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等离子体处理危险废物技术 李 伟1 1 1 2 3 李水清 崔瑞祯 刘 刚 季天仁 （1 清华大学精仪系 2 中国兵器装备研究院 3 电子科技大学高能所） 一、引言 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。 二、等离子体火炬处理固体废物的工作原理 （一）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。图 1 是气体通过加热或放电形成等离子体的示意图。 气体加热或放电 N2 等离子体 图1 等离子体形成示意图 （二）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)，如图 2 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 至 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。 热平衡等离子体 （热） 等离子体 按粒子的温度分 非热平衡等离子体（冷） 图2 等离子体的分类 （三）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)： 图3 微波等离子体火炬的工作原理示意图 如图 3 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，