水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術(shù)研究
摘要： 現(xiàn)代各類工程建設(shè)的發(fā)展對水泥需求量較大，水泥企業(yè)在水泥生產(chǎn)過程中需要大量的料，其中以煤炭為主，煤炭是一種不可再生資源，隨著使用量的增加出現(xiàn)了一定的能源危機。水泥窯協(xié)同處置是水泥企業(yè)進行廢物處置的一種新型方法，將預(yù)處理后滿足入窯要求的固體廢物投入水泥窯，同步實現(xiàn)了水泥熟料生產(chǎn)期間對固體廢物的無害化處置。本文主要分析水泥窯協(xié)同處置危險廢物管理問題，全文從我國危險廢物處置現(xiàn)狀、水泥窯協(xié)同處置危險廢物研究現(xiàn)狀、水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術(shù)優(yōu)勢、案例分析、水泥窯協(xié)同處置危險廢物發(fā)展趨勢等方面展開論述，旨在推動水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術(shù)的推廣與應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：水泥窯；協(xié)同處置；危險廢物管理；案例分析；發(fā)展趨勢
隨著各類工程建設(shè)的不斷發(fā)展、人們生活水平的提高以及環(huán)境問題的日益嚴重，不同行業(yè)所產(chǎn)生的各類廢物不斷增加，廢物會占用大量的土地資源，影響居住環(huán)境。同普通廢物相比，危險廢物危害更大，此類廢物有易燃、易爆、易腐蝕等特點，研究指出危險廢物還會影響人類健康，如存在毒性、刺激性、致癌性、傳染性、致畸變性等[1]。重視對危險廢棄物的處理研究對改善人類居住以及生存環(huán)境有重要意義。鑒于當(dāng)前水泥工業(yè)日常生產(chǎn)頻繁，產(chǎn)生的危險廢物較多，通過對水泥窯協(xié)同處置危險廢物管理研究，推動水泥企業(yè)生產(chǎn)條件的優(yōu)化，減少危險廢物的產(chǎn)生，現(xiàn)就相關(guān)內(nèi)容分析如下。
我國危險廢物處置現(xiàn)狀分析
鑒于危險廢物的危害性較大，世界范圍開始了對危險廢物處置的研究，我國危險廢物的管理和處理處置的相關(guān)內(nèi)容在《中國環(huán)境保護21世紀議程》、《中國21世紀議程》中均有涉及。根據(jù)危險廢物產(chǎn)生情況，預(yù)測2020年我國危險廢物復(fù)合年增長率可達到12.0%，對應(yīng)危險廢物產(chǎn)量可達到7620萬噸，圖1所示為我國不同時間危險廢物產(chǎn)生情況。當(dāng)然較多非法處置危險廢物并未納入其中，因而我國不同階段實際危險廢物產(chǎn)生遠超過表中的數(shù)據(jù)[2]。
從我國危險廢物處理情況方面分析，不同時間危險廢物處理遠低于危險廢物產(chǎn)生量，整體危險廢物處理率在83.6%，提示我國在危險廢物處理方面存在不足。當(dāng)然部分危險廢物尚未通過合法路徑處理，這樣就造成了危險廢物處理率更低，圖1所示是我國不同時間危險廢物處理量情況，總體危險廢物處理率在逐年增高，這與國家高度重視環(huán)境問題、不同行業(yè)技術(shù)改造等有關(guān)[3]。
圖1 中國的危險廢物產(chǎn)生量：2011年至2020年（估計）
圖2 危險廢物處理量及處理率：2011年至2020年（估計）
上世紀70～80年代國外發(fā)達國家已經(jīng)開始重視危險廢物的處理與管理，能夠從醫(yī)療廢物收集、轉(zhuǎn)運、處置和監(jiān)管方面制定完善的體系，提高對各類醫(yī)療廢物的安全處理；發(fā)展到80～90年代，國外已經(jīng)能夠?qū)Σ煌Ｒ娢ｋU廢物實施鑒別，然后進行安全處置，并向潛在危險廢物的處置方面發(fā)展。其中水泥窯協(xié)同處置就是固體廢物處置的一個主要手段，距今已有40多年的應(yīng)用與管理經(jīng)驗。比如德國垃圾焚燒期間有兩條路徑，包括垃圾焚燒發(fā)電，水泥窯協(xié)同處置垃圾。日本在上世紀80年代同樣開始了重油燃渣、廢棄油、鑄型廢砂、廢塑料、廢木材等相關(guān)廢物使用水泥窯協(xié)同處置的研究，并指出水泥窯協(xié)同處置后沒有二次污染。
我國較多省區(qū)近年也逐漸開始危險廢物或醫(yī)療廢物的處理裝置，主要是通過對危險廢物實施焚燒、物理處理、化學(xué)處理、綜合利用、穩(wěn)定化/固化、安全填埋等，同樣也積累了一定的應(yīng)用與管理經(jīng)驗，焚燒爐高溫焚燒是主要處理措施，但是建設(shè)投資費用較高。
水泥窯協(xié)同處置危險廢物研究現(xiàn)狀
西方發(fā)達國家水泥窯協(xié)同處置危險廢物開始時間較早，目前已有40多年的使用與管理經(jīng)驗，其中以美國、歐洲、日本等國家為代表，這些國家通過將相關(guān)的危險廢物進行篩查，通過利用可燃性廢物代替水泥生產(chǎn)中的部分燃料，進而實現(xiàn)水泥生產(chǎn)與危險廢物處理。
與西方國家相比，我國在水泥窯協(xié)同處置危險廢物方面的研究起步較晚，其中國家在2006年發(fā)布了《水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》，鼓勵不同水泥廠在水泥生產(chǎn)期間能夠綜合利用固體廢物。2013年國家發(fā)布了《循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略及近期行動計劃》，進一步明確提出推進水泥窯協(xié)同資源化處理廢棄的研究。此后，2015年國家出臺了《關(guān)于開展水泥窯協(xié)同處置生活垃圾試點工作的通知》，2016年頒布了《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染防治技術(shù)政策》，2017年發(fā)布《水泥窯協(xié)同處置危險廢物經(jīng)營許可證審核指南》發(fā)布，這些都推動了水泥窯協(xié)同處置在我國的發(fā)展，為水泥窯協(xié)同處置危險廢物研究提供了依據(jù)。國內(nèi)水泥窯協(xié)同處置危險廢物的典型比如海螺集團、北京金隅、中材集團等水泥企業(yè)，這些水泥企業(yè)通過利用水泥窯處置，實現(xiàn)了對不同城市污泥、危險廢物、生活垃圾等固體廢棄物的處理，幫助改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境創(chuàng)造了有利條件[4]。
水泥窯協(xié)同處置危險廢物優(yōu)勢分析
目前各類危險廢物在處理期間主要采取焚燒法，通過將被處理有機廢物在焚燒爐內(nèi)完成氧化燃燒反應(yīng)，破壞廢物中的有毒有害物質(zhì)，實現(xiàn)對廢物的無害化、減量化、資源化處理。
水泥窯協(xié)同處置危險廢物同其它方法相比，有著較多優(yōu)勢：
（1）投資小，工藝成熟，水泥窯協(xié)同處置危險廢物能夠以現(xiàn)有的水泥廠設(shè)備為基礎(chǔ)，設(shè)備投資小。水泥窯協(xié)同處置危險廢物處理過程同常規(guī)的焚燒爐原理相同，即高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)，只是水泥窯協(xié)同處置過程中水泥窯內(nèi)的溫度更高、熱容量更大、廢物停留時間更長，這些都有利于更徹底燃燒，高溫環(huán)境下有利于有機有害物質(zhì)的焚毀，避免產(chǎn)生二噁英。危險廢物燃燒后的金屬元素等可進入水泥熟料中，水泥窯堿性環(huán)境還能夠吸收焚燒中產(chǎn)生的酸性氣體，如HCL、SO2等，實現(xiàn)危險廢物的無害化處理；
（2）推動水泥企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。隨著對環(huán)境保護的以及全社會節(jié)能減耗的重視，水泥企業(yè)也需要踐行綠色發(fā)展，節(jié)能降耗。水泥窯協(xié)同處置危險廢物能夠通過各類危險廢物替代部分燃料，減少能耗，而且有利于部分企業(yè)的轉(zhuǎn)型，促進水泥企業(yè)以及產(chǎn)品的多元化發(fā)展；
（3）改善危險廢物非法處置問題。不同地區(qū)因為對危險廢物處理能力不足，造成非法處理危險廢物事件層出不窮，嚴重影響社會和諧與管理。水泥窯協(xié)同處置處理設(shè)施可在水泥廠基礎(chǔ)上實現(xiàn)對廢棄物可燃資源的回收利用，提高對不同危險廢物處理能力，減少危險廢物對環(huán)境的影響，減少危險廢物非法處置問題。當(dāng)然依托于水泥窯協(xié)同處置危險廢物的大容量可提高對不同危險廢物的處理能力，逐步實現(xiàn)危險廢物產(chǎn)生與處理的比例，使其處于平衡狀態(tài)；（4）減少再污染。水泥窯協(xié)同處置危險廢物處理期間采用的水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)處于負壓狀態(tài)，因而燃燒過程中可避免出現(xiàn)煙氣、粉塵等污染物外溢問題，避免危險廢物處理期間的再污染[5]。
案例分析
1、項目概述
某項目所在區(qū)域雖然有危險廢物的處置措施，但是日常處置能力不足，且存在一定的非法危險廢物處理問題，對此擬依托甘肅省某水泥有限責(zé)任公司水泥熟料生產(chǎn)線，以此為基礎(chǔ)進行危險廢物協(xié)同處置工作，目的在于幫助蘭州市、蘭州新區(qū)、白銀市周邊區(qū)域進行各類危險廢物的處理，經(jīng)過前期調(diào)研，初步確定出危險廢物處置規(guī)模為10萬t/a左右，每年工作時間約為310d。
項目建設(shè)內(nèi)容分析
該建設(shè)所在地區(qū)為甘肅省某水泥有限責(zé)任公司的現(xiàn)有場地，考慮到水泥窯協(xié)同處置危險廢物的實際需要，需要對當(dāng)前運行的熟料生產(chǎn)線窯尾預(yù)熱器實施技術(shù)改造（不新增產(chǎn)能），避免危險廢物焚燒對水泥產(chǎn)生的影響，建設(shè)智能化的焚燒車間、貯存庫等。整個項目建設(shè)期間涉及內(nèi)容較多，包括：貯存庫、樓式破碎車間、無機非揮發(fā)處置車間、輸送設(shè)施、焚燒車間、旁路放風(fēng)車間、分析化驗與質(zhì)量控制車間、初期雨水收集及事故應(yīng)急設(shè)施、除臭車間以及其它輔助工程等。在依托于現(xiàn)有的水泥生產(chǎn)場地，只需要進行技術(shù)改造，進而實現(xiàn)水泥窯焚燒處置危險廢物，項目建設(shè)不需要新征土地。
項目建設(shè)可行性分析
通過對項目所在地周邊危險廢物情況的分析，甘肅省不同礦山、治金、加工制造等企業(yè)每年危險廢物產(chǎn)量在40-50萬噸，且絕大多數(shù)危險廢物可通過水泥窯協(xié)同處置。甘肅省內(nèi)兩座油田以及石油化工企業(yè)每年可產(chǎn)生危險廢物約60萬噸，同樣的大量危險廢物都可以經(jīng)水泥窯協(xié)同處置。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示2018年蘭州市和白銀市年產(chǎn)危廢近110萬噸，此外，白銀市正在建設(shè)工業(yè)園區(qū)，后續(xù)也會存在大量的危險廢物，這些都體現(xiàn)出了水泥窯協(xié)同處置危險廢物建設(shè)的必要性。從甘肅省內(nèi)危險廢物綜合利用及處置企業(yè)角度分析，全省共有70多家，僅有4家企業(yè)可處理危險廢物，處置能力約21萬噸，主要采取填埋方法，初步統(tǒng)計甘肅省每年還需要對約60萬噸危險廢物進行處理。從國家以及地方政府角度出發(fā)，國家在大力扶持相關(guān)的環(huán)保項目。從經(jīng)濟性角度分析，甘肅省內(nèi)危險廢物平均處理價格在1100元/噸左右，其中個別實驗室廢物處置價格達到每噸10000元以上，大部分石化企業(yè)產(chǎn)生的危險廢物處置費用在每噸500元到3000元不等。綜合上述相關(guān)調(diào)查均證實了水泥窯協(xié)同處置危險廢物項目實施的可行性。水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術(shù)項目實施可幫助周邊提高危險廢物能力，搶占市場先機。
工藝方案比選
水泥窯協(xié)同處置危險廢物中主要應(yīng)用新型干法水泥窯焚燒方法，其中熱盤爐焚燒技術(shù)是關(guān)鍵，當(dāng)前水泥窯協(xié)同處置熱工部分工藝較成熟的路線有兩種：一種是危險廢物經(jīng)過預(yù)處理后直接進入分解爐或窯尾煙室；另外一種是固廢經(jīng)過在線式熱盤爐處理后熱殘渣和尾氣進入水泥窯最終處置。表1所示為預(yù)處理+分解爐、預(yù)處理+熱盤爐+分解爐對應(yīng)工藝、原理、燃燒溫度、燃燒時間、燃燒過程、熱利用率、粒度要求、處理能力、系統(tǒng)復(fù)雜程度、運行費用、爐渣處理及倒運、對可燃廢棄物的適應(yīng)性、對窯系統(tǒng)的影響、燃燒管理等多方面的比較，綜合分析顯示預(yù)處理+熱盤爐+分解爐處理技術(shù)更具優(yōu)勢，可作為生活垃圾+危險廢物焚燒的首選方案。
表1 新型干法回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處置廢棄物技術(shù)工藝比較
綜合上述研究分析，該項目危險廢物焚燒的技術(shù)路線選擇預(yù)處理+熱盤爐+分解爐，依據(jù)上述確定的技術(shù)路線，對現(xiàn)有水泥生產(chǎn)流程局部實施技術(shù)改造。確定的技術(shù)路線如下：通過輸送系統(tǒng)將危險廢物傳送到樓式破碎機，危險廢物經(jīng)過破碎，將破碎物和物料按照一定比例配伍，之后將其送到熱盤爐焚燒，煙氣會進入分解爐，爐渣自動進入水泥窯，不同系統(tǒng)之間的有害氣體進入篦冷機處置。
可能出現(xiàn)的問題以及處理措施
水泥窯協(xié)同處置危險廢物期間可能出現(xiàn)一些問題，針對可能出現(xiàn)的問題及時采取干預(yù)措施。
5.1臭氣問題
廢氣排出容易引起二次污染，影響環(huán)境，對此，要求多方面采取封閉設(shè)計，包括運輸、貯存、預(yù)處理及最終處理等環(huán)節(jié)，結(jié)合實際情況確定出如下廢氣處理措施：貯存庫和車間設(shè)計采取全封閉形式，并要求定期通過風(fēng)機完成儲存庫與車間的換氣；針對危險廢物應(yīng)用噸箱、噸桶和噸袋等包裝容器實施密封運送，避免運送散裝物料；廢物垃圾處理后的廢液通過罐車或廢液噸箱運輸，這些都避免了臭氣的產(chǎn)生，防止二次污染問題。
5.2廢水問題
危險廢物在處置過程中可能產(chǎn)生廢水，針對廢水處理問題，水泥場地內(nèi)嚴格執(zhí)行雨污分流措施。危險固體廢物處置前，可設(shè)置初期雨水收集池，對處理初期的雨水予以收集，然后將其泵送到廢液儲罐，共同完成入窯焚燒；針對水中可能出現(xiàn)的懸浮物、固體顆粒雜質(zhì)等實施攔截處理，并通過廠區(qū)原有雨水收集系統(tǒng)。
日常工藝運行期間存在的廠房地面沖洗、包裝物、設(shè)備沖洗、車輛清洗、滲濾液等相關(guān)廢水，可將其排入集水坑中，經(jīng)泵送入廢液儲罐，然后入窯焚燒。
5.3固體廢物問題
水泥窯協(xié)同處置危險廢物中固體廢物基本都混入到水泥中，實際產(chǎn)生的固體廢物較少，對于遺漏等出現(xiàn)的固體廢物可定期由人工收集處理，入窯焚燒。定期對實驗室產(chǎn)生的固固體廢物、過期化學(xué)藥品等人工收集，然后入窯焚燒處理。確保危險廢物以及處理過程中可能產(chǎn)生的固體廢物均入窯焚燒，通過重復(fù)燃燒避免固體廢物的殘留。
5.4粉塵問題
不同危險廢物在運輸期間均實施密封包裝，不會產(chǎn)生粉塵；無機非金屬材料在焚燒前可能會產(chǎn)生少量粉塵，可在破碎機進料斗上方設(shè)置保護罩，這樣可避免粉塵飄散影響環(huán)境。
水泥窯協(xié)同處置危險廢物發(fā)展趨勢
水泥窯協(xié)同處置危險廢物在實際應(yīng)用期間具有較多優(yōu)勢，但是因為我國總體起步晚，實際應(yīng)用期間還可能會受到技術(shù)、管理、監(jiān)管等因素影響，對應(yīng)的配套設(shè)施、技術(shù)以及管理制度均應(yīng)不斷完善；水泥窯協(xié)同處置危險廢物期間可能出現(xiàn)的潛在環(huán)境風(fēng)險、危險廢物中微量元素對水泥質(zhì)量性能以及長期使用穩(wěn)定性等影響也缺乏有效證據(jù)，這些都需要不斷研究與總結(jié)。
結(jié)束語
水泥窯協(xié)同處置危險廢物是一項技術(shù)創(chuàng)新，其對水泥企業(yè)、環(huán)保產(chǎn)業(yè)、政府管理等均有重要意義，目前關(guān)于水泥窯協(xié)同處置危險廢物的研究也在不斷增加，但考慮到實際問題，還需不斷加大研究，積極總結(jié)經(jīng)驗，研發(fā)新的技術(shù)路線。
參考文獻
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