等離子體技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用研究

廖成成

摘 要： 等離子體技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境污染治理中，是一項全新的技術(shù)。本文從大氣污染治理、水處理、固體廢物治理三個方面簡述了該技術(shù)在環(huán)境保護領(lǐng)域中的應(yīng)用，并對等離子體技術(shù)在各方向的應(yīng)用進行了對比，分析了各自的特點、機理、優(yōu)缺點以及發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞： 等離子體技術(shù)；大氣污染治理；水處理；固體廢物治理；應(yīng)用

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人類面臨諸多環(huán)境問題，主要包括大氣污染、水污染以及固體廢棄物污染三大類。環(huán)境污染治理形勢嚴峻而復(fù)雜。等離子體技術(shù)是近20年剛發(fā)展起來的，集物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)和環(huán)境科學(xué)于一體的全新技術(shù)，為環(huán)境污染治理打開了一扇新的大門。

1、等離子體技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用

1.1原理

利用電子加速器產(chǎn)生高能電子束輻照需要治理的廢氣，使其產(chǎn)生活性物質(zhì)（如OH，HO2，O），促進分子間的化學(xué)反應(yīng)。活性粒子和氣體分子碰撞，打開氣體分子鍵，同時產(chǎn)生大量OH，HO2等自由基和氧化性極強的O3，從而將污染物氧化，達到凈化空氣的效果。

1.2 應(yīng)用

大氣中的主要污染物有：總懸浮顆粒、飄塵、硫氧化物、氮氧化物、硫化氫、氨、碳氧化物和揮發(fā)性有機物（VOCs）等。它們分別來自于生活污染源、工業(yè)污染源和交通污染源。由于對氣體中污染物的治理主要是在常壓下進行的，所以一般采用在常壓下產(chǎn)生低溫等離子體的電暈放電和介質(zhì)阻擋放電兩種形式。等離子體技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用最為廣泛，主要包括：

（1）等離子體煙氣脫硫脫硝技術(shù)

（2）降解揮發(fā)性有機污染物（VOCs）

（3）總懸浮顆粒、飄塵的凈化技術(shù)

（4）凈化惡臭氣體

（5）轉(zhuǎn)化碳氧化物

（6）凈化汽車尾氣

（7）凈化室內(nèi)空氣

其中，脫硫脫銷技術(shù)，VOCs凈化技術(shù)等已經(jīng)有大量研究。

2、等離子體技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

2.1 原理

利用電子、正負離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子以及其有強氧化性的自由基等活性物質(zhì)轟擊污染物中的C-C鍵及其它不飽和鍵，發(fā)生斷鍵和開環(huán)等一系列反應(yīng)，或部分使大分子物質(zhì)變成小分子，從而提高難降解物質(zhì)的可生化性。等離子體技術(shù)進行水處理是集自由基氧化、紫外光解、高溫熱解、液電空化降解以及超臨界水氧化等多種高級氧化技術(shù)相互交替作用的過程。

2.2 應(yīng)用

低成本、高能效地使廢水達標排放或回用是水處理領(lǐng)域永遠追求的目標，而廢水中有毒、難降解污染物（如含芳環(huán)類化合物、有機聚合物、表面活性劑等）的治理是達標排放或回用中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對這些污染物，等離子體技術(shù)不僅富集了具有強氧化性的自由基以及激發(fā)態(tài)的原子、分子等高活性粒子，可使難降解有機物分子激發(fā)、電離或斷鍵，而且氧化過程中還伴隨有紫外光輻射、沖擊波以及液電空化降解等物理化學(xué)效應(yīng)，加速了有機物的降解。近年來，關(guān)于該技術(shù)的研究和應(yīng)用備受關(guān)注。等離子體技術(shù)在水處理中的應(yīng)用廣泛，主要包括：

（1）處理印染廢水

（2）處理焦化廢水

（3）處理硝基苯廢水

（4）處理含酚廢水

（5）處理制漿廢液

（6）處理醫(yī)院廢液

（7）凈化自來水

（8）制備臭氧

3、等離子體技術(shù)在固體廢棄物處理中的應(yīng)用

3.1 原理

利用電弧等離子體產(chǎn)生瞬時的高溫突躍（Temperature-jump），電子溫度可達數(shù)千度，在此高溫下，廢物中有機物質(zhì)發(fā)生快速反應(yīng)，氣態(tài)產(chǎn)物主要成分為CO2。

3.2 應(yīng)用

城市垃圾處理一般采用燃燒法，在焚燒爐中燒毀后，產(chǎn)生的灰成分呈低松密度，可能含有大量有毒重金屬和有機類物質(zhì)，對環(huán)境造成再污染。等離子體技術(shù)采用直流等離子體對垃圾燃燒灰進行熔融處理，熔融效率極佳，垃圾燃燒灰熔融后，將熔渣投入水中做成玻璃狀顆粒，可再利用于道路鋪裝或混凝土的混合材料，二惡英等有害物質(zhì)也被高溫分解掉，而且產(chǎn)生熱量的54%可以回收利。這種熱等離子體廢物熔融處理法還可以用于金屬資源的回收，如用于低含量鋅的二次回收，從鉭電容器中回收金屬鉭，以及處理汽車尾氣催化劑來回收金屬鉑等。等離子體技術(shù)在固體廢棄物處理中的應(yīng)用主要包括：

（1）城市固體廢棄物（MSW）

（2）污水污泥（SSW）的處理

（3）處理核廢料

（4）用于金屬資源的回收

4 總結(jié)

等離子技術(shù)在大氣污染治理、水處理以及固廢污染治理上都有較為廣泛的應(yīng)用，尤其是大氣污染治理方面應(yīng)用最為廣泛。

等離子技術(shù)應(yīng)用到具體的污染物處理時，作用機理大致相同，但也各具特色，大氣污染治理和水處理主要是等離子體中的高能活化物質(zhì)（電子、正負離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子以及其有強氧化性的自由基）的氧化作用，而固體廢棄物的處理過程則主要利用等離子體的高溫特點，將固體廢棄物進行高溫燃燒降解，從而達到凈化的目的。

等離子體技術(shù)在大氣污染治理上的優(yōu)點主要為處理效率高、應(yīng)用廣泛，前景非常廣闊；在水處理上的優(yōu)點主要是解決了很多難降解廢水的處理難題，處理效果好，無二次污染；在固廢處理上的優(yōu)點主要是不選擇廢棄物形狀，處理范圍廣，適用性強，不會產(chǎn)生二惡英，垃圾焚燒徹底，無二次污染，燃燒后的垃圾可作為生活垃圾填埋。正是源于這些優(yōu)勢，等離子體技術(shù)才會受到廣泛的關(guān)注。但是，但是作為一種新技術(shù)，企業(yè)不愿意為此而投資開發(fā)，其主要原因在于技術(shù)上處于實驗摸索階段，沒有較成熟的工藝技術(shù)，缺少實際工程經(jīng)驗與數(shù)據(jù)，處理費用較高。如果要實現(xiàn)這一技術(shù)在環(huán)境工程中應(yīng)用的規(guī)模化和工業(yè)化，未來需要解決如何降低處理能耗，降低處理費用的問題。同時，等離子技術(shù)與其他處理技術(shù)的結(jié)合也是一個發(fā)展趨勢。

等離子體是一門高度交叉、迅速發(fā)展的新學(xué)科，等離子體技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境污染治理是一項全新的技術(shù)。大氣污染治理、危險廢物的安全處理、大量廢溶劑、農(nóng)藥廢液、醫(yī)藥及生物制藥污染物的處理等都為等離子體技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的市場前景，等離子體技術(shù)以其高科技、高效率的處理功能，在未來的環(huán)境治理中將具有很好的發(fā)展前景。

但是，作為一種新技術(shù)，其技術(shù)成果尚未得到社會的認可，企業(yè)投資開發(fā)成本高。等離子體技術(shù)牽涉到電子器材、等離子體化學(xué)、耐高壓材料等多方面問題，需要多領(lǐng)域多方協(xié)作才能實現(xiàn)。因此，只要國家政策支持以及多方通力合作，就能充分發(fā)揮等離子體技術(shù)的潛在優(yōu)勢，實現(xiàn)這一技術(shù)在環(huán)境工程中應(yīng)用的規(guī)模化和工業(yè)化。■

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