水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術發(fā)展和現(xiàn)狀研究

　　危險廢物（危廢）是指列入國家危險廢物名錄或根據(jù)國家規(guī)定的危險廢物鑒別標準和鑒別方法認定的具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應性和感染性等一種或一種以上危險特性的固體廢物。近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，危險廢物的種類、數(shù)量大幅攀升，后續(xù)處置和監(jiān)管面臨巨大壓力。因焚燒、填埋處置資源匱乏，超期超量貯存形成的潛在環(huán)境安全隱患日趨加重。如何科學合理地處置這些廢棄物，已經(jīng)成為我國工業(yè)和經(jīng)濟健康穩(wěn)定發(fā)展的關鍵。

　　水泥是滿足人類住房和基礎設施建設等基本需要的重要原料，在全球建筑業(yè)中發(fā)揮著至關重要的作用，而水泥的生產(chǎn)伴隨著高能耗。2004年，歐洲將610萬噸不同類型的廢棄物用作水泥窯中的燃料，有足夠熱量的廢物燃料可以取代化石燃料，節(jié)約了有限的資源。用廢棄物替代燃料的使用最大限度地提高了能源的回收，同時解決了這些廢棄物對環(huán)境產(chǎn)生的不良影響[1-3]。近年來，水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術因具有處置對象廣、處置數(shù)量大、處置成本低、無次生危廢等優(yōu)勢，正成為國內(nèi)外緩解廢物處置能力不足困境、促進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的重要手段。該技術在經(jīng)濟和環(huán)保兩方面顯示出了巨大優(yōu)勢，取得了良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

　　1. 水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術

　　1.1 水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術概述

　　水泥窯協(xié)同處置危險廢物是當前水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向之一。不但可以節(jié)省新建危險廢物集中處理設施的建設投資，還可以緩解當下我國危險廢物處理壓力和新建集中處理設施選址占地等問題。水泥窯協(xié)同處置技術已經(jīng)是一種比較成熟的處理廢棄物的常用技術，國內(nèi)外已有廣泛的研究和應用。水泥窯協(xié)同處置廢棄物主要利用水泥熟料高溫煅燒窯爐焚燒廢棄物。在焚燒過程中，有機物徹底分解無害化，產(chǎn)生的熱量被水泥生產(chǎn)回收實現(xiàn)能量利用的最大化，灰渣作為水泥組分直接進入水泥熟料產(chǎn)品中，實現(xiàn)資源化的同時做到了廢棄物的徹底減量化。

　　1.2 水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術特點

　　水泥窯協(xié)同處置危險廢物具有環(huán)境無害化、處置危險廢物能力強等特點，利用現(xiàn)有的水泥窯設施開展水泥窯協(xié)同處置危險廢物，有其獨特優(yōu)勢[4-6]：

　?。?）無害化處置效果好：停留時間長，水泥窯燃燒過程充分，焚燒狀態(tài)易于穩(wěn)定，有機物徹底分解，重金屬有效固熔，有效抑制二噁英的形成、降低有毒有害物質的排放，環(huán)保優(yōu)勢明顯。

　?。?）資源化利用程度高：廢物可部分替代水泥生產(chǎn)使用的原燃料；可實現(xiàn)固體廢棄物的資源化與再生化處理，生產(chǎn)過程協(xié)同資源化處理，成本較低，水泥窯協(xié)同處置單位投資額僅為新建/擴建專業(yè)焚燒爐的1/3左右，運營成本也顯著低于專業(yè)焚燒爐，成本優(yōu)勢顯著。

　?。?）焚燒空間大，大空間的水泥窯焚燒的應用充分保障了大量危險廢物得到有效處置，還可以使危險廢物在焚燒過程中始終保持穩(wěn)定；焚燒溫度高，一些難以分解的穩(wěn)定有機物也會得到完全的分解處置，高溫條件下，能使危險廢物中的重金屬固化并穩(wěn)定留存于礦物燃料中。

　　2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　2.1. 國外研究及應用現(xiàn)狀

　　水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術作為一種固體廢物處置技術在不斷完善。在歐美等發(fā)達國家，經(jīng)歷幾十年的生產(chǎn)實踐，證明這條技術路線是環(huán)境安全、經(jīng)濟可行、技術可靠的。早在上世紀70年代，國外就開始水泥窯協(xié)同處置固廢的研究，1974年，加拿大某水泥廠進行可替代燃料和垃圾飛灰等危險廢物固化的研究。美國環(huán)境保護署在20世紀80年代就提出水泥窯協(xié)同處置固廢，1994年美國有37家水泥廠用此技術處理了300萬噸危險廢物。德國是世界上較早利用水泥窯處置固廢的國家，2002年固廢代替燃料的替代率已高達35%，替代燃料的數(shù)量和種類近年不斷擴大，除生活垃圾廢棄物外，還有污泥、生物質燃料、廢塑料、廢輪胎等；其水泥行業(yè)二次燃料應用方面有較快的發(fā)展，2009年其二次燃料替代率為58.4%，2010年升至61.2%，2013年則高達80%。荷蘭是目前世界上水泥行業(yè)使用燃料代替率最高的國家，2007年其燃料替代率高達85%。比利時、瑞士、奧地利、挪威和捷克燃料替代率在50%左右。2004年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署和世界工商理事會公布的《有關持續(xù)性有機污染物（POPs）的報告》關于“水泥工業(yè)中POPs的形成與釋放”的主要內(nèi)容和結論是：水泥窯協(xié)同處置廢棄物時，在水泥熟料煅燒的過程中極少或不會產(chǎn)生二噁英/呋喃；對可燃廢棄物中可能帶入的持續(xù)性有機污染物在水泥窯的工藝生產(chǎn)過程中99.99%都會被氯化分解，焚毀去除；可燃廢棄物中帶入的重金屬大部分被固化在熟料礦物的晶體結構中或水泥的水化產(chǎn)物中，形成不溶解的礦物質。自此，水泥窯協(xié)同處置廢棄物的可行性得到權威證明，在歐美各國被大面積采用。近年，歐盟《廢棄物框架指令》規(guī)定了廢物管理原則，要求“廢物處理不得危害人了健康和損害環(huán)境，尤其不得對水源、大氣、土壤、植物或動物造成風險，不得產(chǎn)生噪聲或異味等，并且不得對鄉(xiāng)村或特殊價值的地點產(chǎn)生負面影響”；同時，還明確指出，用于水泥行業(yè)協(xié)同處置的廢棄物必須經(jīng)分類和預處理后，協(xié)同處置才切實可行；協(xié)同處置廠必須制定廢物分選標準，以保證工廠在預處理時能符合操作與產(chǎn)品質量要求。歐盟《廢棄物焚化指令》還要求水泥廠協(xié)同處置時應實現(xiàn)在線監(jiān)測，協(xié)同處置過程中的大氣排放和水排放必須對NOX、CO、粉塵量、重金屬元素等進行定量測量。

　　2.2 國內(nèi)研究及應用現(xiàn)狀

　　國內(nèi)大型水泥企業(yè)在協(xié)同處置廢棄物方面已經(jīng)做了大量的探索。北京水泥廠是國內(nèi)第一條運營協(xié)同處置廢棄物的企業(yè)，于1998年初步嘗試利用水泥回轉窯處置廢油墨渣、樹脂渣、油漆渣、有機廢液等危險廢物，建成了全國第一條處置工業(yè)廢棄物環(huán)保示范線，成功將廢棄物處置技術與水泥熟料煅燒技術相結合，企業(yè)從2008年建成運營至2015年底，已累計消納各類廢棄物共60萬噸，包括生活垃圾、污泥、污染土及各類有機廢棄物等。隨后，隨著我國現(xiàn)有城市及周邊地區(qū)基本上新型干法水泥生產(chǎn)線的普及，2005年10月，由天津院設計的北京金隅集團北京水泥廠年處理10萬噸廢棄物示范線工程全線投產(chǎn)。另外，浙江、湖北、西安等地一些水泥企業(yè)也已經(jīng)開展了利用水泥窯協(xié)同處置危險廢物工作的實踐。國內(nèi)一些大型水泥企業(yè)集團在利用水泥窯協(xié)同處置生活垃圾、污泥、危險廢物等方面積累了大量經(jīng)驗，為水泥窯協(xié)同處置危險廢物行業(yè)規(guī)范提供了技術支持。

　　2.2.1. 入窯固體廢物預處理技術研究現(xiàn)狀

　　水泥窯協(xié)同處置過程中，在利用固體廢物作為替代原料、燃料的同時，固體廢物中含有的氯、硫、堿金屬等元素也會對協(xié)同處置過程及后期資源化利用產(chǎn)生一系列影響?！端喔G協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護技術規(guī)范》（HJ662-2013）也規(guī)定了入窯重金屬及氯、氟、硫等元素的最大允許投加量限值，指導企業(yè)通過嚴控廢物來源、加強預處理、合理設定摻配比等預處理方式，保證水泥的正常生產(chǎn)和熟料質量符合國家標準。

　　胡芝娟[7]研究開發(fā)了針對污水處理廠污泥的干化預處理系統(tǒng)，并在廣州越堡水泥有限公司、北京水泥廠進行了應用推廣。蘆澍等采用實驗室模擬試驗，對水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰處置技術中水洗預處理工藝及后續(xù)污水處理工藝進行了研究。

　　試驗考察了不同水洗方式、不同水洗比例（液固比為1，3，5，7，9，11）及水洗次數(shù)、添加改性劑等條件下飛灰中氯離子的去除效果；并對后續(xù)污水處理單元進行了初步研究。結果表明：水洗單元采用逆流二次漂洗對氯離子去除效果明顯優(yōu)于其他水洗方式，并節(jié)約用水量50%；在液固比為3：1進行洗灰時，對氯離子的去除率能到達90%以上，進一步增大液固比氯離子去除率沒有顯著提高；在后續(xù)污水處理單元中，通過中和、混凝、沉淀、過濾工藝，可以有效的去除重金屬、鈣離子含量，滿足后續(xù)脫鹽結晶單元要求[8]。

　　2.2.2水泥窯協(xié)同處置危險廢物污染物遷移規(guī)律研究現(xiàn)狀

　　水泥窯協(xié)同處置危險廢物重金屬的流向包括：被熟料固化、隨窯灰排出、隨煙氣、粉塵帶出。窯灰如入窯回收利用，則不會對環(huán)境造成影響，而對環(huán)境存在潛在危險的是由煙氣、粉塵帶出而進入大氣的重金屬。所以利用水泥窯處置廢棄物過程，無論在煅燒過程還是水泥產(chǎn)品的使用過程中，需要控制入窯固體廢物中污染物成分對生產(chǎn)系統(tǒng)、煙氣排放、產(chǎn)品質量的影響，避免重金屬的遷移、浸出行為對周邊環(huán)境造成危險。

　　德國水泥所在1條3000t/d的四級旋風預熱器窯上，實際測量了煙氣中的重金屬含量，表明高沸點的不揮發(fā)重金屬如Cu、Cr、Ni等，90%以上都能被生料吸收，直接進入熟料；難揮發(fā)的重金屬，如Pb和Cd等，在水泥熟料煅燒過程中，首先形成硫酸鹽和氯化物，這類化合物在700℃～900℃溫度范圍內(nèi)冷凝，在窯和預熱器系統(tǒng)內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)，很少帶出窯系統(tǒng)外，外循環(huán)量很少。中國建筑材料科學研究總院蘭明章[8]等人，通過摻加不同重金屬含量的廢棄物，室內(nèi)模擬煅燒熟料，研究了金屬元素在水泥熟料中的固化率。結果指出：重金屬在實驗室模擬煅燒條件下的固化率分別為：Cr 83.8%、Co 86.1%、Ni 86.5%、Cu 74.3%、Zn 74.3%、Cd 88.1%、Pb 86.3%、As 89.3%。

　　室內(nèi)模擬熟料煅燒污染物遷移轉化規(guī)律結果各不相同，部分元素固化率差別較大，重金屬在水泥熟料煅燒過程中形成化合物的特性將直接影響固化率，這些易揮發(fā)化合物的生成與原燃料的組成，特別是原燃料中的堿和氯密切相關，重金屬容易以揮發(fā)性氯化物和堿鹽的形式揮發(fā)出來。

　　此外，重金屬在實際生產(chǎn)中的固化率小于實驗室模擬煅燒時的逃逸率。在實際生產(chǎn)中，不揮發(fā)的元素通過固相反應或經(jīng)過液相形成熟料礦物相或者進入熟料礦物晶格內(nèi)，少量揮發(fā)性元素則隨煙氣繼續(xù)逃逸，在低溫區(qū)冷凝下來，只有極少部分能以蒸汽狀態(tài)或附著在微細粉塵上隨煙氣排出；此外，窯系統(tǒng)內(nèi)大量CaCO3、CaO和堿的存在，形成一個高堿性氣氛，有利于吸收廢氣中的酸性氣體，降低某些元素的揮發(fā)性并提高其冷凝溫度；水泥窯系統(tǒng)還有一套高效的除塵系統(tǒng)和高溫廢氣再利用的粉磨烘干系統(tǒng)，極有利于回收在高溫區(qū)揮發(fā)的微量元素；這些都能提高重金屬的吸收率。而在實驗室模擬煅燒條件下，高溫爐中的氣流是開放式的，揮發(fā)的重金屬化合物直接排放，因此，實驗室模擬煅燒時重金屬的逃逸率偏大[9，10]。

　　3.水泥窯協(xié)同處置危險廢物管理現(xiàn)狀及存在問題

　　近年來，國家出臺了一系列鼓勵、促進水泥窯協(xié)同處置危險廢物項目建設的政策和規(guī)范。從政策上，2014年國家發(fā)展改革委等7部門聯(lián)合發(fā)布了《關于促進生產(chǎn)過程協(xié)同資源化處理城市垃圾及產(chǎn)業(yè)廢棄物工作的意見》，明確提出要重點推進利用現(xiàn)有水泥窯協(xié)同處理危險廢物的理念。從技術標準上，2010 年發(fā)布了《水泥窯協(xié)同處置工業(yè)廢物設計規(guī)范》，2013 年發(fā)布了《水泥窯協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護技術規(guī)范》（HJ662-2013）、《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標準》（GB30485-2013）、《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2013），規(guī)定了協(xié)同處置固體廢物水泥窯的設施技術要求、設備建設要求、入窯廢物特性要求、運行技術要求、污染物排放限值、生產(chǎn)的水泥產(chǎn)品污染物控制要求、監(jiān)測和監(jiān)督管理要求；2016年12月《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染防治技術政策》積極推進水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術裝備和污染防治技術的進步，體現(xiàn)注重全過程污染防治，確保環(huán)境風險得到有效控制，使廢氣、廢水穩(wěn)定達標排放，危險廢物得到安全處置；2017年5月《水泥窯協(xié)同處置危險廢物經(jīng)營許可證審查指南（試行）》發(fā)布，針對水泥窯協(xié)同處置危險廢物設施的特點，細化了水泥窯協(xié)同處置危險廢物的具體審查要點，用于規(guī)范水泥窯協(xié)同處置危險廢物經(jīng)營許可證的審批工作。

　　水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術的應用在我國起步較晚，在產(chǎn)業(yè)政策、技術政策和管理要求等方面均有待于建立和完善。由于廢物來源復雜、處置過程環(huán)節(jié)多，水泥企業(yè)在利用水泥窯協(xié)同處置過程中對可能出現(xiàn)的二次污染問題考慮不夠全面。我國水泥窯協(xié)同處置危險廢物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍存在技術和管理方面的問題，另外還缺乏國家相應的激勵機制，應完善相應的技術規(guī)范，加大政策扶持力度，各地要結合區(qū)域規(guī)劃、現(xiàn)有處置措施、危險廢物的產(chǎn)量及來源做好推進。

　　4.結語

　　隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境問題日益加劇。水泥窯協(xié)同處置危險廢物對緩解我國危險廢物處置壓力有重要意義，而且在很大程度上減少能源的消耗，符合國家循環(huán)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展理念。但是目前在我國仍處于初始階段，仍然存在技術和管理方面的問題，應加強新技術研發(fā)，完善相應的規(guī)范和標準，加強監(jiān)督管理。

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