研究所在采用热等离子体熔融处理城市垃圾焚烧灰的过程中，通过添加TiO2，MnO2，Fe2O3和CP-236釉料这四种成分，可以分别获得粉红色、黑色、红棕色及蓝色的玻璃陶瓷产品[43]。

一项技术最终能否成功，不仅取决于技术性能，还要看其使用成本。等离子处理的主要缺点在于以电力为能量的来源影响了其经济性，而主要优点是节省了填埋费用，并增加了终产品及副产品的潜在应用价值。因此，与其他处理后抛弃的技术相反，等离子体垃圾处理应被视为是一种可以回收资源的技术。

实际上，设备费、能源费、劳务支出、垃圾成分的适应性、当地政府的补贴以及有关处理与回收危险垃圾的法律法规等，都应当纳入到对垃圾处理技术，进行全面经济性评估的考虑范围。但是，到现在为止，对于等离子体处理技术费用方面的评价还非常少[44]，而这些评价也大都是在技术发展之初进行的，非常不精确。因此，现阶段开始收集一些精确的数据，以与其他技术或该技术的其他应用进行成本比较非常重要。

以英国的情况为例，用等离子体技术处理APC残留垃圾的费用大约为每吨60英镑。当把设备投资、工程、融资费用都计算在内时，处理成本上升到大约每吨100英镑[45]。这与目前采用填埋法来处理APC残留垃圾的综合处理费用相比，在经济上还具有一定的优势。特别是当阶梯递增填埋税率生效后，这一优势将更加明显，将使得等离子体技术成为一种面向未来的垃圾处理方案。另外，等离子体处理技术相当于将2～3个垃圾焚烧发电厂集中在一起进行处理，最大程度地减小了垃圾运输的距离，降低了危险垃圾对运输和管理所带来的严重影响，从而能够满足地方发展和相关政策的社会及政治要求，是最理想的解决方法。将等离子体技术与垃圾填埋技术直接进行比较是不适当的，因为填埋是一种抛弃技术，而等离子体则是一种回收技术。经等离子处理过的垃圾，只有5%成为二次污染物，所有其他材料都可以被回收。

4 结论与建议

相对于其他常规热处理过程而言，热等离子体技术是一种非常有前景的替代性选择。另外，监管、经济、社会政治等诸多驱动因素，也有利于今后采用先进的热等离子体技术来处理垃圾。

不过，尽管等离子体玻璃化技术的可行性已经在很多种危险垃圾的处理过程中得以证实，但是目前对于该技术在大范围应用时是否经济可行还不清楚。在某些情况下，管理不善再加上经济上的弊端已经成为制约热等离子技术发展的主要障碍。但是，显而易见，等离子体处理能够避免填埋税、其玻璃化产品具有附加值，能够再利用、获得的合成气可作为能源、回收金属，这些优点将共同促进等离子体技术早日实现商业化的应用。

另外，使用垃圾衍生材料生产的产品而引发的社会问题也必须得到解决。因为这仍然是目前在新产品中广泛应用垃圾衍生材料的障碍。这一点不仅会影响等离子技术本身，也会影响其他垃圾处理技术的发展。

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Research Progress on Hazardous Waste Treatment by Use of Thermal Plasma Technology

CHAI Shouming1, WANG Jianwei2, CHEN Libo1,YANG Qianming2
(1.Qingdao West coast Public utility Group Co.,Ltd., Qingdao 266400;2.Shandong University of science and technology,CMEE,Qingdao 266590)

This review presents the current state of hazardous waste treatment by use of thermal plasma technology. The most important experimental and modeling results reported in the literature on the laboratory scale as well as on the industrial scale were collected in this paper. A comprehensive analysis of the available scientific and technical literature on treatment of different hazardous wastes by plasma is presented, including the treatment of health care wastes, residues from MSW incineration, asbestos-containing wastes, etc. The principles of thermal plasma generation and potential applications for plasma vitrified products are outlined. It follows from the review that plasma is a powerful novel method proving many advantages when utilized for treatment of hazardous wastes, and this is now a viable alternative to other potential treatment/disposal options. Thermal plasma technology is expected to become increasingly commercially viable in the future.

waste treatment, thermal plasma, vitrification