水泥窯附燒處理有機(jī)磷有機(jī)氮類廢物的應(yīng)用前景

吳學(xué)勇，張 濤

(云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南昆明 650034)

有機(jī)磷、有機(jī)氮類危險(xiǎn)廢物主要來源于農(nóng)藥、醫(yī)藥和軍事毒劑等領(lǐng)域。我國(guó)是農(nóng)藥生產(chǎn)和使用大國(guó)，農(nóng)藥產(chǎn)量居世界第二位。在化學(xué)農(nóng)藥中，高毒有機(jī)磷品種占70%［1］。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年有關(guān)部門收繳的失效、變質(zhì)、不合格、淘汰、偽劣的農(nóng)藥產(chǎn)品多達(dá)幾萬噸。根據(jù)《國(guó)家危險(xiǎn)廢物目錄》，這些主要屬于農(nóng)藥廢物 (HW04)和其他廢物(HW49)類，會(huì)對(duì)環(huán)境或人體健康造成有害影響，若處理不當(dāng)，極易產(chǎn)生二次污染。因此必須對(duì)這類物質(zhì)進(jìn)行集中處理，以減少其對(duì)環(huán)境的危害性。國(guó)內(nèi)外尚未對(duì)利用水泥窯附燒處理有機(jī)磷、有機(jī)氮類危險(xiǎn)廢物進(jìn)行專門的研究和試驗(yàn)。

1 水泥窯附燒處理有機(jī)磷有機(jī)氮廢物的可行性

1.1 理論依據(jù)

根據(jù)有機(jī)磷化合物結(jié)構(gòu)特征，磷原子周圍的活性基團(tuán)都能被不同的取代基置換，有機(jī)磷化合物中除含有C、P、O、S、N、H外，還含有如Cl、Br等一些鹵素元素。按照適宜水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒處理的危險(xiǎn)廢物篩選原則，只要含氯量＜3%和含硫量＜2%的有機(jī)磷化合物都可以利用水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒處理，而多數(shù)有機(jī)磷化合物的S、Cl、Br等元素含量非常低，不會(huì)對(duì)水泥生產(chǎn)及質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，適宜水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒處理［2～3］。

從有機(jī)氮化合物的分子結(jié)構(gòu)看，有機(jī)氮中主要以C、N、H為主，其它元素如S、Cl、F等含量非常低，不會(huì)對(duì)水泥生產(chǎn)及質(zhì)量產(chǎn)生明顯不利影響，適宜水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒處理。

1.2 有機(jī)磷、有機(jī)氮類物質(zhì)高溫處理的化學(xué)機(jī)理

有機(jī)磷、有機(jī)氮類農(nóng)藥廢物及其附著物的成分非常復(fù)雜，分析所有的化合物成分不僅困難而且沒有必要，一般僅要求提供主要元素分析的結(jié)果，也就是碳、氫、氧、氮、氯、硫、磷等元素和水分及灰分的含量。它們的化學(xué)方程式雖然復(fù)雜，但是從燃燒的觀點(diǎn)而論，它們可用CxHyOzNuPtSvClw表示，一個(gè)完全燃燒的氧化反應(yīng)可表示為:

對(duì)水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒危險(xiǎn)廢物而言，因其具有足夠的空氣系數(shù)、停留時(shí)間、堿性環(huán)境和較強(qiáng)的氣流湍流度，同時(shí)具備高達(dá)1300℃以上的反應(yīng)溫度，其燃燒更接近理論燃燒。不致產(chǎn)生有毒氣體。具體針對(duì)有機(jī)磷、有機(jī)氮類農(nóng)藥廢物的焚燒反應(yīng)，可將上式簡(jiǎn)略分解為以下幾個(gè)分反應(yīng)式:有機(jī)磷在高溫和空氣條件下被氧化生成五氧化二磷、三氧化二磷、二氧化碳和水，有機(jī)氮被氧化生成氮?dú)?、二氧化碳和水，五氧化二磷進(jìn)一步與堿性氧化物反應(yīng)生成磷酸鹽，氮?dú)鈱俜€(wěn)定氣體，只有在放電條件下，氮?dú)獠趴梢院脱鯕饣仙梢谎趸?/p>

2 水泥窯焚燒處理廢物的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

水泥窯附燒危險(xiǎn)廢物處理過程見圖1，水泥回轉(zhuǎn)窯與專用焚燒爐焚燒處置危險(xiǎn)廢物工況條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比情況見表1。

與專用焚燒爐相比，利用水泥窯焚燒處理危險(xiǎn)廢物具有明顯的優(yōu)勢(shì):

表1 水泥回轉(zhuǎn)窯與專用焚燒爐工況條件及技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

(1)窯內(nèi)溫度高，水泥回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)氣體溫度高達(dá)1700℃、物料溫度1500℃，可保證危險(xiǎn)廢物焚毀完全;

(2)物料和氣體在窯內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，氣體在窯內(nèi)停留時(shí)間4～7 s，物料停留時(shí)間超過30 min，有充分的焚燒時(shí)間;

(3)水泥窯容積大，熱穩(wěn)定性好，可提供連續(xù)穩(wěn)定的焚燒環(huán)境;

(4)水泥窯內(nèi)高溫氣體湍流強(qiáng)烈，氣固兩相混合均勻，有利于廢物的分解;

(5)水泥窯內(nèi)呈堿性氣氛，可以吸收廢物焚燒過程中產(chǎn)生的酸性氣體，便于廢物的凈化處理;

(6)焚燒廢物產(chǎn)生的殘?jiān)?，參與了熟料形成過程的反應(yīng)，進(jìn)入了熟料組成，避免了二次處理;

(7)焚燒廢物與水泥生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行，可以充分利用現(xiàn)有的工藝設(shè)備，減少投資和運(yùn)行費(fèi)用。

綜上所述，水泥回轉(zhuǎn)窯具有更加理想的焚燒危險(xiǎn)廢物的條件。

3 有機(jī)磷、有機(jī)氮類農(nóng)藥廢物接收與預(yù)處理

不同形態(tài)、不同成分的危險(xiǎn)廢物具有不同的物理化學(xué)特性，燃燒過程中會(huì)表現(xiàn)出不同的規(guī)律，對(duì)水泥窯系統(tǒng)的熱工制度、水泥熟料的形成過程等有不同的影響。因此必須對(duì)所要處理的廢物進(jìn)行預(yù)處理。

3.1 有機(jī)磷、有機(jī)氮類農(nóng)藥廢物鑒別和分類原則

首先按廢物的毒性將接收的農(nóng)藥廢物分為低毒、中毒 (含中毒以上)兩類。分類原則:①多數(shù)有機(jī)磷、有機(jī)氮類農(nóng)藥廢物都具有生物毒性，一般在接收該類廢物時(shí)，接收鑒別與分類按照轉(zhuǎn)移聯(lián)單或廢物清單標(biāo)注的品名和性質(zhì)判定其毒性級(jí)別;②當(dāng)標(biāo)識(shí)不準(zhǔn)或無標(biāo)識(shí)時(shí)，在未鑒別或無條件鑒別時(shí)應(yīng)將其劃為劇毒類廢物。

3.2 有機(jī)磷、有機(jī)氮類農(nóng)藥廢物的進(jìn)料包裝

中毒及以上類有機(jī)磷、有機(jī)氮類農(nóng)藥廢物的進(jìn)料包裝，按項(xiàng)目組研制的高危廢物專用的物料空氣動(dòng)力輸送裝置的要求進(jìn)行。試驗(yàn)包裝物的包裝材料及規(guī)格見表2。

表2 有機(jī)磷、有機(jī)氮類農(nóng)藥廢物的進(jìn)料包裝材料

4 結(jié)論

通過對(duì)有機(jī)磷有機(jī)氮類農(nóng)藥廢物的主要成分及其熱處理化學(xué)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分析，并對(duì)水泥窯的工況條件和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析，可見:水泥窯不僅可以滿足有害廢棄物焚燒處理所需的各項(xiàng)條件，與專業(yè)焚燒爐相比它還具有明顯的優(yōu)越性。水泥窯處理廢物不存在焚燒灰渣的二次污染。項(xiàng)目研究數(shù)據(jù)表明:水泥窯在處理有機(jī)磷有機(jī)氮類廢物的過程中各種廢氣物的排放均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)水泥熟料生產(chǎn)的工況和產(chǎn)品質(zhì)量無明顯影響［6］。水泥窯正常生產(chǎn)工況完全能夠滿足并超過焚燒危險(xiǎn)廢物的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，利用水泥窯附燒處理有機(jī)磷、有機(jī)氮類危險(xiǎn)廢物是一項(xiàng)實(shí)現(xiàn)廢物處理和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新途徑，是實(shí)現(xiàn)廢物處理和資源化利用的一種新工藝，是處理有機(jī)磷有機(jī)氮類廢物的發(fā)展方向，具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］李金惠，楊連威.危險(xiǎn)廢物處理技術(shù)［M］.北京:環(huán)境科學(xué)出版社，2006.

［2］李煜，張軍.焚燒技術(shù)在危險(xiǎn)廢物處理處置中的應(yīng)用 ［J］.環(huán)境導(dǎo)報(bào)，2000，(2).

［3］朱貴珍.利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理危險(xiǎn)廢物的評(píng)價(jià)研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2000，20(6).

［4］喬齡山.水泥廠利用廢棄物的有關(guān)問題——水泥廠利用廢棄物的基本原則［J］.水泥，2003，(5).

［5］吳學(xué)勇，李英南.云南省利用水泥窯處置危險(xiǎn)廢物的前景［J］.環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2005，24(3).

［6］吳學(xué)勇，張濤.水泥窯處理處置有機(jī)磷有機(jī)氮類廢物的環(huán)境安全性研究［J］.建材發(fā)展導(dǎo)向，2008，33(3).