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      廢棄物玻璃化處理中的創新意義


      時間:2013-01-24 13:22 來源:河南廢舊設備網 作者:admin

              與焚化相比,玻璃化更代表著廢棄物處理行業所面臨的挑戰, 因為前者其實仍然是較普通的熱學處理方法。玻璃化所面對的是大 量高度危險的化學品,這個操作過程同時需要耗費大量的熱能熔化 玻璃,注入廢棄物。目前在技術層面上,玻璃化技術所涉及的問題 是如何把大量的玻璃及放射性廢棄物加熱到極高的溫度。
               相比之下焚化顯得相當簡單:把垃圾倒進去,關上爐門。 雖然玻璃化的未來不可限量,但是目前它也面臨著一些亟待解決的問題。第一,加熱室里的玻璃降溫過快、過早結成固體,阻礙了艙室內的物質流動。這種阻塞會增加玻璃化過程的成本,進行維修不但耗費時間甚多,也會對工人的健康造成危害。第二,猛烈加熱的過程有可能損壞存儲罐的封口,導致其內容物泄漏。這種情況會導致有毒廢棄物釋放至工作區域。第三,玻璃熔化設備中的電極也可能會在高溫下遭到損壞。當電極無法工作時,對廢棄物進行控制加熱就無法實現,玻璃化就失去了其非常重要的一個環節。如果電極不能正常運轉,操作人員就無法監控加熱過程,也就對艙室中的反應失去了控制。
                廢棄物的成分同樣會影響玻璃化處理的效果。例如,硫酸鹽、鉬酸鹽和磷酸鹽化合物就很難混合進玻璃中。如果把這些材料也封存在玻璃中,不但穩定性會下降,也不適合長期存儲。鉻、鋁、鋯、鐵、鉍等元素對玻璃的加熱和冷卻也有類似的阻礙效果。就像大多數混雜式混合物一樣,如果玻璃的冷卻過程進行的不均勻,其長期穩定性必然會受到影響。
                漢福德地區和薩凡納河地區正在帶頭改善玻璃化作業中的一些不利因素。例如,新工藝在熔化混合物時加入了一個攪拌環節,這樣做可以提高玻璃化的效率;旌系倪^程會將廢棄物分配得更均勻,可以使玻璃冷卻成更緊密的固體。
               新的玻璃配方很快也將問世,這種玻璃比現有的玻璃能容納更多的廢棄物?商娲呐浞接泻X硅酸鹽、含鐵磷酸鹽以及玻璃陶瓷混合物,這些混合物在這個領域都很有前景。
              薩凡納河國家實驗室(Savannah River National Laboratory,SRNL)主任G.托德·賴特(G. Todd Wright)在 2007年的媒體發布會上說: “SRNL有一個傳統,那就是把科學付諸于實際工作,創造出能夠解決問題的實用技術來。” 使玻璃化更加有效的關鍵是簡化整個加熱、混合和冷卻的過程。一種創新方法是所謂“高級玻璃化系統” ( advanced vitrification system,AVS)。AVS直接在臨時存儲罐中加熱廢棄材料,等到冷卻以后這些臨時儲存罐就變成了永久性存儲器了。AVS的先進之處在于處理過的廢棄物不再需要從反應艙中取出了。還有一個叫做黑腔熔化法(Hohlraum melting method)的工序能夠進一步改善 AVS。在這種方法中,廢棄物和玻璃被一起傾倒進存儲罐中同時熔化,這樣做增加了玻璃化作業的效率。
              下一代的玻璃化作業很可能會在玻璃化工廠里安裝帶著存儲罐的傳送帶,經過處理的廢棄物直接就可以運走。 法國的核工業開發了一個新的AVS概念——冷坩堝熔化。使用這種方法后,坩堝內部會將廢棄物加熱到5400aF(約3000℃),但是容器外表仍能保持低溫,人甚至可以用手觸摸。無論是標準的 AVS還是冷坩堝AVS,一次處理的廢棄物數量抵得上傳統玻璃化處理兩次,而且產出的玻璃要小得多。 多數現有的清潔、處理技術都希望能夠就地進行廢棄物處理,而不是把它們運到別的什么地方去。坩堝玻璃化就能夠適應這種原位處理(即在廢棄物堆積地進行處理工作)。原位玻璃化處理可以就地熔化含有放射性或者非放射性的材料的土地,工作人員將石墨電極接人被污染的土壤中,這些電極至少可以將土壤加熱到30000F (約1 650℃),直至其達到熔融狀態。等到土壤冷卻下來時,其礦物會結晶成玻璃樣的材料。這樣做可以減少30010~50%的污染面積,最后再用推土機將清潔的土壤覆蓋到這個地區就可以了。 AVS和原位處理都是一些改進玻璃化加熱、冷卻效率的具體例子。早先提到過,玻璃化的效率很大程度上還取決于在處理之前就將廢棄物按成分進行分類。
               玻璃化和其他大多數廢棄物處理方法(特別是熱力學方法)差不多:如果每一堆廢棄物的成分是相同的,處理效率自然會提高。位于田納西州的橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)研制出了一種“設計師” (designer) 溶劑,這種溶劑可以有選擇地將特定的分子從混雜在一起的混合物中移出來。例如,杯芳烴溶液就可以將銫分子從一堆混合物中提取出來。大多數溶液和杯芳烴溶液差不多,一次只以一種化學元素為目標。
                顯然,人們將很快研發出能夠從一堆廢棄物中移走多種成分的溶液。如果將提取出的物質用于他用,這個過程就還可能為可持續發展作出貢獻。
               早在1995年,橡樹嶺國家實驗室的亞歷克斯· 加伯德(Alex Gabbard)就預言說,放射性廢棄物的清理工作會對可持續發展有所貢獻。他將廢棄地區設想成一個充滿了放射性污泥的池塘,而他的團隊計劃使用碎玻璃取代整塊的玻璃。加伯德說: “淤泥中的金屬可以當做工業材料出售。等把金屬都分離出去以后,剩下的碎玻璃材料可以當做廢棄物再次處理,不過這次的成本會很低。這樣做就省去了長期監視的麻煩。” 技術人員曾于1998年研發了一種叫做阿基米德過濾器(也叫做阿基米德等離子過濾器)的新儀器,現在這種技術已經被玻璃化技術所應用,以便在處理之前將不同的同位素區分開來。這也許對漢福德地區特別有幫助。阿基米德過濾器會將液體廢棄物汽化,然后用電磁場在一個圓筒中將不同的元素區分開。輕元素(質量輕于氟元素)在這樣的磁場中不會被離子化,它們會聚集在圓筒的一端;重元素則會被磁場甩出去落在容器的內壁上。
               像阿基米德過濾器這樣的技術創新都會面臨著阻礙。2005年,圣迭戈阿基米德技術小組的組長約翰·吉爾蘭(John Gilleland) 在一次廢棄物管理會議上承認,這種新技術恐怕無法在2028年前 完成對漢福德地區HLRW的清理工作。他還說: “清理過程可能 會花費數十億美元,而且產出的玻璃也會超過亞卡山所能承受的限 度。”盡管他的觀點如此悲觀,也或許正是由于這類觀點的存在, 廢棄物管理業很可能會嘗試使用多種方法,而不會僅僅依賴于其中 一種。 在一些能夠使玻璃化作業更方便、更快捷、更省錢的方法的幫 助下,玻璃化終將會成為有毒廢棄物處理的標準方法。
             有一天它還 有可能取代傳統的焚化,對無毒廢棄物也進行處理。為了實現這個 目標,提高加熱一冷卻效率、進行廢棄物分類的技術是非常需要的, 而且其成本也必須控制得比較合理。(責任編輯:admin)
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