水泥回轉窯協(xié)同處置垃圾危廢的工藝及應用
現代工業(yè)的快速發(fā)展，導致工業(yè)廢棄物的產(chǎn)生量不斷增長(cháng)，這些廢棄物，尤其是危險廢棄物，若得不到安全有效的處置，勢必會(huì )嚴重危害人類(lèi)健康及自然環(huán)境。據統計，我國每年產(chǎn)生的各類(lèi)工業(yè)固體廢棄物6億多t，其中危險工業(yè)廢棄物3000多萬(wàn)t，而無(wú)害化處置量不足1000萬(wàn)t。如何尋求科學(xué)、合理的危廢處置方法，是當下工業(yè)和環(huán)保領(lǐng)域急需解決的問(wèn)題。
我國危廢產(chǎn)生及處置現狀
各個(gè)國家及組織對危險廢物有不同的界定，巴塞爾公約規定：危險廢棄物包括有毒性、反應性、腐蝕性和易燃易爆性的廢棄物。在我國，危險廢棄物是指被納入國家危險廢物名錄或經(jīng)國家鑒定具有危險廢物特性的廢物。2016年3月30日，國家環(huán)保部修訂的《國家危險廢物名錄》共列出了46大類(lèi)另1]479種危廢，其中362種來(lái)自原名錄，新增117種，主要來(lái)源于電子、化工、印染、醫療等行業(yè)。
1.我國危廢產(chǎn)生量
根據2015年《全國環(huán)境統計公報》，2014年我國工業(yè)危廢產(chǎn)生量3634萬(wàn)t，山東、湖南、四川、浙江、江蘇、上海等地產(chǎn)生量最大，2003～2014年中國工業(yè)危險廢物處置情況見(jiàn)表1。從處置情況來(lái)看，綜合利用量2062萬(wàn)t，無(wú)害化處置量929萬(wàn)t，綜合利用率為56%，無(wú)害化處置率僅為25%，大量危廢得不到安全、有效的處置。這些危險廢棄物具有腐蝕性、可燃性和浸出毒性，會(huì )嚴重污染大氣、水源和土壤�，F有的處置方式及能力已不堪重負，尋求一條新的出路迫在眉睫。
表1：2003—2014年中國工業(yè)危險廢物處置情況
2 .我國危廢處置現狀
我國目前危險廢棄物的處置方法主要以焚燒和安全填埋為主。安全填埋處置方式的缺陷在于需占用大量的土地且選址嚴格，廢棄物入場(chǎng)前需進(jìn)行固化、穩定化預處置，導致填埋成本高，且長(cháng)期的環(huán)境安全性不好，一旦滲漏，勢必會(huì )對土壤和地下水造成不可挽回的嚴重污染。
焚燒法的缺陷在于設備投資及運轉費用很高。
現有焚燒爐的焚燒溫度一般在850—1200℃，物料停留時(shí)間一般為2S，這樣的燃燒工況對一般的廢棄物尚可，但對于危險廢棄物，存在分解不徹底，產(chǎn)生二惡英劇毒物的風(fēng)險。且焚燒處置后的飛灰及爐渣，仍為危險廢棄物，還需進(jìn)一步處置。
新型干法水泥回轉窯由于其獨有的先天優(yōu)勢，在處置廢棄物領(lǐng)域越來(lái)越受到重視，目前國內已進(jìn)入到了水泥窯協(xié)同處置危廢的工業(yè)化實(shí)際應用階段，工程項目陸續投產(chǎn)。
水泥窯協(xié)同處置危廢的優(yōu)勢及應用情況
1 .水泥窯協(xié)同處置危廢的優(yōu)勢分析
水泥窯協(xié)同處置危險廢物是國際公認的處置危險廢物的終極手段，具有節能、環(huán)保、經(jīng)濟的優(yōu)勢，在發(fā)達國家的水泥行業(yè)已有三十多年安全運行經(jīng)驗。
具體優(yōu)勢體現在以下幾個(gè)方面：
(1)煅燒溫度高，高溫停留時(shí)間長(cháng)，湍流堿性工況，危險廢物無(wú)害化徹底。水泥窯內氣體最高溫度可以達到1800℃以上，物料溫度1450℃，可保證廢棄物焚毀安全;危險廢物在爐中停留時(shí)間長(cháng)，氣體在窯內停留時(shí)間4S以上，物料停留時(shí)間超過(guò)30min，有充分的焚燒時(shí)間;水泥窯內高溫氣體呈強烈的湍流狀態(tài)，氣固兩相混合均勻，有利于廢棄物的分解;水泥窯內呈堿性氣氛，可以吸收廢棄物焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的酸性氣體。
(2)焚燒灰渣直接利用，無(wú)灰渣二次處理問(wèn)題。在水泥熟料燒成過(guò)程中，危險廢物焚燒灰渣參與了熟料形成過(guò)程的反應，進(jìn)入了熟料組成，可使有害廢料中的重金屬元素固化在水泥熟料礦物晶格中，達到被固化的效果，實(shí)現危險廢物的徹底無(wú)害化處置，避免了二次處理。
(3)危險廢物中的有機成分和無(wú)機成分得到了充分利用。危險廢物所含有機質(zhì)和可燃成分在水泥窯中煅燒時(shí)會(huì )產(chǎn)生熱量，可部分滿(mǎn)足自身水分蒸發(fā)的需要，焚燒后的殘渣主要是硅鋁無(wú)機質(zhì)，恰好是水泥組份需要的硅鋁質(zhì)原料。因此，危險廢物中的有機成分和無(wú)機成分均能得到充分利用。
(4)排放氣體高效處置，環(huán)保指標好。水泥生產(chǎn)時(shí)分解爐內為高濃度堿性氧化鈣微粉環(huán)境，對處理廢物的過(guò)程有吸硫、氯作用，因此能改善和降低污染物綜合排放量。新型干法水泥窯工藝技術(shù)特點(diǎn)決定了出窯熟料和窯尾廢氣處于急冷狀態(tài)，不存在二惡英再析出的溫度條件。新型干法水泥窯系統是負壓狀態(tài)運轉，煙氣和粉塵不會(huì )外溢，從根本上防止了處理過(guò)程中的再污染。
(5)回轉窯熱容量大，工況穩定，危險廢物處理量大。水泥回轉窯規格比一般焚燒爐要大的多，熱穩定性好，可提供連續穩定的焚燒環(huán)境�；剞D窯內溫度為1000—1450cC的高溫物料近百?lài)�，可以作為危險廢物燃燒的熱穩定填料，能抵抗危險廢物處理量的波動(dòng)和進(jìn)料溫度波動(dòng)。因此，處理量大，處理穩定、徹底。
(6)利用已有回轉窯，投資低。焚燒廢棄物與水泥生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現廢棄物的協(xié)同處置�？梢猿浞掷矛F有的工藝設備，減少投資和運行費用。
2.水泥窯協(xié)同處置危廢的應用
發(fā)達國家在上世紀70～90年代就開(kāi)始使用水泥窯處置可燃性廢棄物的試驗研究及初步工業(yè)化嘗試。1974年加拿大的Lawrence水泥廠(chǎng)進(jìn)行了首次試驗。隨后美國的Peerless、LoneStar、Alpha、Pauld—ing等10多家工廠(chǎng)亦隨后進(jìn)行了這方面的試驗。
試驗結果表明，回轉窯處置可燃性危險廢棄物，對環(huán)境和水泥質(zhì)量無(wú)不良影響，且節約了能源。之后開(kāi)始大規模推廣應用，至1989年，美國、加拿大已有100多家水泥廠(chǎng)、石灰廠(chǎng)參與處置可燃性廢液;德國1999年替代燃料的比例已達全國熟料總熱耗的20%;2000年，西、北歐各國水泥工業(yè)燃燒處理的危險陛可燃廢棄物總量為120萬(wàn)t，全地區水泥工業(yè)利用可燃廢料的替代率為15%。
我國水泥行業(yè)從上世紀90年代后期開(kāi)始了水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾、污泥級固體廢棄物的研究及工業(yè)試驗工作。2005年11月，北京水泥廠(chǎng)處理10萬(wàn)t/年工業(yè)廢棄物示范線(xiàn)投入生產(chǎn)，在國內水泥行業(yè)首次實(shí)現了大規模利用水泥窯協(xié)同處置廢棄物的良好開(kāi)端。在處置一般工業(yè)固體廢棄物實(shí)踐經(jīng)驗的基礎上，之后處置對象發(fā)展到危險廢物。上海萬(wàn)安企業(yè)總公司，早在1996年就開(kāi)始進(jìn)行利用水泥窯處置制藥廠(chǎng)含氟有毒廢液的試驗。目前北京金隅集團、上海萬(wàn)安企業(yè)總公司、華新水泥、中材國際等多家企業(yè)已經(jīng)利用水泥窯處置各種危險廢物，處置危險廢物后，水泥窯排放的廢氣達到國家標準要求，同時(shí)水泥產(chǎn)品的質(zhì)量也符合國家標準。
3.水泥窯可處置的危廢類(lèi)別
危險廢棄物種類(lèi)繁多，成分復雜，存在多種形態(tài)，在利用水泥窯進(jìn)行處置時(shí)必須遵守兩個(gè)基本準則，其一：處置要絕對安全可靠，不能帶來(lái)新的環(huán)境污染或污染轉移;其二：不能影響水泥熟料正常的生產(chǎn)質(zhì)量。大量實(shí)驗研究及工業(yè)化試生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，水泥窯可以處置的類(lèi)別有：廢酸、廢堿、有機溶劑廢物、乳化液、固體危險廢物、醫藥廢物、廢藥物藥品、精餾殘渣、廢礦物油等，約占《國家危險廢物名錄》總數的50%左右。各類(lèi)危廢是否可采用水泥窯處置的具體分類(lèi)見(jiàn)表2。
表2 水泥窯共處置危險廢物種類(lèi)
水泥窯協(xié)同處置危廢的工藝分析
危廢種類(lèi)繁多、性狀各異，利用水泥窯處置時(shí)，必須把握一個(gè)最基本的處置原則，既要做到最大程度的無(wú)害化，又要采取措施將焚燒過(guò)程中對水泥生產(chǎn)造成的影響降至最低。實(shí)際操作時(shí)，需對進(jìn)廠(chǎng)廢棄物的類(lèi)別、形態(tài)、成分、危害性等信息進(jìn)行嚴格的分析和把握，根據不同特性，分別制定無(wú)害化、資源化的處置方案。不同特性類(lèi)別的危險廢物，輔以預處理工藝，再通過(guò)不同的處置系統和位置入窯焚燒。危廢入窯的位置包括窯尾分解爐、窯尾上升煙道、回轉窯、窯頭罩及窯頭燃燒器。以上幾種入窯方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，從窯頭主燃燒器噴入對廢棄物預處理的要求較高;從窯頭喂入，對有害成分的焚毀率最高;從窯尾喂入，廢棄物停留時(shí)間最長(cháng)。
處置措施及入燒成系統的位置首先取決于危廢的存在狀態(tài)。對于固態(tài)危廢，常規做法是先進(jìn)行破碎處理，再由皮帶機輸送至窯尾分解爐高溫位置。半固體危廢，經(jīng)預處理、攪拌混合后泵送至窯尾分解爐高溫處。液態(tài)危廢，則經(jīng)調質(zhì)混合后，由泵送至窯頭高溫處置。待處置廢棄物的燃燒特性，也是決定入窯位置的另一因素�？扇紡U棄物應在窯頭噴入，不可燃或低熱值的廢棄物應從窯尾加入。
當廢棄物的處置量過(guò)大，勢必會(huì )影響生料配料和燒成工況。在這種情況下，須根據廢棄物的成分和熱值，對生料配料和燒成系統工藝參數進(jìn)行適當調整。當處置堿、氯、硫等有害組份含量過(guò)高的廢棄物時(shí)，若有害組份含量超出水泥生產(chǎn)控制標準，會(huì )造成預分解系統結皮堵塞，影響生產(chǎn)系統的正常運行，此時(shí)除了嚴控配料外，還可同時(shí)實(shí)施旁路放風(fēng)措施，以減少有害組份的循環(huán)富集。
結語(yǔ)
利用水泥回轉窯協(xié)同處理危險廢物技術(shù)成熟、可靠，可處置《國家危險廢物名錄》中一半以上的危險廢棄物，水泥窯特有的高溫堿性工況可確保實(shí)現廢棄物處置的無(wú)害化。且較現有焚燒方式相比，投資省、運行費用低，具有很好的社會(huì )效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟效益，符合國家產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展規劃。處置時(shí)需先對廢棄物的組份、性狀及燃燒特性進(jìn)行嚴格的分析，以確定合理的入窯方式和位置。
