水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物工藝選擇對窯系統(tǒng)的影響和舉措

于振津

（天津城建大學(xué)，天津 300384）

0 引言

當(dāng)前，我國毒害廢物規(guī)模龐大，廢物處置技術(shù)要緊貼現(xiàn)實(shí)要求，在國家的支持下危險(xiǎn)廢物的處置技術(shù)飛速發(fā)展，從最初應(yīng)用到現(xiàn)在技術(shù)成熟已經(jīng)歷幾十年的歷史，20 世紀(jì)90 年代我國經(jīng)過了解和初步使用水泥窯共處置技術(shù)，國務(wù)院發(fā)文水泥窯聯(lián)合處置工藝更適合應(yīng)用于危險(xiǎn)廢物的處置。隨后，為了進(jìn)一步規(guī)范水泥窯的聯(lián)合處置技術(shù)使用，在危險(xiǎn)廢物處置相關(guān)的行業(yè)建立了示范生產(chǎn)線。同時(shí)中國環(huán)境保護(hù)管理部門還制定了相應(yīng)的操作規(guī)程和固體廢物處置標(biāo)準(zhǔn)，以進(jìn)一步明確水泥窯協(xié)同處置工藝的使用功能，確保水泥窯協(xié)同處置工藝的有效性。

1 水泥行業(yè)協(xié)同處置利用現(xiàn)狀

水泥窯協(xié)同處置危廢垃圾技術(shù)是利用水泥窯特有的高溫環(huán)境和堿性氣氛，有效防止焚燒垃圾中有害物質(zhì)的溶解，避免二惡英和呋喃的再合成。分解后的產(chǎn)物可用于替代生產(chǎn)制造中的原材料，或者將廢物代替燃料，使水泥生產(chǎn)企業(yè)可以節(jié)省原材料需求，減少能源消耗，降低成本，完全實(shí)現(xiàn)資源利用率，而且，碳酸鈣分解后形成的二氧化碳比之前減少，縮減垃圾填埋場的使用，滿足了節(jié)能、減排、降耗的要求，不僅提高經(jīng)濟(jì)效益還對保護(hù)環(huán)境起到積極作用。目前，根據(jù)我國《國家危險(xiǎn)廢物明錄》，通過過用水泥窯協(xié)同處置技術(shù)處置的固體廢物主要有三種，它們是工業(yè)源危險(xiǎn)廢物、社會(huì)源危險(xiǎn)廢物和污泥，處置利用形式主要是用來替代原料或燃料，或者直接做廢物處置[1]。

對于社會(huì)源危險(xiǎn)廢物，主要由生活中產(chǎn)生的廢藥、殺蟲劑、廢油漆、溶劑及其包裝物等，截至2018 年10月，中國共有57 座協(xié)同處置生活垃圾的水泥窯，處置能力770 萬t/a。水泥窯協(xié)同處置技術(shù)基本上可分為兩類。第一種是將廢品衍生燃料（RDF）制備到水泥窯中進(jìn)行處置和利用，即用生活垃圾經(jīng)脫水、破碎、篩分等工藝制成RDF，替代部分燃煤，并在水泥窯高溫區(qū)燃燒。第二類生活垃圾經(jīng)過脫水、破碎等預(yù)處理后，利用新增的配套焚燒設(shè)備對其進(jìn)行焚燒，將廢氣和廢渣送入水泥窯。

對于工業(yè)源危險(xiǎn)廢物，主要包含化學(xué)原料蒸餾殘?jiān)?、含金屬廢物、有機(jī)溶劑等。相對于社會(huì)源危險(xiǎn)廢物，它對環(huán)境的影響更加劇烈。到2018 年為止，我國發(fā)放水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物經(jīng)營許可證60 個(gè)，成本處置規(guī)模約368 萬t/a，水泥窯協(xié)同處置優(yōu)勢在于投資少、建設(shè)周期短，水泥窯特有的結(jié)構(gòu)和焚燒能力，把各種很難溶解的有機(jī)物完全降解，而且用穩(wěn)定的狀態(tài)把各種重金屬燒結(jié)成熟料，轉(zhuǎn)換成水泥生產(chǎn)過程中的原料，降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，它減少因焚燒造成的空氣污染，特別是在抑制二惡英產(chǎn)生方面發(fā)揮獨(dú)特的優(yōu)勢。在容量方面，水泥窯的協(xié)同處置能力基本在1 萬t 以上，遠(yuǎn)大于落后的危險(xiǎn)廢物的焚燒、填埋。但水泥行業(yè)的協(xié)同處置利用需要考慮協(xié)同危險(xiǎn)廢物對水泥質(zhì)量、產(chǎn)量和設(shè)備的影響，因此只能局限于來源和組成穩(wěn)定的危險(xiǎn)廢物。

對于污泥，主要有天然氣、原油開采產(chǎn)生的油泥等，污泥如不及時(shí)處理，長期堆積，有害物質(zhì)會(huì)滲透到土壤，嚴(yán)重破壞周圍生態(tài)環(huán)境，所以污泥處理也在危險(xiǎn)廢物中至關(guān)重要。截至2019 年，中國有24 條水泥窯污泥協(xié)同處置生產(chǎn)線，污泥處置量約為195 萬t/年。依托水泥窯設(shè)備協(xié)同處置污泥技術(shù)具有有機(jī)物完全分解、無殘留重金屬、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，資源回收效率高，處置利用率大，工藝穩(wěn)定，投資少，運(yùn)行成本低。目前，我國水泥企業(yè)處置和利用污泥的主要方法是作為原料配料，直接送入煙室或分解爐焚燒，采用藥劑與板框壓濾協(xié)同技術(shù)，焚燒后直接干燥，焚燒后間接干燥、生物干燥技術(shù)等，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：作為原料配料方法，優(yōu)點(diǎn)是投資少，方法簡單，當(dāng)污泥量合適時(shí)，對熟料質(zhì)量沒有不利影響，有利于節(jié)能；缺點(diǎn)是未經(jīng)處理就排放二惡英等有害物質(zhì)會(huì)造成空氣污染。直接進(jìn)煙室或分解爐焚燒法對環(huán)境無污染，投資少。采用藥劑和板框壓濾協(xié)同技術(shù)的缺點(diǎn)是，三氯化鐵的加入使污泥中產(chǎn)生大量氯離子，限制了污泥處理的利用量，對水泥窯和熟料產(chǎn)量有很大影響[2]。

在水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物的發(fā)展中，處置一般固體廢棄物的類型和規(guī)模也在不斷增加。自2019 年新冠肺炎的暴發(fā)以來，醫(yī)療垃圾產(chǎn)量激增，遠(yuǎn)超焚化爐原有的處置能力，南京中聯(lián)水泥廠1500℃的水泥窯協(xié)同處理技術(shù)帶來的高溫瞬間滅殺細(xì)菌、病毒的優(yōu)勢成為疫情防控的“先鋒衛(wèi)士”，解決了疫情防控危險(xiǎn)廢物的燃眉之急。水泥窯協(xié)同處置過程中，將低水分可燃物通過預(yù)處理、破碎、運(yùn)輸?shù)确绞街苯臃贌陟褵隣t的高溫區(qū)，以替代部分燃料；半固體和固體廢物粉碎、混合、儲(chǔ)存，然后運(yùn)輸、粉碎、攪拌、計(jì)量至煅燒爐焚燒；粉煤灰廢料被儲(chǔ)存、測量并泵送至窯頭焚燒。

雖然目前我國已經(jīng)在水泥窯協(xié)同處理固體廢物方面開展了大量工作并取得了一定的成效，但仍存在許多問題，如采用回轉(zhuǎn)窯焚燒處理技術(shù)產(chǎn)生的爐渣和除塵灰對環(huán)境的二次污染問題也繼續(xù)解決。我國固體廢物分類體系建設(shè)起步較晚，不夠健全，導(dǎo)致目前水泥企業(yè)難以收集可燃廢物。我國尚未出臺(tái)水泥窯配套建設(shè)規(guī)劃，容易導(dǎo)致水泥窯配套部分與焚燒、填埋等價(jià)格較高的處置方式惡性競爭，而水泥窯配套運(yùn)行受市場需求影響較大，如水泥、水泥窯配合使用，因此應(yīng)作為輔助方式，焚燒和填埋處置方式不可替代。

針對上述問題，應(yīng)從水泥窯協(xié)同處置發(fā)展規(guī)劃、碳減排激勵(lì)政策等方面進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)改進(jìn)。如今，國務(wù)院發(fā)文支持適度發(fā)展水泥窯協(xié)同處置技術(shù)，落實(shí)“放管服”改革要求，根據(jù)我國水泥窯協(xié)同處置固體廢物的實(shí)際情況，從技術(shù)、設(shè)備、材料、風(fēng)險(xiǎn)等方面建立管理流程和規(guī)則，以提高環(huán)境、人體健康和安全水平。通過建立示范項(xiàng)目和媒體宣傳，積極向社會(huì)宣傳水泥窯固體廢物協(xié)同處置優(yōu)勢，增強(qiáng)居民對水泥窯固體廢物協(xié)同處置的了解程度，共同推動(dòng)水泥窯固體廢物協(xié)同處置的良性發(fā)展。

2 水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物物料分析

根據(jù)《國家危險(xiǎn)廢物清單》的定義，危險(xiǎn)廢物的特性非常明顯，如腐蝕性、傳染性，并可能對人類健康造成威脅，屬于危險(xiǎn)廢物，因此需要特別注意此類廢物的處置。一般來說，危險(xiǎn)廢物的物質(zhì)特性表現(xiàn)在以下3 個(gè)方面：①常見的狀態(tài)是半固態(tài)，含有較多的水，如包裝、廢渣等。大多數(shù)情況下，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)主要用于包裝，數(shù)量較少。②危險(xiǎn)廢物的成分更危險(xiǎn)。硫和堿等重金屬在這些廢物中非常常見。化學(xué)污泥量大，處理起來很麻煩。③材料的運(yùn)輸更加復(fù)雜。危險(xiǎn)廢物的運(yùn)輸大多采用密閉箱，雖然這確保了材料不會(huì)遺漏，但裝卸操作非常復(fù)雜，大部分操作需要人工處理，這仍然對人類健康構(gòu)成巨大威脅[3]。

3 協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物處理技術(shù)給窯系統(tǒng)帶來的影響

3.1 電壓失衡及出料不穩(wěn)定

危險(xiǎn)廢物入窯后，由于窯內(nèi)突然出現(xiàn)較多的物料，直接影響爐內(nèi)熱交換效率，直流電機(jī)電流的運(yùn)行出現(xiàn)失衡。雖然人工操作的控制會(huì)有所提高，但仍會(huì)影響窯爐系統(tǒng)。出現(xiàn)上述問題的原因主要是由于喂料工作沒有做好。當(dāng)熱值和水分進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯時(shí)，它們將直接汽化，加快原料的流動(dòng)速度。隨著給料量的增加，會(huì)形成強(qiáng)烈的料流，導(dǎo)致電機(jī)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 預(yù)熱器結(jié)殼堵塞

在危險(xiǎn)廢物處理過程中，隨著廢物添加量的增加，會(huì)產(chǎn)生預(yù)熱系統(tǒng)結(jié)殼效應(yīng)，但不同危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生的結(jié)殼效應(yīng)存在差異。然而，這也會(huì)增加工作量，并導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞。從這個(gè)角度來看，原因是有害元素的替代。大多數(shù)廢物含有大量有害元素，這些元素在燃燒過程中與熟料一起被運(yùn)出窯外。由于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不清楚，材料混亂，系統(tǒng)中會(huì)引入有害元素，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)殼現(xiàn)象。

3.3 系統(tǒng)負(fù)壓波動(dòng)，生料分解率降低

這種現(xiàn)象主要發(fā)生在危險(xiǎn)廢物分解和放入爐膛的過程中。當(dāng)人們將垃圾放入爐口時(shí)，分解爐的溫度會(huì)因垃圾的輸入而升高，且量越大，溫度越高，進(jìn)而超過1000℃。此時(shí)應(yīng)降低投入爐口的生料數(shù)量，達(dá)到降低爐口溫度的目的，但與此同時(shí)也會(huì)對窯主電機(jī)的電流帶來影響，窯頭會(huì)出現(xiàn)回火現(xiàn)象，降低產(chǎn)品的合格率。

3.4 熟料摻雜影響窯系統(tǒng)整體工藝

在危險(xiǎn)廢物處置過程中，熟料中含有大量的鐵雜質(zhì)，對窯系統(tǒng)的運(yùn)行有很大影響，如碎條現(xiàn)象。尤其是鐵桶的處理會(huì)產(chǎn)生更多的鐵雜物，這些雜質(zhì)中含有更多的其他金屬元素。雖然被破碎機(jī)破碎，但破碎機(jī)中會(huì)留下一些雜物，導(dǎo)致窯系統(tǒng)堵塞。具體來說，這類熟料是一種金屬，屬于在預(yù)熱器中鑄造的廢料，包裝和雜物都屬于這類熟料，將其固態(tài)鑄造入破碎機(jī)后切成小塊，一般來說，進(jìn)入窯內(nèi)的鐵會(huì)直接熔化，但大多數(shù)時(shí)候這些磚會(huì)一起融成一個(gè)更大的磚，它還將與其他廢物混合；有些鐵塊被放入窯內(nèi)會(huì)跟隨其他原料滾動(dòng)，然后形成料球，料球不僅不易燃燒，而且也不能清除鐵屑，從而提高窯系統(tǒng)的使用壽命[4]。

4 水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物措施

4.1 處置優(yōu)勢

水泥窯在協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物方面具有高溫、堿性、處置量大、投資少等優(yōu)勢。雖然危險(xiǎn)廢物可以適應(yīng)專業(yè)焚燒，但也需要按照生態(tài)和環(huán)境保護(hù)的要求進(jìn)行操作。具體來說，在處理危險(xiǎn)廢物時(shí)，根據(jù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的相關(guān)要求，需要使用一定的輔助燃料，以降低處置成本。采用水泥窯協(xié)同處置技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)：①處理溫度較高的廢棄物。由于水泥窯本身溫度較高，會(huì)分解廢棄物。②提高處置效果。水泥窯中的殘?jiān)粫?huì)被忽略，這在一定程度上減少了環(huán)境污染。③不同的廢物可以同時(shí)處理。在許多情況下，廢物產(chǎn)生的氣體有毒，產(chǎn)生的溫度也不同，水泥窯系統(tǒng)可以更好地控制問題。④確保生產(chǎn)穩(wěn)定。水泥窯的顯著特點(diǎn)是其熱容量大，能更好地容納各種廢棄物。

4.2 危險(xiǎn)廢物的預(yù)處理

水泥窯危險(xiǎn)廢物協(xié)同處置，需要對危險(xiǎn)廢物進(jìn)行預(yù)處理。一般來說，危險(xiǎn)廢物包括固體廢物、液體廢物和泥漿廢物。具體包括農(nóng)藥、各種生產(chǎn)廢渣、爐渣等產(chǎn)生的廢棄物，對其進(jìn)行成分分析、核定量，進(jìn)行理化性質(zhì)分類，確定其投加的窯爐位置。進(jìn)行危險(xiǎn)廢棄物的預(yù)處后應(yīng)滿足《水泥窯協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，即需要配合水泥窯的協(xié)同處置后理化性質(zhì)均勻，保證水泥窯運(yùn)行穩(wěn)定。在危險(xiǎn)廢物預(yù)處理過程中，應(yīng)注意廢物處理之間是否存在兼容特性，并考慮危險(xiǎn)廢物的特性，以促進(jìn)協(xié)同處置。

4.3 協(xié)同處置投加方案

水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物投放位置有配料生料系統(tǒng)、窯尾、窯頭，不同位置的停留時(shí)間和溫度各不相同，所以要對危險(xiǎn)廢物預(yù)處理后定向投入。水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物過程中，要合理控制廢物加入量，加強(qiáng)配料管理，根據(jù)原料及廢物性質(zhì)合理控制液相量，控制檢測硫、氯溫度，避免窯爐系統(tǒng)漏氣，保持回轉(zhuǎn)窯內(nèi)氧化氣氛[5]。

4.3.1 配料端

主要處理低揮發(fā)性、含水率低于40%、有機(jī)質(zhì)含量低于常規(guī)生料含量的無機(jī)廢物，如廢水處理類污泥。將其進(jìn)行預(yù)處理后，進(jìn)行協(xié)調(diào)處置，這是整個(gè)處置過程的關(guān)鍵內(nèi)容?？赏ㄟ^皮帶傳送，齒輪傳送進(jìn)入窯系統(tǒng)協(xié)同處置。

4.3.2 窯尾端

窯尾為高溫區(qū)端，可處理低含水率、含有機(jī)質(zhì)的固態(tài)廢物，如樹脂、鉆屑等，通過皮帶傳送至窯尾分解爐進(jìn)行處置。半固相廢物主要包括難以處置的工藝調(diào)節(jié)需要的固、液相等廢物，經(jīng)化驗(yàn)分析達(dá)到含水率、有害成分控制指標(biāo)后，進(jìn)行預(yù)處理技術(shù)，采用SMP 系統(tǒng)送至窯尾分解爐處理。在處理過程中，爐內(nèi)空間可根據(jù)情況進(jìn)行分解，以增加泵力。

4.3.3 窯頭端

對于HW06 廢有機(jī)溶劑、油水混合物等混濁度低、流動(dòng)性好的液態(tài)廢物在確保不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、安全可控條件下可采取泵力輸送裝置和噴槍投加方式。粉煤灰、煙道灰、生活垃圾飛灰等飛灰類廢物，在降低氯離子含量后協(xié)同處置，確保水泥質(zhì)量配比符合標(biāo)準(zhǔn)，可通過氣力輸送裝置送入窯頭端。這些廢物以顆粒形式呈現(xiàn)，由專業(yè)車輛運(yùn)輸，這些廢物在粉泵的幫助下被沖進(jìn)建筑的空閑空間。

5 結(jié)語

如今，我國進(jìn)入工業(yè)化后期，危險(xiǎn)廢物的處置成為重中之重，危險(xiǎn)廢物處置工藝的選擇對窯系統(tǒng)有很大影響，直接影響著水泥熟料的質(zhì)量。因此，要提高水泥窯協(xié)同處置技術(shù)處置危險(xiǎn)廢物水平，要以確保水泥窯爐的平穩(wěn)運(yùn)行、產(chǎn)品保質(zhì)保量為基礎(chǔ)，通過技術(shù)人員改進(jìn)優(yōu)化協(xié)同處置技術(shù)，降低危險(xiǎn)廢物對我國環(huán)境的影響，推動(dòng)國家發(fā)展，讓水泥窯協(xié)同處置技術(shù)發(fā)揮高效作用。