我國(guó)建筑陶瓷工業(yè)污染現(xiàn)狀與治理技術(shù)

吳宜鍇，劉志鵬，劉明華

（1.福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，福州 350108；2.福建省生物質(zhì)資源化技術(shù)開發(fā)基地，福州 350108）

改革開放以來(lái)，我國(guó)建筑陶瓷工業(yè)飛速發(fā)展，據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，1995～2000年我國(guó)建筑陶瓷產(chǎn)量基本在15億～18億平方米之間。但從2001年開始，產(chǎn)量迅猛增長(zhǎng)：2001年超過(guò)21億平方米，2003年達(dá)到32.5億平方米，2005年達(dá)到41億平方米，2007年超過(guò)50億平方米，2009年達(dá)到66億平方米，2010年更是接近80億平方米，其產(chǎn)量穩(wěn)居世界首位。目前，我國(guó)建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)已達(dá)3800家以上，其中建筑陶瓷企業(yè)有2860家左右，分布在除西藏以外的各省、自治區(qū)、直轄市。陶瓷企業(yè)的區(qū)域化集中程度非常高，僅廣東、福建、四川、山東、浙江5個(gè)省份的企業(yè)數(shù)量就占全國(guó)的63%以上，生產(chǎn)能力約占全國(guó)總生產(chǎn)能力的91%，產(chǎn)值約占全國(guó)總產(chǎn)值的92%以上。但是，這些發(fā)展也付出了巨大代價(jià)，因?yàn)樘沾尚袠I(yè)是一個(gè)高能耗高污染行業(yè)，對(duì)迅速發(fā)展起來(lái)的陶瓷產(chǎn)區(qū)及周邊地區(qū)的環(huán)境造成了很大的污染[1]。我國(guó)建筑陶瓷工業(yè)所帶來(lái)的環(huán)境污染，主要包括廢氣污染、固體廢物污染、廢水及噪聲污染，尤其是廢氣和廢水污染，其危害大、影響范圍廣，是我國(guó)建陶行業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。

1 我國(guó)建筑陶瓷工業(yè)污染的種類

1.1 廢氣

目前，我國(guó)陶瓷工業(yè)整體的發(fā)展水平仍然較低，大部分建筑陶瓷生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、技術(shù)力量薄弱、環(huán)保措施不到位，清潔生產(chǎn)遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)，故在建陶廠及其周邊，廢氣的主要污染是粉塵和燃料煙氣。陶瓷工業(yè)廢氣污染源具有排放點(diǎn)多、分布廣、有固定排放源和無(wú)固定排放源共存的特點(diǎn)。有固定排放源廢氣主要來(lái)自噴霧干燥塔、干燥線和輥道窯等設(shè)備；無(wú)固定排放源產(chǎn)塵點(diǎn)分散，主要來(lái)自原料堆場(chǎng)和生產(chǎn)車間各工段，包括原料裝卸、配料、干燥粉料出料、轉(zhuǎn)運(yùn)、輸送等過(guò)程。

1.2 固體廢物

陶瓷生產(chǎn)各個(gè)工序都可能產(chǎn)生固體廢棄物，陶瓷工廠的固體廢棄物根據(jù)產(chǎn)生工段的不同，可分為生坯廢料、施釉廢品、素?zé)龔U品、燒成廢品及彩烤廢品等；按照固體廢物種類的不同，包括來(lái)自成型、干燥過(guò)程中產(chǎn)生的半成品廢品、釉燒后的廢品以及廢水處理污泥、廢舊耐火材料、燃煤爐渣等。

1.3 廢水及噪聲污染

建筑陶瓷企業(yè)所產(chǎn)生的廢水主要來(lái)自原料球磨、注漿成型、靜壓成型、塑性成型、制釉、模型制作和匣缽制備工序的設(shè)備和地面沖洗廢水，以及噴霧干燥、瓷磚拋光線、冷卻沖洗廢水以及煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的含酚廢水等。上述廢水中不僅含有大量固體粉塵、懸浮物，而且還夾帶著一定的重金屬及有毒化合物，廢水若不能得到有效治理和回用，外排廢水將對(duì)周邊地表水體甚至地下水體造成污染。

此外，噪聲也是陶瓷企業(yè)所產(chǎn)生的污染之一，高噪聲設(shè)備主要包括大型球磨機(jī)、噴霧干燥塔、煤氣發(fā)生爐、各類風(fēng)機(jī)及泵、冷卻塔等。

2 我國(guó)建筑陶瓷工業(yè)污染的治理現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

2.1 廢氣防治措施

建筑陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣主要為噴霧干燥塔廢氣和窯爐燒制廢氣，其主要污染因子為SO2、NOx、煙（粉）塵。目前，對(duì)于建筑陶瓷企業(yè)來(lái)說(shuō)，脫氮還是一件難事，而脫硫除塵則主要通過(guò)采用清潔能源進(jìn)行控制，如采用含硫量低的油、天然氣、電等，或者對(duì)煤直接進(jìn)行脫硫，還可改用水煤漿或采用煤制氣脫硫后作燃料以達(dá)到除塵脫硫的作用[2]。

2.1.1 噴霧干燥塔廢氣的防治措施

目前我國(guó)陶瓷工業(yè)噴霧干燥塔廢氣治理主要有“旋風(fēng)+脈沖袋式”除塵和“旋風(fēng)+濕式水噴淋”除塵兩種方式，其優(yōu)缺點(diǎn)見表1。“旋風(fēng)+脈沖袋式”除塵原理見圖1，“旋風(fēng)+濕式水噴淋”除塵原理見圖2。

表1 目前噴霧干燥塔兩種除塵方式優(yōu)缺點(diǎn)比較

圖1 噴霧干燥塔旋風(fēng)+脈沖袋式除塵原理圖

圖2 噴霧干燥塔旋風(fēng)+濕式水噴淋除塵原理圖

2.1.2 輥道窯廢氣的防治措施

我國(guó)常用的輥道窯燃料形式有兩種：自制煤氣發(fā)生爐水煤氣和天然氣。天然氣為清潔能源，燃燒后產(chǎn)物主要為CO2和水蒸氣；對(duì)自制水煤氣，需要進(jìn)行預(yù)脫硫后方可排送至窯爐燃燒。

目前，我國(guó)陶瓷企業(yè)煤氣發(fā)生爐煤氣采用干法脫硫，以活性氧化鐵為脫硫劑，煤氣經(jīng)脫硫塔底部進(jìn)入脫硫裝置，通過(guò)脫硫?qū)訒r(shí)，硫化氫與活性氧化鐵充分接觸，生成硫化鐵和硫化亞鐵，與空氣中的氧接觸，在水分存在的條件下，鐵的硫化物又轉(zhuǎn)化為氧化鐵和單質(zhì)硫，同時(shí)進(jìn)行脫硫和再生的過(guò)程，脫硫后的煤氣通過(guò)管道輸送至爐窯中燃燒。

脫硫和氧化鐵再生機(jī)理如下：

吸附脫硫反應(yīng)：

再生反應(yīng)：

當(dāng)煤氣中的O2含量達(dá)到脫硫與再生相匹配時(shí)，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫和再生，直到氧化鐵大部分表面被單質(zhì)硫和其它雜質(zhì)覆蓋[2]。

氧化鐵的形式有多種，主要包括：α-Fe2O3、β-Fe2O3、γ-Fe2O3，其中，β-Fe2O3不具有脫硫活性，α-Fe2O3對(duì)H2S的吸附能力僅為γ-Fe2O3的1/2。因此，氧化鐵中活性氧化鐵的含量有限，當(dāng)達(dá)到一定硫容時(shí)，活性氧化鐵基本反應(yīng)完畢，剩余氧化鐵不具備吸收H2S的能力，因此必須更換脫硫劑[3]。

此法主要缺點(diǎn)為氧化鐵活性脫硫劑再生后，化學(xué)活性恢復(fù)差，再生費(fèi)用高，通常不做再生回用處理；同時(shí)，要達(dá)到一定的脫硫率，在脫硫劑尚未達(dá)到飽和硫容時(shí)即被更換，因此必須做好脫硫設(shè)施進(jìn)出口氣體中H2S的監(jiān)控。

2.1.3 粉塵污染的防治措施

粉塵污染包括原輔材料的堆場(chǎng)揚(yáng)塵、原料裝卸、運(yùn)輸過(guò)程中飄散到空氣中的細(xì)料粉塵、車輛卷起的路面灰塵、噴霧干燥塔卸料逸出的超細(xì)粉塵顆粒、輸送帶輸送原料過(guò)程中分散到空氣中的飄塵以及壓磚機(jī)粉塵、施釉線粉塵等。粉塵污染防治措施見表2。

表2 粉塵污染的防治措施

雖然企業(yè)在主要產(chǎn)塵環(huán)節(jié)設(shè)置了防塵措施，但部分產(chǎn)塵點(diǎn)仍存在粉塵排放，例如：露天原料堆場(chǎng)的風(fēng)起揚(yáng)塵、球磨工段配料加料過(guò)程的粉塵、粉料輸送帶未密閉、壓磚成型工段等。

2.2 固體廢物防治措施

目前我國(guó)建筑陶瓷企業(yè)固體廢物處置措施如下：

（1）廢磚坯收集后直接回用到球磨配料，重新制磚；

（2）廢舊耐火材料主要成分為氧化鋁，統(tǒng)一收集后外售給可回收利用廠家；

（3）污水處理產(chǎn)生污泥可摻入到球磨配料，作為制磚原料使用；

（4）燃煤爐渣收集后，出售給附近建材廠綜合利用；

（5）廢瓷磚收集后，僅有少部分企業(yè)外協(xié)破碎加工后再返回球磨作為礦料配料；相當(dāng)部分企業(yè)外運(yùn)堆置。

廢瓷磚若隨意丟棄，影響附近村莊居民生活環(huán)境；同時(shí)，由于廢瓷磚很難降解，大量堆置將造成土地資源永久占用。

2.3 廢水及噪聲防治措施

2.3.1 清洗廢水

陶瓷生產(chǎn)過(guò)程的主要廢水為清洗廢水，主要包括釉料色料球磨機(jī)沖洗水、配色漿池沖洗水、噴霧干燥塔沖洗水、施釉線沖洗水等。

清洗廢水“混凝+沉淀”處理技術(shù)，處理效果較好，技術(shù)成熟，是國(guó)內(nèi)及歐盟陶瓷企業(yè)普遍采用的廢水處理技術(shù)，噸水處理費(fèi)用一般在1元以內(nèi)。從處理效果、投資成本和運(yùn)行費(fèi)用均最佳的角度出發(fā)，推薦陶瓷企業(yè)采用的廢水處理技術(shù)是絮凝、沉淀處理后水回用工藝。對(duì)陶瓷企業(yè)來(lái)說(shuō)，該技術(shù)成熟、效果好、投資低，但要加強(qiáng)管理，處理設(shè)施運(yùn)行也較簡(jiǎn)單、易操作。

2.3.2 煤氣發(fā)生站含酚廢水

在煤制氣過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生含酚廢水。目前，我國(guó)建筑陶瓷企業(yè)含酚廢水處理方式主要有放回深色礦料球磨、噴入噴霧干燥塔霧化燃燒、煤氣發(fā)生爐蒸氣化+排放、煤氣發(fā)生爐蒸氣化+燃燒等4種，其優(yōu)缺點(diǎn)比較見表3。

2.3.3 噪聲防治措施

噪聲控制從控制聲源、阻攔噪聲傳播和加強(qiáng)個(gè)人防護(hù)這三方面考慮，并將三者有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)。陶瓷生產(chǎn)線對(duì)噪聲的控制首先從聲源上著手，盡可能地選用低噪聲設(shè)備；對(duì)產(chǎn)生機(jī)械噪聲的設(shè)備，如攪拌機(jī)、球磨機(jī)等，在設(shè)備與基礎(chǔ)之間安裝減震裝置，可消聲5～15 dB(A)；對(duì)產(chǎn)生氣流噪聲的設(shè)備，如空壓機(jī)、風(fēng)機(jī)對(duì)空排氣口等安裝消音器，一般消聲20dB(A)左右。其次，在噪聲傳播途徑上采取措施加以控制，如將高噪聲車間做成封閉式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，使噪聲下降15～25dB(A)，同時(shí)采用車間外綠化，利用樹木的屏蔽作用使噪聲得到不同程度的隔絕和吸收。另外，在廠區(qū)布置中，將各種高噪聲車間布置在生產(chǎn)廠區(qū)的中部，遠(yuǎn)離廠前區(qū)和周圍居民區(qū)，在噪聲易超標(biāo)廠界設(shè)置隔音屏障，以減輕噪聲對(duì)附近居民的干擾[4]。

表3 我國(guó)建筑陶瓷企業(yè)酚水處理方式對(duì)比

3 治理措施建議

3.1 廢氣治理措施建議

3.1.1 噴霧干燥塔廢氣治理措施建議

針對(duì)噴霧干燥塔廢氣的治理，建議：

（1）針對(duì)噴霧干燥塔，可改進(jìn)燃燒系統(tǒng)，嘗試采用清潔能源代替燃煤。

（2）對(duì)于水噴淋除塵，可采用堿液代替水，提高脫硫效率。

（3）對(duì)于脈沖袋式除塵，可采用煤粉摻燒石灰石的方法，脫除部分SO2。

3.1.2 煤氣發(fā)生爐煤氣脫硫建議

（1）鑒于個(gè)別企業(yè)的輥道窯已經(jīng)成功使用天然氣作為燃料，建議在區(qū)域天然氣供應(yīng)充足的條件下，可優(yōu)先采用清潔能源，淘汰煤氣發(fā)生爐。

（2）對(duì)水煤氣的脫硫，由于干法脫硫劑的化學(xué)活性恢復(fù)差，再生費(fèi)用高，脫硫率不穩(wěn)定，因此必須做好脫硫設(shè)施進(jìn)出口氣體中H2S的監(jiān)控。

（3）可借鑒化肥廠等濕法脫硫的成功經(jīng)驗(yàn)，采用濕法脫硫代替干法脫硫。

3.1.3 粉塵污染治理措施建議

用工程技術(shù)措施消除或降低粉塵危害，是粉塵治理的最根本措施。目前在我國(guó)建筑陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程中，切實(shí)可行的粉塵污染防治措施有：

（1）改革工藝過(guò)程，改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備

改革工藝流程和改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，是粉塵污染防治的核心。例如盡可能采取機(jī)械化、自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)；汽車裝卸粉料時(shí)，配備吸塵、噴淋等防塵設(shè)施；用鏟車向衡重器的加料時(shí)應(yīng)在落料處設(shè)防塵反射板及噴水抑塵裝置；在球磨機(jī)加料口設(shè)置噴霧裝置；噴霧干燥塔及料倉(cāng)下料口設(shè)置收塵裝置；粉料的帶式輸送采用密閉廊道等。

（2）加強(qiáng)廠區(qū)建設(shè)，合理綠化

合理建設(shè)廠房，采用通風(fēng)除塵系統(tǒng)使工作地點(diǎn)的粉塵濃度達(dá)到國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，這是工廠防塵工作的又一重要措施。在廠區(qū)內(nèi)合理建設(shè)綠化帶除塵，如種植密集生長(zhǎng)的吸灰喬木與灌木等。

（3）個(gè)人防護(hù)和衛(wèi)生

所有可能接觸到粉塵的作業(yè)人員，都必須佩戴防塵口罩；接觸粉塵的人員在離開粉塵區(qū)域時(shí)要徹底洗手；工作服、工作帽應(yīng)放在工作區(qū)，不要帶到生活區(qū)；接觸粉塵的人員，用人單位應(yīng)該按國(guó)家規(guī)定在工人上崗前、在崗期間以及離崗前安排健康體檢，了解工人的身體狀況，確保工人免遭粉塵的傷害。

3.2 固體廢物治理措施建議

在廣東佛山、福建晉江等建筑陶瓷的集中產(chǎn)區(qū)，已經(jīng)建立了陶瓷固體廢物專門處理廠，不僅有效解決了當(dāng)?shù)靥沾善髽I(yè)固體廢物處置難題，且給企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。目前建陶業(yè)固體廢物綜合利用措施為通過(guò)破碎加工成一定規(guī)格粒徑的廢瓷粉進(jìn)行再利用，主要有：

（1）返回陶瓷自身生產(chǎn)，按照一定比例摻入配料中循環(huán)使用；

（2）用于生產(chǎn)輕質(zhì)建筑材料如廣場(chǎng)磚、劈開磚；

（3）作為水泥混合料或固體混凝土材料（SWC）配料使用。

陶瓷行業(yè)固體廢物破碎后的粉料，其主要成分、性質(zhì)與陶瓷原料的部分礦料相當(dāng)，可替代部分礦料，通過(guò)優(yōu)化投料配比工藝，按照一定比例摻入原料中回用，逐漸得到廣泛應(yīng)用[5、6]。在建陶業(yè)集中產(chǎn)區(qū)投資建設(shè)廢瓷磚專門加工處理廠勢(shì)在必行。對(duì)建陶企業(yè)相對(duì)集中區(qū)域，單個(gè)陶瓷廠配備專門的固體廢物設(shè)備不僅投資大且不能實(shí)現(xiàn)集中處理，統(tǒng)一管理。為了避免單個(gè)企業(yè)配備破碎設(shè)備而成的重復(fù)投資，建議政府相關(guān)部門牽頭，協(xié)調(diào)陶瓷集中產(chǎn)區(qū)的陶瓷企業(yè)，共同建設(shè)一個(gè)固體廢物專門加工處理廠，以解決區(qū)域固體廢物出路問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)建筑陶瓷工業(yè)飛速發(fā)展，給社會(huì)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但陶瓷企業(yè)既是高能耗行業(yè)，又是高污染行業(yè)，推行清潔生產(chǎn)、進(jìn)行污染治理勢(shì)在必行[7]；一方面能改善企業(yè)工作環(huán)境和周邊環(huán)境，有利于建筑陶瓷企業(yè)技術(shù)進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，應(yīng)對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家綠色貿(mào)易壁壘；另一方面，對(duì)建筑陶瓷企業(yè)環(huán)境污染的治理可以實(shí)現(xiàn)廢物減量化和效益最大化，給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)減輕乃至消除對(duì)人類健康和環(huán)境的危害，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境做出積極的貢獻(xiàn)。只有這樣，建筑陶瓷工業(yè)才能由大變強(qiáng)，真正實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。

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