1序论

1.1 危险废物的来源

任何一种产品制造过程都可能产生对人类没有作用的东西，这些废弃物可能是使用过的原料，不合格规格的产品，或者是副产品。它们对于生产者即无任何利用价值，生产者自然不会重视它们的去向，尽量以最简单及便宜的方式处置：或抛弃于工厂附近的山谷、河川或狂野中。在石油未被大量发现及应用之前，几乎所有的原料都是来自于自然界的动植物或矿物，虽然少数的化学品可经由人工合成而产生，但是由于原料及生产成本高，使用范围仅限于少数特殊用途或行业之中。由于大部分的原料或副产品可以在自然界分解，任由大自然分解、风化废弃物是很自然的事，而且，当时工业区不集中，人口密度不高，即使偶然发生一些危害事件例如水井中的重金属过高，造成居民饮水中毒等，也被当作突发时间处理，没有人关心整个工业界废弃物的处置是否合理。

随着经济的不断发展，廉价石油的不断供应，石油产业的不断发展，各种价廉物美的化工合成产品逐渐取代传统的棉、麻、木竹、金属及陶瓷等，正是由于这些化工合成产品的需求不断上升，造成工业废弃物的产量增加的速度远远超过自然界可降解的能力，然而直到上世纪70年代中期大部分的工业废弃物还是没有引起重视，我国危险废弃物的处理处置是从2004年左右逐渐开始重视起来。

危险废物的处置不当所造成的危害可大致分为以下八种:

（1）地下水或水源的污染造成饮水供应的缺乏；

（2）生物的毁灭：河川、溪流、湖泊及原野的污染造成生物的死亡及减少；

（3）土壤的污染；

（4）人类健康的损害；

（5）家畜（牛、羊、猪等）由于饮水或食物中毒而死亡；

（6）公共排水系统、下水道的污染；

（7）河川污染造成鱼、虾等的大量死亡或绝迹；

（8）其他如失火、爆炸、工业中毒及弃置场地等。

危险废物所产生的危害并不完全是直接性、短期性或显而易见的。工业排水及排气的污染虽然也曾让社会大众困扰，毕竟废水及废气的颜色及气味是可以感觉到的，只要不直接接触它们，即不会遭受严重的危害，而且排气及排水处理的改善是在产生的现场即可进行，改善的效果也是立竿见影的。危险废物的问题即不是那么简单，可能很久以前就被弃置于附近的环境当中。它们的存在也不一定是肉眼或嗅觉可以感觉到的，但它们的危害则包括突发性的失火、腐蚀、污染、长期性、潜伏性的病痛以及人畜的伤亡。

这种怀疑及困扰对于工业的发展产生很大的影响，社会大众的警觉虽然促使法规的制定、管理系统的建立及废弃物处理技术的提升，但是也造成了许多问题。一般大众对于化学工业或废弃物处理业产生很大的反感，普遍对于工业团体或机构存着不信任的态度，直接影响工业的发展以及废弃物问题的解决。

1.2 危险废物的定义

危险废物可以从科学或法律的观点来界定，然而任何有关环境的问题都可能牵涉到法律及管制规定，法律上的定义往往比科学的定义重要。下面就我国的危险废物的定义进行简单叙述。

危险废物：指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法判定的具有危险特性的废物。

危险废物鉴别标准如下：

危险废物鉴别技术规范HJ/T 298－2007

危险废物鉴别标准 通则GB 5085.7—2007

危险废物鉴别标准 毒性物质含量鉴别GB 5085.6— 2007

危险废物鉴别标准 反应性鉴别GB 5085.5— 2007

危险废物鉴别标准 易燃性鉴别GB 5085.4— 2007

危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别GB 5085.3—2007 代替GB 5085.3—1996

危险废物鉴别标准 急性毒性初筛GB 5085.2—2007 代替GB 5085.2—1996

危险废物鉴别标准 腐蚀性鉴别GB 5085.1—2007 代替GB 5085.1—1996

1.3 法规及管制系统

我国的固体废物污染防治法中有对危险废物的部分在2004年修订，2005年实施。其中主要内容为：

（1）危险废物定义（参考1.2）

（2）注册及申报制度

危险废物的产生、运输、贮存及处理单位必须向管制机构注册，并定期申报其数量及种类。这种注册及申报手续是建立一个包括信息管理、查核、颁发许可证及执行公权利等的全国性管制系统的主要步骤。

（3）废弃物产生者的责任

废弃物产生者的责任主要包含下列几个项目：

A.了解废弃物的成份，并且决定是否来自管制系统中其他产生单位。

B.定期向管制机构申报危险废物产量、种类及处理处置方式。

C.每批废弃物必须备有联单，记载其数量及种类。

D.必须遵照危险货物运输法规、包装及标识其成份及名称等。

E.保存所有记录至一定期限。

F.确保危险废物送至具有危险废物经营许可证的处理或处置场所。

G.指定专人负责

H.具备资质的合格处理场所如果发生问题，本身无力解决，而成为严重污染场所是，任何曾经送至该场所的单位必须分担处理费用。

（4）废弃物运输者的责任

危险废物运输不仅必须遵守法规，安全运输，并且必须具备转移联单，详载运输项目

（5）废弃物运输、处理及处置场所的注册及经营许可

注册是比较简单的手续，但是经营许可的申请及审核则比较复杂。管制机构必须检视，并且审核经营者的专业技术及财务能力，以决定经营者是否有能力合法执行工作。

1.4 危险废物的处理及处置

处理是指任何可以改变危险废物的物理、化学、生物特性或成份，以降低其危害性或毒性的方法、技术及程序，而处置的意义为可以造成固体或危险废物进入大气、土地、河川及地下水中的填埋、放置、注射、弃置等措施。因此为了避免有害的物质进入环境之中，应该将危险废物所含有害成份去除或降低至安全标准至下，才可以设法处置废弃物。

处理的方式可分为物理处理、化学处理及生物处理等三大类，每种方式可又分为许多不同的方法。处理方式及方法的选择视废弃物的特性、产量、经济及最终处置方式而定，往往一批或一堆废弃物必须经过各种不同的处理步骤，才可以达到最终处置所允许的标准。一个综合处理场所通常包括多种不同的处理单元，因此处理场所的复杂性往往不低于一个化学工厂。

最终处置是危险废物管理、处理及处置的最终步骤，四种主要最终处置方式为填埋、深井注射、海洋弃置及地上露天裂解。

1.5 回收、减量及交换

处理及处置是解决废弃物问题的治标方式，减量和回收才是解决基本问题的主要方式。废弃物中含有许多有用的物质，回流至制造过程中是最有效也是简单的方式，其次为回收利用，就技术层面而论，以回流或回收方式达到减量的目的是绝对可行的，经济因素才是回收或回流的主要因素。废弃物的管制松弛，处理或处置成本低时，回收或回流的诱因低，因此也不为工业界重视，管制规定日趋严格后，处理及处置成本大幅增加，回流及减量即成为有意义的工作。日本是废弃物回收利用最成功的国家，超过50％的危险废物都是采用回收利用的方式进行处理。

1.6 等离子体转炉（plasma waste converter）处理

将等离子体用于处理各类污染物具有处理流程短、效率高、适用范围广等特点，尤其是对于多氯联苯类(PCB)、氟里昂类等难消解含卤化合物及生物技术产业、农药、医院等的特殊废弃物处理，常规的燃料热源技术的处理效率常不能达到国际规定的标准(PCB的消解效率必须大于99.9999%)，并且更高毒性的多氯二苯并二(PCDDs) 与多氯二苯并呋喃(PCDFs) 的二次污染问题日益引起人们的重视。等离子体既可用于处理废气又可用于处理废水、固体废物、污泥、甚至放射性废物。本章主要介绍等离子体处理固体危险废物，如医疗垃圾等。

1.6.1等离子体火炬处理固体废物的工作原理

（1）等离子体的概念

等离子体是物质存在的第四态，它是气体电离后形成的，是由电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组成的集合体，它具有宏观尺度内的电中性与高导电性。等离子体是极活泼的反应性物种，使通常条件下难以进行或速度很慢的反应变得快速，尤其有利于难消解污染物的处理。

在人工生成等离子体的方法中，气体放电法比加热的办法更加简便高效，诸如荧光灯、霓虹灯、电弧焊、电晕放电等等。下图是气体通过加热或放电形成等离子体的示意图。

（2）等离子体的分类

按粒子的温度等离子体可分为两大类，热平衡等离子体(或热等离子体) 与非热平衡等离子体(或冷等离子体)，如下图所示。 冷等离子体的特征是它的能量密度较低，重粒子温度接近室温而电子温度却很高，电子与离子有很高的反应活性。相对地，热等离子体的能量密度很高，重粒子温度与电子温度相近，通常为10000K-20000K的数量级，各种粒子的反应活性都很高，本文后面所提到的等离子体如未特别说明即指热等离子体。
                                               

（3）等离子体的产生方法

热等离子体的产生方法，它包括大气压下电极间的交流(AC)与直流(DC)放电、常压电感耦合等离子体、常压微波放电等。下面介绍微波等离子体炬(microwave plasma torch)： 

上图是所示，微波等离子体炬（MPT）是一种开放结构的等离子体源，是由金钦汉等于1985年首先提出来，目前实验室常用的微波源是2.45GHz，MPT炬管是一个直接耦合的同轴波导微波谐振腔，腔内存在着固定的电场和磁场分布，而这种特定的能量分布维持了等离子体放电，将一段同轴线一端短路，另一端开路，就构成了同轴谐振腔。MPT炬管的内管和中管是相连通的终端短路活塞的存在使其成为一个同轴微波谐振腔，同轴谐振腔有三种耦合方式：直接耦合，电容耦合和电感耦合。直接耦合又称为电导耦合，其方法是在同轴腔外导体上开孔，将同轴传输线（天线）的内导体直接连接导同轴腔的内导体上，MPT炬管就是采用的这种方式。当炬管顶端到调谐活塞端面的距离是λ/4的奇数倍时（一般为3λ/4），顶端的电场为最强，就可在顶端形成和维持等离子体。图4是电子科技大学高能所的微波等离子体火炬系统，微波的工作频率为2.45GHz，磁控管产生的微波通过波导系统、三端调配和短路活塞耦合到同轴传输线（天线），并在离内管端口几厘米的地方形成特定的电磁场分布，从而使空气等工作气体电离形成等离子体火炬，图中的等离子体火炬的火焰长度只要几厘米，它的主要应用是金刚石薄膜、材料的表面改性、化学分析、纳米材料制备、废物处理等。

微波等离子体的参数：

工作频率：2450±50MHz  输出功率：1.0－2.0kW

工作范围：100 Torr 至大气压 波导接口：BJ-26

微波等离子体炬设备组成：

磁控管提供能源微波能从波导谐振腔引出

微波传输系统喷嘴

微波等离子体火炬作为处理医疗垃圾系统可行性还值得进一步研究，因为它不仅可以利用等离子体火炬冲击、分解垃圾，还可以利用微波高效的热作用进行医疗垃圾的热解，达到高效的废物处理。

1.6.2等离子体技术在环境污染物处理上的应用

（1）等离子体技术处理废物的特点

利用大功率等离子体处理危险有害的废弃物和一般的焚烧方式大不一样，等离子体火炬的中心温度可高达摄氏2～3万度，火炬边缘温度也可达到3千度左右。当高温高压的等离子体去冲击被处理的对象时，被处理物的分子、原子将会重新组合而生成新的物质，从而使有害物质变为无害物质，甚至能变为可再利用的资源。因此等离子体废物处理是一个废料分解和再重组过程，它可将有毒有害的有机、无机废物转成有价值的产品。等离子体高温分解特性是：第一，温度越高产生的分子的分子量越小；且C/H比越高，炭沉积为烟灰；第二，高温分解的许多产物的化学反应随温度降低而降低。炭、氢、氯在300℃左右容易形成致癌物质：二氧(杂)芑，呋喃等，由于等离子体在处理废物时温度高，不易形成致癌物质，所以可以达到“零排放”。等离子体分解有机废物可得到氢气及一氧化碳，并可通过一个附属设备提取。它们可以用作化学原料去生产其它产品，如聚合物或其他化学产品。氢气是十分有价值的商业气体，可应用在多种制造日用品的工艺中，例如：氨及塑料、药物、维生素、食油等。它亦可为燃料电池提供能量。燃料电池被广泛认为是未来解决污染问题的洁净能源。从无机废物中得到的可再用的产品包括可用于冶金工业的合成金属，可用于建筑及研磨材料的玻璃状的硅石。几乎所有废料均可被等离子体处理并转换成有用的产品。等离子体火炬处理废物有如下特点： 
    a. 可以处理有毒、有害危险及非危险废物，包括有机的、无机的、气体、液体及固体。
    b. 能够完全地、安全地将有毒废料转化成无毒且有使用价值的产品。 
    c. 符合最严格的排放标准，减容率高。

许多有毒有害的物质是不能焚烧的，例如PCBs、农药、杀虫剂等等，而使用等离子系统则可以安全地处理并且可以随时起动和停机，而等离子设备的减容量非常高，其它处理设备做不到的。正因为如此，用电量方面较多，这是造成运行成本较高的主要原因，因焚烧炉的减容量最大90%，以处理量1000吨/日为例，每天要有100吨的含有重金属的底灰须填埋或再经等离子系统处理(日本就专为焚烧炉的底灰处理购置了等离子系统)。

（2）存在的问题

由于设备的特殊性，其制造成本较高，用电运营成本高。但如在大规模运营中可以收回氢气，这是当今和今后最需要的清洁能源，而且价值很高。下面三式是等离子体处理废物时的主要反应式。

2C+O2=2CO+58.86kcal/mol

C+H2O=CO+H2-28.36kcal/mol

CO+H2O=CO2+H2+10.41kcal/mol

（3）等离子体火炬处理固体废物的应用

等离子体火炬，尤其是电弧等离子体火炬在医疗垃圾的应用已经开始，美国、日本、加拿大等发达国家和地区进行等离子体处理废物的研制和商品化进程已经进行几年时间，并已经开始了商品化应用。

下面是微波等离子体火炬处理固体废物的应用设想，利用它可处理:城市固态垃圾、淤泥、工业固废以及液态有机垃圾等。等离子体分解有机废物可得到氢气及一氧化碳，并可通过一个附属设备提取。它们可以用作化学原料去生产其它产品，如聚合物或其他化学产品。氢气是十分有价值的商业气体，可应用在多种制造日用品的工艺中，例如：氨及塑料、药物、维生素、食油等。它亦可为燃料电池提供能量。燃料电池被广泛认为是未来解决污染问题的洁净能源。从无机废物中得到的可再用的产品包括可用于冶金工业的合成金属，可用于建筑及研磨材料的玻璃状的硅石。 

上图是等离子体处理废物的流程示意图，在等离子体热处理系统中，主要设备是两台等离子体火炬，即第一气化室和第二气化室。

在处理废物时，垃圾首先被切碎并注入第一气化器（如上图所示等离子体热处理系统）。工作温度在1800－1900K，300KW。减容比高：90%甚至95%以上。产生的等离子体火炬可以很快使有机物分解成一氧化碳和氢，无机物则变为玻璃状的硅石。

第二气化室（上图中的加力燃烧室）等离子体火炬可对第一气化室中合成气体中的一些残留微粒和一些碳氢化合物再进一步进行分解处理。

通过第二气化室处理后的混合气体经过净化系统后，成为只含H2和CO的混合气体，加力燃烧室在1000○C温度环境下对H2和CO的混合气体进一步进行处理，以确保无有害的混合物产生，比如二氧芑和呋喃等，最后排放到空气中。当然也可以取消加力燃烧室而利用这些混合气体去驱动汽轮机发电。

在第一气化器中垃圾的无机物部分熔化成玻璃状的无污染的炉渣，炉渣可安全用于建筑材料，根据不同的用途，炉渣可复原为各种形式。 

1.6.3等离子体处理废物的前景

与其他有竞争力的废物处理过程相比，热等离子体处理废物比较昂贵。而在一些特殊类型的有毒废物处理问题上热等离子体处理具有独特的优势，因此等离子体主要用于焚烧炉难于处理的废物，包括被污染的陶瓷废物、高熔点金属、需要治理的含有毒挥发成分的废气等。等离子体进行废物处理的主要缺点在于以电力作为能源，经济成本高。此外，与传统废物处理方式相比，等离子体过程具有更多的过程控制参数，从而在过程控制中要求自动化程度很高。看来对于这种大规模的设备仍然缺乏一个坚实的工程基础。

1.6.4国外热等离子体技术处理危险废物现状

等离子体技术因其高温高导热特性对污染物有很高的处理效率，尤其是对难处理危险废物，其先进性与优越性进一步显现出来，成为危险废物处理领域中最有发展前途，最引人关注的一项高科技技术。各国的大公司与著名的等离子体研究所纷纷加入用于处理危险废物的热等离子体技术研究行列，许多设备建立起来并进入商业化，较著名的有：

中国的中广环境研发的奥矩Auto Matrix-3等离子体危废处置系统

法国的电感耦合等离子体流化床反应器(Plasma Fluidized-bed Reactor)；

加拿大的电感耦合等离子体污染物处理系统；

俄国的三相等离子体处理装置；

波兰的联合等离子体PCB处理装置；

瑞士MGC Plasma公司的PLASMARC和PLASMOX系统，INERTAM系统，EUROPLASMA系统，INCIDIS系统；

美国Vanguard Research,Inc.研发的PEPS（等离子能高温热解）系统；

日本荏原研制的等离子式灰熔融系统；

澳大利亚CSIRO公司与SRL Plasma公司联合发展的PLASCONTM技术等。

1.7 目前面临的问题

有毒及危险性物质普遍存在于人类的活动之中，废弃物是人类活动及工业生产的副产品，因此目前所界定的危险废物，事实上早已存在。由于无知、疏忽及缺乏适当的法令管制，不安全的填埋甚至于弃置是很普遍的，这些处置不当的危险废物经过数十年的扩散、渗透，逐渐地破坏附近的环境及生态的平衡，土壤及地下水源的污染亦造成许多危及人类健康及生存的事件，当危险废物处置不当所产生的危险性显示出来以后，我们突然发现生存在一个危机四伏的环境中。虽然在工业化国家中，管制系统及矫正措施已经开始进行，但是如欲达到合理的地步，仍有待努力。目前面临的主要问题为：

(一）危险废物的有效管制

经过近几年的努力，我国已经订定相关法律，并建立起适当的管制系统，但是全面的管制仍需很长的时间才能达到，2004年对固废法进行修订，其中危险废物的部分为重点修订部分，陆续出台其他的法规，比如危险废物的焚烧、填埋等标准及技术规范等。环保管制机构人力不足，管制工作的执行往往流于形式及书面作业。

（二）污染场所的清理

长期的疏忽及不适当的处置产生许多严重污染的场所，这些场所包括废弃的生产工厂，废弃物填埋场及处置场，意外事件发生的场所等。

（三）处理场所供求问题

管制系统建立以后，许多废弃物被确定为危险废物，危险废物产生量大为增加，但是由于管制严格，旧有场所容量的扩充及新场所的兴建的许可申请手续复杂，审核时间过长，处理设施供不应求。管制严格以后固然降低处理和处置不当情况的发生，但是也同时造成处理容量的瓶颈。

（四）社会大众的反感及反对

自从危险废物处置不当的危害事件显示出来以后，社会大众的环保意识高涨，纷纷组织起来，以不同方式要求改善。民众的参与固然促进管制法规的制定，政府及工业界的重视，但是也造成了许多困扰。由于人人谈危险废物色变，纷纷阻止处理场所的兴建及扩充。以海上焚烧为例，海上焚烧在欧洲早已实施多年，但是由于民众团体的反对，即使经过十多年的推动，研究发展，及多次的试烧，仍然无法在美国沿海进行，自然无法减少现有陆地焚烧场所的负荷。这种所谓[不在我家后院]的态度，不仅不能解决现有的问题，反而导致处理费用的高涨及情况的恶化。事实上现有科技足以将危险废物的危害性降至安全标准，现有危险废物焚烧系统排放的污染物远较一般工业炉窑和城市生活垃圾焚烧炉低，但是一般社会大众仍然不愿接受这个事实。因此城市生活垃圾焚烧系统的数量反而比危险废物焚烧系统增加的速度快。