水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法認(rèn)定的具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)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(xué)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(guān)鍵。

　　水泥是滿足人類住房和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等基本需要的重要原料，在全球建筑業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)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(shù)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(jìn)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的重要手段。該技術(shù)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(shù)

　　1.1 水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術(shù)概述

　　水泥窯協(xié)同處置危險廢物是當(dāng)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(shè)施的建設(shè)投資，還可以緩解當(dāng)下我國危險廢物處理壓力和新建集中處理設(shè)施選址占地等問題。水泥窯協(xié)同處置技術(shù)已經(jīng)是一種比較成熟的處理廢棄物的常用技術(shù)，國內(nèi)外已有廣泛的研究和應(yīng)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(jìn)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(shù)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(shè)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(zhì)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。

　　（3）焚燒空間大，大空間的水泥窯焚燒的應(yīng)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(yīng)用現(xiàn)狀

　　水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術(shù)作為一種固體廢物處置技術(shù)在不斷完善。在歐美等發(fā)達(dá)國家，經(jīng)歷幾十年的生產(chǎn)實踐，證明這條技術(shù)路線是環(huán)境安全、經(jīng)濟可行、技術(shù)可靠的。早在上世紀(jì)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(jìn)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(jì)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(shù)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(dá)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(zhì)燃料、廢塑料、廢輪胎等；其水泥行業(yè)二次燃料應(yīng)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(dá)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(dá)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(guān)持續(xù)性有機污染物（POPs）的報告》關(guān)于“水泥工業(yè)中POPs的形成與釋放”的主要內(nèi)容和結(jié)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(jié)構(gòu)中或水泥的水化產(chǎn)物中，形成不溶解的礦物質(zhì)。自此，水泥窯協(xié)同處置廢棄物的可行性得到權(quán)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(fēng)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(fù)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(yù)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(biāo)準(zhǔn)，以保證工廠在預(yù)處理時能符合操作與產(chǎn)品質(zhì)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(yīng)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(jìn)行定量測量。

　　2.2 國內(nèi)研究及應(yīng)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?yán)盟嗷剞D(zhuǎn)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(shù)與水泥熟料煅燒技術(shù)相結(jié)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(shè)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(shù)支持。

　　2.2.1. 入窯固體廢物預(yù)處理技術(shù)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(shù)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(dǎo)企業(yè)通過嚴(yán)控廢物來源、加強預(yù)處理、合理設(shè)定摻配比等預(yù)處理方式，保證水泥的正常生產(chǎn)和熟料質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

　　胡芝娟[7]研究開發(fā)了針對污水處理廠污泥的干化預(yù)處理系統(tǒng)，并在廣州越堡水泥有限公司、北京水泥廠進(jìn)行了應(yīng)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(shù)中水洗預(yù)處理工藝及后續(xù)污水處理工藝進(jìn)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(jìn)行了初步研究。結(jié)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(jìn)行洗灰時，對氯離子的去除率能到達(dá)90%以上，進(jìn)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(jié)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(jìn)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(zhì)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(fēng)預(yù)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(jìn)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(yù)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(xué)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(jié)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(zhuǎn)化規(guī)律結(jié)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(guān)，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(yīng)或經(jīng)過液相形成熟料礦物相或者進(jìn)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(xì)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(jìn)水泥窯協(xié)同處置危險廢物項目建設(shè)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(guān)于促進(jìn)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(jìn)利用現(xiàn)有水泥窯協(xié)同處理危險廢物的理念。從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上，2010 年發(fā)布了《水泥窯協(xié)同處置工業(yè)廢物設(shè)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(shù)規(guī)范》（HJ662-2013）、《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB30485-2013）、《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2013），規(guī)定了協(xié)同處置固體廢物水泥窯的設(shè)施技術(shù)要求、設(shè)備建設(shè)要求、入窯廢物特性要求、運行技術(shù)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(shù)政策》積極推進(jìn)水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)裝備和污染防治技術(shù)的進(jìn)步，體現(xiàn)注重全過程污染防治，確保環(huán)境風(fēng)險得到有效控制，使廢氣、廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)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(shè)施的特點，細(xì)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(shù)的應(yīng)用在我國起步較晚，在產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)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(fù)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(shù)和管理方面的問題，另外還缺乏國家相應(yīng)的激勵機制，應(yīng)完善相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，加大政策扶持力度，各地要結(jié)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(jìn)。

　　4.結(jié)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(shù)和管理方面的問題，應(yīng)加強新技術(shù)研發(fā)，完善相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，加強監(jiān)督管理。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]Martha G；Gerasimos L. Life cycle assessment of the use of alternative fuels in cement kilns：Acase study[J]. Journal of Environmental Management 2018，216：224-234.

　　[2]Xiao，HP；Chen，Y；Li，L. Study on the Volatilization Behavior of Heavy Metals（As，Cd）During Co-Processing in Furnaces and Boilers[J]. Environment Engineering Science 2017，34，333-342.

　　[3]李波，蔡玉良，辛美靜，楊學(xué)權(quán)，成力，王君. 水泥窯處置廢棄物中重金屬的遷移行為研究進(jìn)展[J]. 中國水泥，2010，（01）：55-59.

　　[4]Jin，R；Zhan，JY；Liu，GR；Zhao，YY；Zheng，MH. Variations and factors that influence the formation of polychlorinated naphthalenes in cement kilns co-processing solid waste[J].Journal of Hazardous Materials 2016，315：117-125.

　　[5]王昕，劉晨，顏碧蘭等. 國內(nèi)外水泥窯協(xié)同處置城市固體廢棄物現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].硅酸鹽通報，2014，33（8）：1989-1995．

　　[6]Xing，P；Ma，BZ；Cheng，Y. A simple and effective process for recycling zinc-rich paint residue[J]. Waste management 2018.03.018.

　　[7]胡芝娟，李海龍，趙亮等. 水泥窯協(xié)同處置廢棄物技術(shù)研究及工程實例[J]. 中國水泥，2011（4）：45-49.

　　[8]蘭明章. 重金屬在水泥熟料煅燒和水泥水化過程中的行為研究[D].北京：中國建筑材料科學(xué)研究總院，2008：30-31.

　　[9]苑輝，胡芝娟，李惠，董濤，趙春芳，李勇. 水泥窯協(xié)同處置危險廢物管理制度現(xiàn)狀分析和建議[J]. 中國水泥，2013，（08）：33-35.

　　[10]吳奕君. 危險廢物水泥窯協(xié)同處置研究[J]. 應(yīng)用技術(shù)，2017，6，129-130.