利用水泥窯資源化處理焚燒飛灰技術(shù)的發(fā)展
1 水泥窯處理焚燒飛灰技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和可行性
水泥窯協(xié)同處理危險(xiǎn)廢物具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：燒成區(qū)煅燒溫度高，物料的煅燒溫度為1450℃，窯內(nèi)氣體最高溫度達(dá)2 000℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于焚燒爐的850℃和1200℃，二惡英可被徹底破壞；物料停留時(shí)間長(zhǎng)，氣體在超過(guò)1000℃的區(qū)域停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8s，而在焚燒爐中則只有2s；水泥窯中的堿性氣氛有利于揮發(fā)分在氣體階段進(jìn)行吸附，對(duì)HF、HC1、SO：有很強(qiáng)的中和作用；1 450℃時(shí)的熟料反應(yīng)溫度可把重金屬以化學(xué)方式固化到熟料中，而且由于硬化水泥石的致密性，經(jīng)適當(dāng)處理，可以有效阻止飛灰中有害物質(zhì)的溶出；廢氣的冷卻速度快，避免了二惡英與呋喃的重新合成。
而且，焚燒飛灰顆粒微細(xì)，比表面積大，除少量有害物質(zhì)和氯、硫、堿含量過(guò)高外，主要成分不僅與水泥熟料相近，而且與水泥工業(yè)普遍利用的粉煤灰、礦渣等廢物差別不大，可以作為原料的一部分得到充分利用，徹底實(shí)現(xiàn)資源化而避免進(jìn)入填埋場(chǎng)。國(guó)際公約《巴塞爾公約》、《斯德哥爾摩公約》(中國(guó)均是公約國(guó)之一)的條文中明確規(guī)定：“水泥生產(chǎn)過(guò)程中危險(xiǎn)物(含廢物)的協(xié)同處理(系指通過(guò)廢物代替一次燃料或原料)方法已被認(rèn)為是對(duì)環(huán)境無(wú)害的處理方法”。
大量研究表明，焚燒飛灰中的重金屬浸出和高溫?fù)]發(fā)可以通過(guò)物理化學(xué)處理和礦物相的包容設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行常溫和高溫下的晶格和化學(xué)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)重金屬的穩(wěn)定安全處理。用水泥窯煅燒不但可以有效固化重金屬，徹底破除二惡英，從而避免純粹采用煅燒或熔融工藝的高能源消耗，降低焚燒飛灰處理費(fèi)用，同時(shí)替代日益短缺的水泥工業(yè)原材料。目前我國(guó)的水泥產(chǎn)量已超過(guò)10億t，如果以每噸水泥吸納和處理0．05t(即5％)飛灰計(jì)算，則水泥工業(yè)每年可以處理500萬(wàn)t焚燒飛灰。當(dāng)然不是所有的水泥廠都可以利用或有條件處理焚燒飛灰，但只要有10％的水泥廠有條件或可以利用，在目前就可以徹底消除垃圾焚燒飛灰，實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒飛灰的資源化和無(wú)害化安全處置。水泥生產(chǎn)協(xié)同處理焚燒飛灰可以因地制宜，就地處理利用，避免長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)母哳~運(yùn)輸費(fèi)用以及可能引起的二次污染，因此這種技術(shù)在我國(guó)具有較大優(yōu)勢(shì)，是將來(lái)我國(guó)焚燒飛灰處理技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。
2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)際上于20世紀(jì)70年代開始研究利用水泥窯處置工業(yè)廢物，首次試驗(yàn)于1974年在加拿大Lawrence水泥廠進(jìn)行，隨后美國(guó)的Peerless、 Lonestar等十多家水泥廠先后進(jìn)行了試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)水泥窯焚燒廢溶劑、廢油等可燃性廢物不但節(jié)約了能源，且對(duì)環(huán)境、水泥的質(zhì)量無(wú)影響。目前，美國(guó)大部分水泥廠使用液體的可燃性廢料，而且他們正逐步趨向于使用污泥和固體廢料。歐洲聯(lián)合會(huì)自1994年開始利用回轉(zhuǎn)窯焚燒危險(xiǎn)廢物，1996年，瑞士的 HCB Rekingen水泥廠成為世界上第一個(gè)具有利用、處置廢物的環(huán)境管理系統(tǒng)的水泥廠。Nordic公司在它的Slite水泥廠采用了廢橡膠、廢塑料為二次燃料，以替代部分煤粉。1997年日本秩父小野田公司以城市垃圾焚燒飛灰和下水道污泥等為主要原料(原料中城市垃圾焚燒飛灰占20％～30％)生產(chǎn)出了高強(qiáng)度水泥，并建成世界上第一座生態(tài)水泥廠，2001年日本太平洋水泥株式會(huì)社建成了世界上第一條利用垃圾焚燒飛灰生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥生產(chǎn)線。臺(tái)灣“中央大學(xué)”利用垃圾焚燒飛灰制成爐渣，這種爐渣經(jīng)激發(fā)具有火山灰活性，再用爐灰和爐渣生產(chǎn)出生態(tài)水泥。還有一些發(fā)達(dá)國(guó)家將水泥廠和垃圾處理廠聯(lián)合起來(lái)，既能生產(chǎn)水泥，又處理垃圾，回收能源的同時(shí)保護(hù)了環(huán)境，收到了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
我國(guó)在20世紀(jì)90年代初也已開展了利用水泥窯處理危險(xiǎn)廢物的研究。上海金山水泥廠已連續(xù)多年成功利用水泥窯焚燒危險(xiǎn)廢物；上海建材集團(tuán)和同濟(jì)大學(xué)合作已在其下屬幾個(gè)水泥廠成功地進(jìn)行了利用污泥等廢物煅燒水泥熟料的工業(yè)性試驗(yàn)；北京水泥廠利用水泥窯處理有毒有害廢物也取得了一定成果；北京金隅集團(tuán)紅樹林環(huán)保技術(shù)公司正在籌建利用垃圾焚燒飛灰生產(chǎn)水泥項(xiàng)目。
發(fā)達(dá)國(guó)家利用水泥窯焚燒廢物已經(jīng)積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。隨著水泥窯焚燒廢物的理論與實(shí)踐的發(fā)展以及各國(guó)相關(guān)環(huán)保法規(guī)的健全，該項(xiàng)技術(shù)在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保兩方面顯示出了巨大優(yōu)勢(shì)，已逐漸形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，并在危險(xiǎn)廢物處理中發(fā)揮著重要作用。
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