鋼鐵爐窯協(xié)同處置危險廢物的研究分析*

嚴迎燕，王文祥，沈運軍，梅煜州，方紅生，項家成

(1 廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院，廣東 佛山 528216；2 佛山市危險廢物安全處置與綜合利用工程技術研究中心，廣東 佛山 528216；3 廣東智環(huán)創(chuàng)新環(huán)境科技有限公司，廣東 廣州 510030)

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，工業(yè)化進程不斷加快，危險廢物的種類和數(shù)量不斷驟增，部分危險廢物未得到妥善處置，這些危險廢物使得人們賴以生存的自然環(huán)境遭到嚴重的破壞，人們的健康也遭到嚴重的威脅。根據(jù)《國家危險廢物名錄》(2021年版)規(guī)定，具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應性或者感染性等一種或者幾種危險特性的及不排除具有危險特性，可能對環(huán)境或者人體健康造成有害影響的固廢或液廢均按危廢管理[1-2]。由于危險廢物種類繁多、成分復雜，其危害具有復雜性、滯后性和難恢復性，并直接關聯(lián)到生態(tài)環(huán)境和人體健康，近年來危險廢物管理已成為我國生態(tài)環(huán)境保護工作關注的重點，重點推進危險廢物堆存減量化工作[3-4]。

當前，危險廢物處置主要采用資源化綜合利用、物理法、化學法、生物法、固化法、焚燒法、熱解法、填埋法等，此外還有利用水泥窯協(xié)同、等離子體熔融、微電解技術、超零界水氧化技術等[5]。據(jù)全國固體廢物管理信息系統(tǒng)統(tǒng)計顯示，截至2020年底，全國危險廢物利用處置單位數(shù)量約為5000家，但絕大部分企業(yè)呈現(xiàn)規(guī)模較小、處理資質(zhì)少、處理能力弱的特點。為此，我國鼓勵建材、冶金、火電等行業(yè)利用工業(yè)窯爐協(xié)同處置危險廢物。因此有效利用鋼鐵冶煉工業(yè)中種類多，規(guī)模大，分布廣的爐窯協(xié)同處置危險廢物不僅能緩解我國危險廢物處理能力不足，還可以綜合利用危險廢物的有效成份和熱值，也能緩解鋼鐵工業(yè)資源約束和環(huán)境壓力，綜合效益顯著。

1 鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險廢物現(xiàn)狀

在鋼鐵生產(chǎn)高溫窯爐共處置危險廢棄物方面，燒結爐、高爐、轉爐、焦爐等鋼鐵冶金行業(yè)生產(chǎn)窯爐從原理上具備共處置固體廢物的潛力。鋼鐵生產(chǎn)窯爐共處置危險廢棄物技術的開發(fā)應用相對較晚。1978年加拿大INCO集團在美國建成了一條轉底爐工藝(Rotary Hearth Furnace)生產(chǎn)線，可用于處理冶金廠產(chǎn)生的含鐵、鉻、鋅的廢棄物。隨后該技術在德國、日本、美國逐漸有了更多應用[6]。在1995年德國Bremen鋼鐵企業(yè)利用煉鐵高爐協(xié)同處置醫(yī)療廢棄物、廢包裝物等塑料危險廢物，廢塑料經(jīng)破碎、造粒后噴吹進入高爐[7]。2005年神霧集團突破技術瓶頸，通過采用蓄熱式轉底爐技術處理鋼鐵廠粉塵和污泥。2009年該技術在江蘇沙鋼集團建成了一條年產(chǎn)30萬t固廢綜合處理生產(chǎn)線，并推廣應用。

國內(nèi)，北京科技大學的王靜松等通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，采用轉底爐工藝處理鋼廠固體廢棄物，其中Zn、K、Na、Pb的脫除率分別達到98%、80%、88%和85%，較好地解決了鋼鐵廠粉塵危險廢物難以利用的綜合問題[8]。山東萊蕪鋼鐵集團與北京大學合作建成一條年處理能力為32萬t含鋅粉塵的轉底爐直接還原線，二次粉塵經(jīng)過濕法富集鋅的處理后可作鋅資源加以利用，是目前已成為國內(nèi)規(guī)模最大的處理粉塵的工業(yè)生產(chǎn)線[9]。轉底爐處理含鋅粉塵工藝已在國內(nèi)多家鋼廠應用，包括山東萊鋼、廣東寶鋼湛江等多家鋼廠[10]。不過相比建材生產(chǎn)窯爐共處置技術，現(xiàn)有的鋼鐵窯爐共處置的危險廢物類別還極為有限。

2 鋼鐵冶煉爐窯協(xié)同處置危險廢物可行性分析

(1)溫度與湍流。高溫是協(xié)同處置的基本條件之一，危險廢物只有在高溫條件下才能發(fā)生焚燒和熱解，達到減量化和無害化處理[11]。專業(yè)焚燒爐爐膛內(nèi)溫度為850～1200 ℃。在鋼鐵冶煉過程中，包含焦爐、轉爐、高爐、燒結機及熱風爐都是高溫設備，均可提供1000 ℃以上高溫處置能力，基本上將有機物的有害成分徹底分解。在高溫鋼鐵冶煉窯爐內(nèi)，爐料與氣流的運行方向相反，使得爐內(nèi)氣體與固體之間相互緊密接觸產(chǎn)生強烈的湍流，可以更好地促進相互混合、傳熱、傳質(zhì)，并最大限度實現(xiàn)物質(zhì)的分解、化合和擴散。

(2)具有寬松的造渣制度。廢物的協(xié)同處置通常會對原工藝造成負面影響，需要對造渣制度進行調(diào)節(jié)，將廢物中有害的非目標組分去除，從而減輕對原冶煉工藝的擾動。

(3)煙氣停留時間長。鋼鐵爐窯煙氣停留時間長，可有效避免產(chǎn)生二次污染物二噁英的產(chǎn)生。

(4)具有還原或者氧化性氣氛條件。在鋼鐵冶煉的高爐、熱風爐和轉爐均為高溫還原性氣氛，可以用于處置氧化性的危險廢物，如冶金渣中有價金屬，通過還原反應，將有價金屬還原回收利用。焦爐和燒結機具有氧化性氣氛，可對危險廢物進行焚燒熱解處理，用于處置還原性的危險廢物。

(5)煙氣治理系統(tǒng)。鋼鐵爐窯中煙氣處理系統(tǒng)具有硫氧化物、氮氧化物、粉塵等污染物治理系統(tǒng)，且能夠適應協(xié)同處理時污染物處理量增加的情況，或在原有煙氣治理設施的基礎上通過技術升級，可實現(xiàn)焚燒系統(tǒng)的煙氣排放指標滿足《危險廢物焚燒污染控制標準》(GB 18484—2001)煙氣排放的要求。

3 鋼鐵冶煉爐窯協(xié)同處置危險廢物類別判斷

3.1 不適宜鋼鐵冶煉爐窯協(xié)同處理的危險廢物類別

根據(jù)危險廢物特性和鋼鐵冶煉爐窯工藝特點，經(jīng)初步分析、判斷，不適宜協(xié)同處置的危險廢物類別[12-13]主要有：(1)各類爆炸性廢物(HW15)、放射性廢物、新化學物質(zhì)廢物(HW14)、部分其他廢物(HW49)等；(2)影響鋼鐵冶煉產(chǎn)品質(zhì)量的危險廢物；(3)對鋼鐵冶煉爐窯具有強腐蝕性的危險廢物；(4)協(xié)同處置產(chǎn)生的污染物利用現(xiàn)有環(huán)保設備無法達標排放的危險廢物。

3.2 適宜鋼鐵冶煉爐窯協(xié)同處理的危險廢物類別

結合國內(nèi)外經(jīng)驗，確定可進行鋼鐵爐窯協(xié)同處置的高溫爐窯主要為燒結機、高爐、焦爐、轉爐四類。根據(jù)鋼鐵冶煉爐窯實際工藝要求，以及相關研究報道，可確定適宜鋼鐵工業(yè)爐窯協(xié)同處置的危險廢棄物主要包括廢活性炭、焦油渣、石棉廢物、廢油漆桶、含鉻廢物、含礦物煙塵、含礦物污泥、醫(yī)療廢物(塑料類)等，危險廢棄物類別代碼及適用的鋼鐵爐窯類型詳見分類分析表1。

表1 適宜鋼鐵冶煉爐窯協(xié)同處理的危險廢物類別

續(xù)表1

4 鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險廢物的思考與建議

目前來說，我國協(xié)同處理危險廢物正處于起步階段，對于鋼鐵窯爐協(xié)同處理領域相關研究基礎相對薄弱，一定程度上限制了鋼鐵窯爐協(xié)同處理技術的應用。限制其推廣應用的主要因素有：(1)國家為鼓勵企業(yè)開展綠色、循環(huán)、低碳發(fā)展，相繼出臺一系列利好政策來引導和支持固體廢物資源化新技術、新設備、新產(chǎn)品應用。但主要基于類似水泥窯協(xié)同處置固體廢物的技術規(guī)范、標準和細則，對于鋼鐵企業(yè)對如何處置內(nèi)部產(chǎn)生的危險廢物，甚至消納社會部分危險廢物的相應標準體系尚未完善，這也導致各省市鋼鐵企業(yè)開展危險廢物減量化、無害化處置無法可依；(2)鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險廢物的工業(yè)試驗點不多，尚未形成與鋼鐵冶煉生產(chǎn)工藝相匹配的危險廢物協(xié)同處置技術指南和技術規(guī)范；(3)鋼鐵冶煉企業(yè)的危險廢物貯存設施的安全性和規(guī)范性，以及危險廢物的管理水平參差不齊。

目前我國鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險廢物尚處于起步階段，需多方協(xié)作共同促進其有效實施。一是政府相關部門要完善相應的標準體系，頒布相關的政策與標準，以規(guī)范和引導鋼鐵企業(yè)協(xié)同處置危險廢物。二是科研單位要加快研發(fā)協(xié)同處置新技術，開展鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險廢物試點示范。三是鋼鐵企業(yè)要提升企業(yè)危險廢物規(guī)范化管理水平，確保生產(chǎn)安全。

5 結 語

鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險廢物是鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的手段之一，對緩解危險廢物處置能力不足所造成的巨大環(huán)境壓力，提高危險廢物資源再生水平和無害化技術水平，以及鋼鐵冶煉窯爐應急處理突發(fā)事件所產(chǎn)生的廢物的能力具有非常重要的意義。目前該技術尚處于起步階段，缺乏行業(yè)準入政策、污染控制、風險控制相關標準，需要政府、環(huán)境管理部門、企業(yè)、科研單位多方協(xié)作，共同推動該項技術的發(fā)展。