鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物現(xiàn)狀及應(yīng)用研究

劉景龍 張后虎 陳祥 嚴(yán)小飛

(生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所 南京 210010)

0 引言

目前我國(guó)常用的危險(xiǎn)廢物處置方法主要分為化學(xué)處理、物理處理及生物處理[1]。為進(jìn)一步加強(qiáng)危險(xiǎn)廢物處置能力，國(guó)家支持研發(fā)工業(yè)窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物技術(shù)[2]。鋼鐵冶煉窯爐的爐內(nèi)高溫環(huán)境滿(mǎn)足危險(xiǎn)廢物焚燒的要求，將其用于危險(xiǎn)廢物協(xié)同處置，不僅能作為我國(guó)危險(xiǎn)廢物處置能力的有益補(bǔ)充，而且能實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物可利用成分的資源化[3]。發(fā)達(dá)國(guó)家利用鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物已有多年歷史[4]，能為我國(guó)開(kāi)展鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物提供豐富經(jīng)驗(yàn)。

1 鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始了工業(yè)窯爐協(xié)同處置廢棄物的研究。德國(guó)出臺(tái)了《廢物處理法》和《循環(huán)經(jīng)濟(jì)法》，成立了廢物回收利用公司進(jìn)行廢物合理利用。在危險(xiǎn)廢物協(xié)同處置方面，1995年德國(guó)Bremen鋼鐵公司在2號(hào)高爐上進(jìn)行了最早的塑料噴吹試驗(yàn)，建立了一套7萬(wàn)t的噴吹設(shè)備；隨后克虜伯赫施鋼公司也建立高爐塑料噴吹設(shè)備，處置量為9萬(wàn)t/a。美國(guó)鋼鐵行業(yè)在協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物項(xiàng)目中，將“燒結(jié)-高爐”工藝、轉(zhuǎn)底爐工藝、回轉(zhuǎn)窯工藝用以協(xié)同處置塵泥類(lèi)危險(xiǎn)廢物取得了很好的效果，其中具有代表性的RedSmelt工藝已運(yùn)行了25年[5]。

我國(guó)在鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物方面起步較晚，但發(fā)展迅速。萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司將煉鋼除塵灰配入燒結(jié)豎爐，可消納煉鋼除塵灰3 000～4 000 t/月[6]；鋼鐵研究總院與中國(guó)寶武武鋼集團(tuán)有限公司合作研發(fā)并完成利用鋼廠粉塵生產(chǎn)鋅粉和海綿鐵的回轉(zhuǎn)窯[7]，可處理含鉛鋅粉塵達(dá)5萬(wàn)t/a；中國(guó)寶武鋼鐵集團(tuán)有限公司完成了高爐噴吹廢塑料的工業(yè)試驗(yàn)，并成功利用轉(zhuǎn)爐處理廢油漆桶生產(chǎn)鐵水，實(shí)現(xiàn)了廢油漆桶的資源化利用[8]。常見(jiàn)的鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物工藝如表1所示。

表1 常見(jiàn)的鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物工藝

續(xù)表1

2 鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物的優(yōu)勢(shì)及適用范圍

2.1 鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物的優(yōu)勢(shì)

危險(xiǎn)廢物處置的方式為減量化、穩(wěn)定化、資源化和安全填埋，具體工藝主要分為焚燒處置、固化/穩(wěn)定化、綜合利用和安全填埋，以及近年興起的水泥窯協(xié)同處置、等離子汽化熔融等[22-23]，主要處置工藝對(duì)比如表2所示。

表2 危險(xiǎn)廢物處置主要工藝[24-27]對(duì)比

可以看出，固化/穩(wěn)定化處置后的危險(xiǎn)廢物體積與質(zhì)量會(huì)增加，從而帶來(lái)后續(xù)處置壓力；綜合利用所能處置的危險(xiǎn)廢物類(lèi)別有限；安全填埋受限于場(chǎng)地要求；等離子汽化熔融技術(shù)目前尚未進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)運(yùn)用。因此，在危險(xiǎn)廢物處置技術(shù)中，危險(xiǎn)廢物焚燒具有處理量大、周期短、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，在焚燒過(guò)程中能充分利用危險(xiǎn)廢物提供的熱值，成為實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物無(wú)害化、減量化處理周期最短的方法，在很多發(fā)達(dá)國(guó)家危險(xiǎn)廢物處置過(guò)程中得以運(yùn)用，也成為國(guó)內(nèi)外危險(xiǎn)廢物處置的重要方向[28]。水泥窯因其焚燒溫度高、停留時(shí)間長(zhǎng)、燃燒穩(wěn)定、堿性氛圍、高效固定重金屬等特性，成為危險(xiǎn)廢物協(xié)同處置技術(shù)的熱門(mén)方向[29]。

然而，焚燒處置對(duì)熱值有一定要求，運(yùn)行和后期維護(hù)成本較高，焚燒尾氣中含有顆粒物、SO2、NOx、重金屬、二噁英等多種污染物，需配套相應(yīng)的環(huán)保設(shè)備，以避免對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染[30]；另一方面，水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物種類(lèi)受限于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及水泥產(chǎn)品的質(zhì)量保證，對(duì)進(jìn)入水泥窯協(xié)同處置的危險(xiǎn)廢物有一定限制[31]。

與焚燒爐焚燒危險(xiǎn)廢物、水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物相比，鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物在處理成本、可處理危險(xiǎn)廢物類(lèi)別及危險(xiǎn)廢物資源化利用等方面均具有一定優(yōu)勢(shì)。這是由于鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程長(zhǎng)、工序多，其中焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼等窯爐具備高溫(1 200 ℃以上)、還原氧化氛圍及堿性反應(yīng)環(huán)境，滿(mǎn)足危險(xiǎn)廢物處置的要求，能適應(yīng)多種危險(xiǎn)廢物的協(xié)同處置[32]。在生態(tài)環(huán)境部、發(fā)改委等5個(gè)部門(mén)發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》指導(dǎo)下，鋼鐵窯爐配有完善的污染處理系統(tǒng)，能對(duì)產(chǎn)生的煙氣中污染物進(jìn)行處理。同時(shí)，鋼鐵冶煉無(wú)需精確控制排渣質(zhì)量，造渣制度較為寬松，排渣能包裹固化未進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)的危險(xiǎn)廢物殘?jiān)?，協(xié)同處置后的殘?jiān)c鋼渣一同用于水泥建材或金屬制品加工，從而實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物資源化利用。

2.2 適合鋼鐵窯爐協(xié)同處置的危險(xiǎn)廢物類(lèi)別

根據(jù)鋼鐵窯爐工藝特點(diǎn)及危險(xiǎn)廢物特性，禁止進(jìn)行鋼鐵窯爐協(xié)同處置的危險(xiǎn)廢物種類(lèi)主要有：①具有放射性、爆炸性、反應(yīng)性的危險(xiǎn)廢物；②影響產(chǎn)品質(zhì)量的危險(xiǎn)廢物；③對(duì)窯爐具有強(qiáng)腐蝕性的危險(xiǎn)廢物；④焚燒產(chǎn)生的污染物利用現(xiàn)有環(huán)保設(shè)備無(wú)法達(dá)標(biāo)排放的危險(xiǎn)廢物。適宜鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物的類(lèi)別如表3所示。

表3 適合鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物類(lèi)別[3]

續(xù)表3

3 鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物的受限因素

目前鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物尚未在行業(yè)中形成規(guī)?；\(yùn)用，多數(shù)處于試驗(yàn)研究階段，只有少數(shù)鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)了部分危險(xiǎn)廢物的協(xié)同處置，如寶鋼股份作為上海市廢油漆桶處置試點(diǎn)[33]，寧波鋼鐵取得了危險(xiǎn)廢物經(jīng)營(yíng)許可證可用高爐處置表面處理廢物[34]。

影響鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物推行的主要因素有：①現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系不完善，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)尚未頒布；②鋼鐵冶煉自身形成的次生危險(xiǎn)廢物協(xié)同處置未納入環(huán)境影響評(píng)價(jià)，若通過(guò)鋼鐵窯爐協(xié)同處置則屬于非法處置，導(dǎo)致鋼鐵企業(yè)不敢自行處置；③接收外來(lái)企業(yè)的危險(xiǎn)廢物協(xié)同處置需辦理危險(xiǎn)廢物協(xié)同處置經(jīng)營(yíng)許可證等相關(guān)手續(xù)；④尚未開(kāi)展工業(yè)試驗(yàn)，未形成與鋼鐵冶煉生產(chǎn)工藝相適應(yīng)的危險(xiǎn)廢物協(xié)同處置配伍；⑤鋼鐵冶煉企業(yè)的危險(xiǎn)廢物貯存場(chǎng)所、配套環(huán)保設(shè)施及危險(xiǎn)廢物管理水平參差不齊。

4 結(jié)語(yǔ)

利用工業(yè)窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物是實(shí)現(xiàn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的手段之一，鋼鐵窯爐以其特有的高溫條件、環(huán)保配套設(shè)施、寬松的排渣環(huán)境等優(yōu)勢(shì)，可作為危險(xiǎn)廢物協(xié)同處置的重要方式。目前我國(guó)鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物尚處于起步階段，需多方協(xié)作共同推動(dòng)其有效實(shí)施。建議相關(guān)部門(mén)盡快出臺(tái)鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物的相關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范并嚴(yán)格執(zhí)法，保障良性的發(fā)展方向和空間；鋼鐵冶煉企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)要求，合法合規(guī)開(kāi)展危險(xiǎn)廢物協(xié)同處置工作；科研單位應(yīng)根據(jù)我國(guó)鋼鐵冶煉行業(yè)的現(xiàn)狀及危險(xiǎn)廢物的特性，加快研發(fā)協(xié)同處置新技術(shù)。