污染土壤水泥窯協(xié)同處置技術(shù)發(fā)展歷程及應用

常躍暢，葛亞軍，曹占強

（北京首創(chuàng)環(huán)境科技有限公司，北京 100028）

水泥窯協(xié)同處置技術(shù)將固體廢物處理與水泥生產(chǎn)有機結(jié)合，在進行水泥熟料生產(chǎn)的同時實現(xiàn)對固體廢物的無害化處置，既減少了水泥原料和燃料的消耗，又節(jié)約了固體廢物的處理成本，實現(xiàn)了固廢處置的無害化和資源化，因此水泥窯協(xié)同處置技術(shù)被廣泛應用于固體廢物的處理中。該技術(shù)適用范圍廣，可處理危險廢物、生活垃圾、工業(yè)固廢、污泥和污染土壤等。水泥窯協(xié)同處置技術(shù)憑借焚燒溫度高、停留時間長、重金屬離子固化能力強和廢氣處理效果好等優(yōu)勢，逐漸發(fā)展成為污染土壤修復領(lǐng)域的重要措施。

1 水泥窯協(xié)同處置技術(shù)發(fā)展歷程

水泥窯協(xié)同處置的廢物主要用于替代原料或燃料，該技術(shù)的應用起源于20世紀70年代的能源危機，旨在利用含有一定熱值的廢棄物替代傳統(tǒng)燃料，減少化石燃料費用高漲的壓力。加拿大LAWRENCE水泥廠于20世紀70年代將聚氯苯基的化工廢料作為替代燃料用于水泥生產(chǎn)試驗并獲得成功，開啟了水泥窯協(xié)同處置廢物的序幕。20世紀80年代至90年代，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)得到普及和發(fā)展，德國、日本等發(fā)達國家利用水泥窯協(xié)同處置危險廢物和城市生活垃圾等，積累了豐富的經(jīng)驗，并建立了從廢物源頭管理到水泥窯協(xié)同處置終端的完善質(zhì)量保證體系。

我國水泥窯協(xié)同處置技術(shù)研究起步較晚，20世紀90年代初開始在少數(shù)水泥企業(yè)開展研究試驗，上海萬安水泥廠首次開展了水泥窯協(xié)同焚燒危險廢物的實踐。1995年，北京水泥廠研發(fā)了國內(nèi)第一條處置工業(yè)廢棄物的環(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)結(jié)合，并于2005年首次實現(xiàn)了水泥窯大規(guī)模協(xié)同處置固體廢物，建成了年處理10萬t工業(yè)廢棄物的示范線。隨后，海螺水泥、華新水泥等國內(nèi)多家水泥企業(yè)建成了城市垃圾、市政污泥、污染土壤等的協(xié)同處置焚燒系統(tǒng)。

水泥窯協(xié)同處置憑借處理能力強、污染物處理徹底、成本相對較低等優(yōu)勢，得到國家的積極支持。2013年以來，國家發(fā)布了諸多水泥窯協(xié)同處置鼓勵政策及標準文件。2013年1月，國務院印發(fā)了《循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略及近期行動計劃》，其中就明確提出鼓勵水泥窯協(xié)同資源化處理固體廢物；2015年4月，工業(yè)和信息化部等六部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開展水泥窯協(xié)同處置生活垃圾試點工作的通知》，通知要求推進水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾，化解水泥產(chǎn)能過剩，實現(xiàn)水泥行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、綠色發(fā)展；2016年10月，工業(yè)和信息化部發(fā)布《建材工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，其中明確提出支持利用現(xiàn)有新型干法水泥窯協(xié)同處置生活垃圾、城市污泥、污染土壤和危險廢物，并將其列入重點推廣工程。在國家政策的支持與引導下，我國的水泥窯協(xié)同處置產(chǎn)業(yè)得到了規(guī)?；l(fā)展。

經(jīng)過多年應用實踐，發(fā)達國家水泥窯協(xié)同處置行業(yè)燃料替代占比超過50%，有的生產(chǎn)線甚至超過80%。我國水泥窯協(xié)同處置的主要目的是廢物無害化銷毀處置，燃料替代所占比例很低，僅為2%左右，與發(fā)達國家相比還存在不小差距。

2 水泥窯協(xié)同處置污染土壤的應用進展

水泥生產(chǎn)的原料主要是石灰質(zhì)原料、黏土質(zhì)原料，另外還有硅石和鐵粉等其他輔助材料。土壤主要是由礦物質(zhì)、有機質(zhì)、水分和空氣等組成的混合體，礦物質(zhì)占固相部分的95%左右，土壤礦物質(zhì)以硅酸鹽、鋁硅酸鹽以及鐵、鋁的氧化物等為主。因此，污染土壤水泥窯協(xié)同處置過程可以視為在水泥生料制備中用污染土壤替代黏土質(zhì)原料，摻加比例依據(jù)污染土壤的污染成分是否對水泥生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)境造成不利影響來確定。

我國最早將水泥窯協(xié)同處置污染土壤作為應急措施。2004年，北京地鐵5號線宋家莊地鐵站施工期間發(fā)生了一起工人中毒事件，該地塊原為農(nóng)藥廠場址，北京金隅水泥廠作為環(huán)境應急處置單位，開展了宋家莊地鐵站污染土壤的焚燒處置。2007年，北京金隅水泥廠在國內(nèi)率先開展了水泥窯協(xié)同處置污染土壤的業(yè)務，協(xié)同處置了20萬t主要含滴滴涕和六六六等農(nóng)藥污染物的土壤。隨著我國工業(yè)污染場地土壤修復行業(yè)的誕生，國內(nèi)土壤污染問題逐漸引起社會的廣泛關(guān)注。

2007年以來，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)在國內(nèi)污染土壤修復行業(yè)得到廣泛應用，江蘇、北京和湖北等地成功實施了多個污染土壤修復項目。數(shù)據(jù)資料顯示，水泥窯協(xié)同處置污染土壤項目呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，截至2020年底，污染土壤修復項目采用水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的占比大于20%。尤其是近兩年，污染土壤修復項目采用水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的數(shù)量明顯增多，市場應用前景好。

3 水泥窯協(xié)同處置污染土壤案例分析

3.1 項目概況

某項目地塊原為玻璃加工廠，經(jīng)場地調(diào)查及風險評估，確定目標污染物主要為砷、鉛重金屬。地塊第一層土壤中存在砷鉛復合污染和單獨砷污染，污染厚度為1 m，共計約2 000 m，第二層土壤中僅存在砷污染土壤，污染厚度為3 m，污染方量約為3 000 m，污染修復總方量約為5 000 m。由于后期開發(fā)建設需求，工期緊張，經(jīng)過修復技術(shù)篩選，本項目地塊最終采用水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。

3.2 處置流程

本工程總體施工順序為：實施方案編制→危廢鑒定→現(xiàn)場交接→三通一平→測量放線→清挖區(qū)臨時設施建設→污染土壤清挖及基坑驗收→污染土壤外運處置及驗收→修復效果評估→總體竣工驗收與場地交接。

3.2.1 實施方案編制

進場后，針對本項目場地的污染現(xiàn)狀及特點，合理編制修復工程實施方案，并由業(yè)主單位組織專家進行評審。專家評審通過并修改完畢的實施方案作為本項目現(xiàn)場實施依據(jù)，項目經(jīng)理部正式進場前要完成項目技術(shù)交底工作。

3.2.2 施工準備

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，污染地塊修復、處置過程中，采用下列任何一種方式處置或利用的污染土壤屬于固體廢物，需要進行危險廢物屬性鑒定：一是填埋；二是焚燒；三是水泥窯協(xié)同處置；四是生產(chǎn)磚、瓦、筑路材料等建筑材料。本次修復方案采用水泥窯協(xié)同處置污染土壤，基于上述要求，其屬于固體廢物，要鑒別其是否屬于危險廢物。鑒別結(jié)論未出具之前，嚴禁開挖污染土壤。

場地內(nèi)土壤鑒定為非危廢后，進場完成現(xiàn)場交接工作，進行場地“三通一平”的進場措施建設、地面必要硬化以及現(xiàn)場清挖區(qū)的臨時設施建設。其中，現(xiàn)場清挖區(qū)臨時設施建設內(nèi)容包括施工管理用房、洗車池等。同時，對現(xiàn)場進行測量放線，校核現(xiàn)場坐標控制網(wǎng)。

3.2.3 污染土壤清挖

施工準備工作完成并報監(jiān)理批準后，即可進行本修復區(qū)域污染土壤的清挖工作?；忧逋谶^程中，應先破碎和清挖原有構(gòu)筑物基礎，再清挖污染土壤，最后組織基坑清挖效果自驗收。污染深度較大的部分應分層開挖，先開挖0～1 m深度的污染土壤，開挖完成后，對基坑進行放坡，而后對1～4 m污染土壤進行清挖裝車。驗收采樣在清挖完畢且監(jiān)理確認后進行。為方便組織現(xiàn)場樣品采集，本項目采取逐區(qū)驗收的方式。驗收合格后，清挖完成。

3.2.4 污染土壤外運及水泥窯協(xié)同處置

清挖后的污染土壤轉(zhuǎn)運嚴格執(zhí)行轉(zhuǎn)運聯(lián)單制度，轉(zhuǎn)運方案報項目及水泥窯協(xié)同處置單位所在地生態(tài)環(huán)境部門備案。污染土壤運至水泥窯協(xié)同處置單位進行儲存及預處理，然后采用水泥窯高溫段喂料方式進行處理。先對污染土壤的成分進行化驗分析，再根據(jù)化驗分析結(jié)果，結(jié)合水泥生產(chǎn)要求，確定單位時間的焚燒量，將污染土壤投入水泥窯內(nèi)進行煅燒。污染土壤處置后，廢氣通過尾氣處理系統(tǒng)后達標排放，避免有毒氣體的逸散對大氣造成二次污染。

3.2.5 竣工驗收

污染土壤經(jīng)水泥窯協(xié)同處置后，編制項目竣工報告，將其與監(jiān)理報告一起交予評估單位開展效果評估。經(jīng)過修復施工流程的周密組織，項目順利通過生態(tài)環(huán)境部門組織的修復效果專家評審，并及時移出了建設用地土壤污染風險管控和修復名錄。通過項目的修復治理，場地徹底清除了環(huán)境及健康風險。項目的順利開展充分體現(xiàn)了水泥窯協(xié)同處置技術(shù)在一些地塊開發(fā)進度要求高的項目上具有治理快速、污染物處理徹底等優(yōu)勢。

4 結(jié)論

水泥窯協(xié)同處置污染土壤的整體效果較好，通過對污染土壤的清挖轉(zhuǎn)運，場地污染去除徹底，能夠為場地移除名錄及后續(xù)開發(fā)建設爭取時間。近兩年，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)被廣泛應用于污染土壤修復項目。根據(jù)《污染地塊風險管控與土壤修復效果評估技術(shù)導則》（HJ 25.5—2018）要求，污染土壤固化/穩(wěn)定化后應開展長期監(jiān)測，原則上長期監(jiān)測1～2年開展一次，可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。受該長期監(jiān)測要求的影響，眾多污染土壤修復項目采用水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。污染土壤水泥窯協(xié)同處置受限于水泥生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能，處置時間受水泥廠產(chǎn)能影響大。同時，國內(nèi)水泥行業(yè)受碳排放政策、能源成本增加、限產(chǎn)等因素的影響，水泥窯協(xié)同處置成本逐年增加，土壤修復項目在工期及治理成本方面面臨較大壓力。水泥窯協(xié)同處置雖然面臨諸多困境，但也為推動修復企業(yè)及科研單位開展技術(shù)創(chuàng)新升級與研發(fā)綠色、可持續(xù)的土壤修復技術(shù)提供了更大空間。