揭秘一萬度高溫垃圾熔融處理技術：能代替垃圾焚燒嗎

　　8月24日，由廣東省科學技術廳、廣東省環境保護廳、科技部社會發展科技司聯合舉辦的廣東省環境污染防治技術成果對接會在廣州召開。其中，中廣核環境公司帶來一項等離子體氣化熔融的技術，分外吸引眼球。這一技術跟現有的垃圾焚燒不同，可以瞬間產生1萬度的高溫，把物質從大分子直接裂變成為了小分子，沒有燃燒的過程，最后的產物是玻璃體，分解的過程中，產生的氣體中二噁英很少，尾氣中飛灰也非常少，因為這些優點，此項技術得到了“固廢終結者”的美名。那么“等離子體”技術究竟有何高明之處?在固廢處理領域應用前景如何?

　　等離子體技術概念和應用

　　其實，等離子體技術并不是一個十分前沿的科學概念，上世紀六七十年代已經成型，并廣泛應用在航天、工業冶煉等領域，國外也有很多公司把等離子技術應用在醫療、高危廢棄物處理方面，國內也有幾個危廢處理項目正在運營階段，目前運轉情況良好。

　　“等離子體”作為一種區別于固、液、汽三種基本狀態的另一種物質存在狀態，是一種由電子和帶電離子為主要成分的物質形態。等離子體根據溫度的不同可分為低溫等離子體和高溫等離子體。高溫等離子體溫度高達105K以上，主要應用于核聚變領域。低溫等離子體是指電子溫度高而體系溫度低的等離子體，其中電子溫度可達103以上，而原子之類重粒子溫度可低到300-500K，低溫等離子體可分為熱等離子體和冷等離子體。在廢棄物處理方面，等離子體技術應用因其特點而異，高溫等離子體技術利用等離子體的物理特性。低溫等離子體處理過程主要利用兩種效應：一是粒子間碰撞及粒子與物相表面碰撞所產生的熱是廢棄物分子的化學鍵斷裂；二是離解過程中自由基與廢棄物分子碰撞使廢棄物分子的化學鍵斷裂。

　　在對固體廢棄物處理中，熱解等離子體技術是目前國內外主要采用的等離子體技術。其在固體廢棄物處理中，主要有以下三個方面的處理方法：1等離子體氧化、燃燒或等離子體玻璃化；2 等離子體熱解，使可燃固體廢棄物在還原氣氛下氣化，重組為其他氣體。3 脈沖電弧產生沖擊波，用于將固體廢棄物分解并分離為金屬、塑料、有機物等。

　　對于垃圾焚燒廠廢渣、城市污泥、建筑垃圾、醫療垃圾，主要利用等離子高溫高焓進行等離子氧化、燃燒或等離子體玻璃化以達到降解并減容的目的。等離子熱解技術作用于以上廢棄物時，以產生合成氣體為主。

　　等離子體熱解技術有回收可燃氣體及其他可用化學品的潛能。采用不同的熱解原料、條件、實驗裝置，等離子體熱解過程獲得的氣體成分也會不同。對于有機固體廢棄物，采用等離子體熱解技術，污染物的排放基本為零，可有效減輕對大氣環境的二次污染；固體廢棄物中的有害成分如硫、重金屬等大部分被固定在炭黑中，故重金屬，二噁英等污染物在氣體中的含量較少。氣體產物中如二氧化硫、氮氧化物等污染性氣體含量比較低，可作為低硫燃料氣體利用。

處理后剩余的玻璃體殘渣

　　國內外等離子體技術應用現狀

　　等離子體廢污處理技術在國外應用較早，歐美發達國家一些公司已取得較大突破。如美國西屋等離子體公司，上世紀90年代就取得較大進展，并在日本建設了220t/d的用于處理生活垃圾和汽車廢渣的等離子體化工廠和24t/d的處理生活垃圾和廢水污泥的工廠。武漢凱迪公司與2010年購買了西屋等離子體汽化爐和等離子體炬體統，并在武漢安裝了處理能力150t/d的示范裝置。

　　以色列環境能源公司(EER)，與瑞典皇家工學院聯合，在以色列建立了處理能力12t/d的項目。并于2002年在莫斯科建立了處理能力6.0-9.6t/d的處理低放射性廢物工廠。

　　另外，加拿大普拉斯能源集團公司：工藝主要利用常規氣體和等離子體重整兩步來完成，首先通過預分離器分理出有價值金屬，其后垃圾在一級反應器中裂解為小分子物質形成粗合成氣，粗合成氣在精煉室經過等離子體電弧重整為精合成氣，形成的合成氣來發電，熔融灰渣形成玻璃體。

　　目前我國在等離子體技術上也有較大進展，如中科院力學所、中科院等離子所還有前文提到的凱迪公司都致力于等離子體在廢物處理中的研究。

　　2018年3月，中國航天科技集團六院11所源動力公司自主研發的等離子體爐渣氣化熔融固廢處理示范工程項目，在江蘇鹽城連續穩定運行超30天，其有機污染物焚毀率可達99.99%。

　　又如文章開始提到的中廣核環境公司，在廣東省清遠市建設的10t/d等離子體危廢處理項目也通過了竣工驗收及專家評審。

源動力公司等離子體爐渣氣化熔融示范工程

　　前景展望

　　可以看出，等離子體技術在廢物處理環保效果方面展現出的優勢是現在廣泛采用的填埋和焚燒無法比擬的。等離子技術可以將有機物等離子體氣化技術將有機物轉化成合成氣，無機物形成灰渣；根除二噁英的排放；確保飛灰的二次處理；最后形成的玻璃體渣可用于建材，實現零填埋。垃圾氣化處理過程生成的合成氣和余熱回收的蒸汽能被被高效利用發電，生產的電能可售給電網；從回收的垃圾中回收金屬和有價值的塑料；氣化后的爐渣可以用來生產建筑材料。另外，還可節約運輸垃圾的費用。

　　雖然等離子技術在環保效果方面有明顯優勢，但是廣泛采用此技術用于生活垃圾處理還為時尚早，主要受成本和處理量的局限性所制約。

　　首先，處理量的局限性

　　筆者查詢到江蘇眾科國通環境科技有限公司在揚州市邗江區楊廟鎮的危險廢物等離子體熔融處理項目。該項目年處理各類危廢總量為3萬噸(分兩期建設，一期10,000噸、二期20,000噸)。包括等離子體處理成套裝置及配套尾氣凈化系統、固廢收運和暫存系統、固廢破碎及預處理區、成品倉、污水處理站等工程組成。項目計劃2019年建成投產，項目總投資約2.3億元。

　　而據資料顯示，2015年北京生活垃圾年產量790.3萬噸，并呈逐年遞增態勢，每天的垃圾產量就可達2萬噸以上，如果用上文的處理項目處理北京一年產生的生活垃圾，需要263年才能完成。

　　其次，投資成本過高

　　與之相對應的是近期滿洲里市與蕪湖海螺投資有限公司簽訂的生活垃圾焚燒發電項目，項目總投資約2.5億元，建設規模為日處理生活垃圾400噸、餐廚垃圾25噸。如果換算成年處理量的話，此項目每年可以處理約15萬噸生活垃圾。可以看出，在粗略的計算下，差不多的投資規模，焚燒發電方法處理的垃圾量是等離子體技術廢物處理量的五倍。在如今生活垃圾日益增多趨勢下，地方政府往往還會更多考慮如何將本地垃圾盡快消化處理，而采用性價比更高的處理方式。

　　第三，垃圾處理費用的差異

　　目前，生活垃圾處理費用各地標準不盡相同，大約在20-100元/噸，由地方政府支付。而危險廢棄物處理費用就高出很多，如江蘇無錫工業危險廢物焚燒處置收費中準價為4.2元/公斤，每噸為4200元。由此看出，無害化處理程度越高，處理費用相應越高。如果按照這樣的收費標準處理生活垃圾，地方政府將承擔天價的處理費用，短期內是不可能實現的。國外發達國家目前也沒有用等離子體技術應用于垃圾處理的先例。

　　基于以上原因，等離子體處理技術現階段并未廣泛應用，主要用于醫療廢品、危險廢品處理等領域。目前，該技術由于其技術成本和投資成本較高等原因，可能會形成一段時期的壟斷局面。但是，憑借其在廢物處理方面明顯的優勢，加之我國對環保重視程度逐年提升、投資力度不斷加大，此項技術將會被越來越多的人關注，其技術在強大的需求驅動力下也將日趨成熟。但是基于目前的形式判斷，等離子體技術廣泛應用于生活垃圾處理領域，替代主流的垃圾焚燒和填埋還言之過早。