危險廢物處置的現(xiàn)狀與前沿技術(shù)

朱延臣，沈瑩

(1.北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京 100041；2.北京金隅紅樹林環(huán)保技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 102402)

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，人們在享受工業(yè)發(fā)展帶來利益的同時，也在承受著工業(yè)危險廢物所帶來的危害[1]。危險廢物因其易毒、易爆、易腐蝕等特性，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重影響了人類健康，成為社會關(guān)注的焦點(diǎn)[2]。因此如何妥善處置危險廢物，有效改善環(huán)境質(zhì)量，降低環(huán)境風(fēng)險，成為生態(tài)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要課題。

1 危險廢物定義及種類

世界衛(wèi)生組織對危險廢物的定義為:除生活垃圾和放射性廢物之外的，由于數(shù)量、物理化學(xué)性質(zhì)或傳染性，當(dāng)未進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?、存放、運(yùn)輸或處置時，會對人類健康或環(huán)境造成重大危害的廢物[3]。根據(jù)?中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法?規(guī)定，我國對危險廢物的定義是:列入?國家危險廢物名錄?或根據(jù)危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)及方法認(rèn)定的，具有毒性、腐蝕性、易燃性、反應(yīng)性、感染性等一種或幾種危險特性，以及不排除具有上述危險特性的固體廢物。

危險廢物種類繁多，成分復(fù)雜。根據(jù)2016 版?國家危險廢物名錄?，危險廢物分為46 大類別479 種，來源主要有工業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)療活動等。工業(yè)生產(chǎn)是危險廢物產(chǎn)生的主要來源，如石油化工、金屬冶煉、生物醫(yī)藥和電子元件制造等過程都會產(chǎn)生危險廢物。按照主要成分來劃分，工業(yè)產(chǎn)生的危險廢物主要包括廢酸廢堿、金屬類、有機(jī)類、無機(jī)殘渣等。工業(yè)危險廢物具有不易降解、毒害性、腐蝕性等特點(diǎn)，隨意放置或排放對土壤、水體、大氣產(chǎn)生危害，并嚴(yán)重威脅人體健康。醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)在醫(yī)療、預(yù)防以及保健等活動中產(chǎn)生的廢物，因直接或者間接具有感染性、毒性以及其他危害性等，成為危險廢物管理對象中的重點(diǎn)。當(dāng)前我國和世界其他國家和地區(qū)發(fā)生的新冠肺炎疫情，在治療、隔離觀察、診斷等過程中產(chǎn)生的醫(yī)療用品、醫(yī)用廢液等廢物，因帶有傳染性極強(qiáng)的致病病毒，必須得到安全處置。

2 當(dāng)前危險廢物處置技術(shù)

經(jīng)過幾十年發(fā)展國內(nèi)外危險廢物處置技術(shù)已相對成熟，目前主要有固化/穩(wěn)定化處理、安全填埋、焚燒處理和水泥窯協(xié)同處置等。

2.1 固化/穩(wěn)定化處理

固化/穩(wěn)定化處理是指通過采用物理、化學(xué)等手段，將危險廢物轉(zhuǎn)變成高度不溶性的穩(wěn)定物質(zhì)，使危險廢物中有害物質(zhì)封閉起來或者呈現(xiàn)化學(xué)惰性，從而達(dá)到穩(wěn)定化、無害化、減量化的目的。固化/穩(wěn)定化主要適用于處理不焚燒或無機(jī)處理的廢物，如放射性廢物、濃縮液、含重金屬污泥、焚燒飛灰和爐渣等。

固化/穩(wěn)定化技術(shù)常見的處理方法有水泥固化、瀝青固化和藥劑固化等[4]。水泥固化和瀝青固化是傳統(tǒng)的處置手段，而藥劑固化是近些年來發(fā)展起來的新的處置方式。藥劑固化對危險廢物的處理效果主要取決于藥劑的好壞。近年來成功研發(fā)的金屬螯合劑因其捕集效率高、穩(wěn)定性好、適用范圍廣，使得藥劑固化成為處理含重金屬危險廢物的高效手段。

2.2 安全填埋

安全填埋是指在對危險廢物進(jìn)行脫水、中和、堆肥、固化/穩(wěn)定化等預(yù)處理后送入填埋場填埋，通過將危險廢物與環(huán)境隔絕，使之得到無害化處理。作為一種耗資相對較低的處理方式，安全填埋是國內(nèi)外危險廢物處置的常用手段。

填埋場的防滲漏系統(tǒng)是安全填埋技術(shù)的關(guān)鍵。為了使危險廢物安全地與周圍環(huán)境隔離，危險廢物填埋場防滲系統(tǒng)常采用雙人工襯層，其由下到上結(jié)構(gòu)依次為:基礎(chǔ)層、地下水排水層、壓實(shí)的黏土襯層、高密度聚乙烯膜、膜上保護(hù)層、滲濾液次級排水層、高密度聚乙烯膜、膜上保護(hù)層、滲濾液初級集排水層、土工布、危險廢物[5]。

2.3 焚燒處理

焚燒處理是指在專業(yè)焚燒爐內(nèi)，通過高溫分解破壞和改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成和理化特性，使危險廢物得到安全處置。焚燒處理技術(shù)因其具有處理徹底、適應(yīng)性強(qiáng)和回收能量等特點(diǎn)，成為國內(nèi)外危險廢物處置應(yīng)用中最廣泛的技術(shù)手段。

焚燒處理技術(shù)核心裝備為焚燒爐，國內(nèi)外針對危險廢物發(fā)展出多種不同的爐型。目前危險廢物焚燒爐類型主要有爐排式焚燒爐、液體噴射式焚燒爐、多段焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、流化床焚燒爐等，其中回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是危險廢物焚燒處置的主流爐型。

2.4 水泥窯協(xié)同處置

水泥窯協(xié)同處置危險廢物是指在進(jìn)行水泥熟料生產(chǎn)的同時，將經(jīng)預(yù)處理后的危險廢物投入水泥窯，實(shí)現(xiàn)對危險廢物的無害化處置。作為專業(yè)危險廢物焚燒的同質(zhì)型工藝，水泥窯協(xié)同處置是當(dāng)前國內(nèi)外危險廢棄物重要的處置方式。

與專業(yè)焚燒爐相比，水泥窯協(xié)同處置危險廢物具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)處置溫度高，焚燒充分徹底。水泥窯內(nèi)最高溫度在1450℃以上，主要有機(jī)物的有害成分焚毀率可達(dá)99.99%以上。(2)適用廢物范圍廣。目前水泥窯可處置約80%種類的危險廢物。(3)不存在焚燒灰渣的二次處理問題。危險廢物焚燒后殘渣可作為水泥生產(chǎn)替代原料使用。(4)污染物排放低。水泥窯內(nèi)呈堿性氣氛，具有吸硫、氯作用，有效避免酸性物質(zhì)和重金屬散發(fā)，降低了污染物綜合排放量[6]。

3 當(dāng)前危險廢物處置技術(shù)不足及其成因

上述四種技術(shù)是當(dāng)前國內(nèi)外危險廢物處置中相對成熟的處理方式，但也都存在著一定不足，各種處置技術(shù)存在的不足及其成因?qū)Ρ确治鋈绫?所示。

表1 當(dāng)前危險廢物處置技術(shù)不足及其成因

由表1 可以看出，當(dāng)前四種主流的危險固廢處置技術(shù)均存在一定的不足。由于受到客觀因素制約，現(xiàn)有危險廢物處置技術(shù)短時間內(nèi)提升空間較小，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)前出現(xiàn)了危險廢物處置的前沿技術(shù)。

4 危險廢物處置前沿技術(shù)

近年來，逐漸興起的危險廢物處置前沿技術(shù)主要包括等離子氣化、超臨界水氧化和過熱蒸汽處理，下面分別進(jìn)行闡述。

4.1 等離子氣化技術(shù)

等離子氣化技術(shù)是一種天然無害的工業(yè)危險廢物處理技術(shù)。它是利用等離子火炬使惰性氣體發(fā)生電離，形成電弧電離后產(chǎn)生5000K 的等離子體。在高溫、缺氧環(huán)境下有機(jī)物快速分解成含氫氣、一氧化碳等的合成氣，無機(jī)物則熔融形成玻璃體熔渣。合成氣可用于發(fā)電或生產(chǎn)乙醇、甲醇和生物柴油，玻璃體熔渣可用于建筑材料。等離子氣化技術(shù)目前主要用于處理農(nóng)業(yè)秸稈廢物和城市垃圾，西歐發(fā)達(dá)國家將這種技術(shù)應(yīng)用于石油肥料、建筑垃圾和醫(yī)療廢物的處理方面[7]。

等離子氣化技術(shù)因具有適應(yīng)范圍廣、可完全焚毀廢物的特性，成為危險廢物處理領(lǐng)域中最有發(fā)展前途、最引人關(guān)注的一項(xiàng)高科技技術(shù)。各國紛紛建立起用于處理危險廢物的熱等離子體技術(shù)商業(yè)化設(shè)備(系統(tǒng))，較著名的包括法國的電感耦合等離子體流化床反應(yīng)器、加拿大的電感耦合等離子體污染物處理系統(tǒng)、俄國的三相等離子體處理裝置、美國的等離子能高溫?zé)峤庀到y(tǒng)、日本的等離子式灰熔融系統(tǒng)。

等離子氣化技術(shù)的不足在于經(jīng)濟(jì)成本高，對設(shè)備的要求較高，目前仍處于起步發(fā)展階段，大規(guī)模推廣應(yīng)用還有較長的路要走。

4.2 超臨界水氧化技術(shù)

超臨界水氧化技術(shù)是近年來興起的一種新型高效的廢棄物無害化處理及資源化利用技術(shù)，它是利用水在超臨界狀態(tài)下所具有的特殊性質(zhì)，使有機(jī)物和氧化劑在超臨界水中迅速發(fā)生氧化反應(yīng)以徹底分解有機(jī)物。超臨界水氧化技術(shù)一般應(yīng)用于有機(jī)廢水、塑料降解和生物污泥的處理方面。美國、瑞典、日本等國已建立多套超臨界水氧化技術(shù)的商業(yè)化裝置。

超臨界水氧化技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn):(1)處理效率高。超臨界水氧化工藝中形成的碳?xì)浠衔?、水體以及氧氣均為一相，無傳質(zhì)阻力，具有很高的氧化效率，對有機(jī)物的去除效率能夠達(dá)到99%。(2)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。反應(yīng)速率快，停留時間低于60 秒，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，體積小，投入低。(3)沒有二次污染。有毒、有害及難降解有機(jī)物在高溫、適當(dāng)壓力和停留時間條件下被氧化成CO2、H2O 以及磷酸鹽、硫酸鹽等無機(jī)組分[8]。

超臨界水氧化技術(shù)目前還存在著設(shè)備材料腐蝕嚴(yán)重、鹽類沉積堵塞以及傳熱效率低等難題。解決目前存在的問題，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用是該技術(shù)的發(fā)展方向。

4.3 過熱蒸汽處理技術(shù)

過熱蒸汽處理技術(shù)是近年來一種新興的有機(jī)廢物處置技術(shù)。它是根據(jù)生物質(zhì)資源受熱分解的原理，利用過熱蒸汽碳化有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)對生物質(zhì)的還原處理。過熱蒸汽通過以下過程產(chǎn)生:對飽和狀態(tài)下的液體加熱得到飽和蒸汽，持續(xù)加熱，飽和蒸汽中的水分完全蒸發(fā)后成為干飽和蒸汽，繼續(xù)加熱，溫度上升后獲得過熱蒸汽。

過熱蒸汽碳化處理是解決生活、工業(yè)有機(jī)廢物的最佳途徑之一。日本已研發(fā)出成套的過熱蒸汽處理裝備，用于處置生活垃圾、醫(yī)療廢物以及城市污泥等。過熱蒸汽處理技術(shù)的優(yōu)勢為:處理過程無氧、常壓，操作安全；污染物排放近于零，無氣體毒害；可實(shí)現(xiàn)源頭處理，不需要轉(zhuǎn)運(yùn)。

過熱蒸汽處理技術(shù)目前處置廢物能力還相對較小，隨著該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，有望實(shí)現(xiàn)危險廢物的大規(guī)模處置。

5 結(jié)語

實(shí)現(xiàn)危險廢物的無害化處置，是控制環(huán)境風(fēng)險、改善環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)社會發(fā)展的必然要求。對于來源廣泛、成分復(fù)雜的危險廢物的處置，當(dāng)前不僅要合理選用現(xiàn)有技術(shù)，還要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展新興前沿技術(shù)，這樣才能真正解決危險廢物處理問題，進(jìn)而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。