水泥窯協同處置危險廢物技術研究
摘要： 現代各類工程建設的發展對水泥需求量較大，水泥企業在水泥生產過程中需要大量的料，其中以煤炭為主，煤炭是一種不可再生資源，隨著使用量的增加出現了一定的能源危機。水泥窯協同處置是水泥企業進行廢物處置的一種新型方法，將預處理后滿足入窯要求的固體廢物投入水泥窯，同步實現了水泥熟料生產期間對固體廢物的無害化處置。本文主要分析水泥窯協同處置危險廢物管理問題，全文從我國危險廢物處置現狀、水泥窯協同處置危險廢物研究現狀、水泥窯協同處置危險廢物技術優勢、案例分析、水泥窯協同處置危險廢物發展趨勢等方面展開論述，旨在推動水泥窯協同處置危險廢物技術的推廣與應用。
關鍵詞：水泥窯；協同處置；危險廢物管理；案例分析；發展趨勢
隨著各類工程建設的不斷發展、人們生活水平的提高以及環境問題的日益嚴重，不同行業所產生的各類廢物不斷增加，廢物會占用大量的土地資源，影響居住環境。同普通廢物相比，危險廢物危害更大，此類廢物有易燃、易爆、易腐蝕等特點，研究指出危險廢物還會影響人類健康，如存在毒性、刺激性、致癌性、傳染性、致畸變性等[1]。重視對危險廢棄物的處理研究對改善人類居住以及生存環境有重要意義。鑒于當前水泥工業日常生產頻繁，產生的危險廢物較多，通過對水泥窯協同處置危險廢物管理研究，推動水泥企業生產條件的優化，減少危險廢物的產生，現就相關內容分析如下。
我國危險廢物處置現狀分析
鑒于危險廢物的危害性較大，世界范圍開始了對危險廢物處置的研究，我國危險廢物的管理和處理處置的相關內容在《中國環境保護21世紀議程》、《中國21世紀議程》中均有涉及。根據危險廢物產生情況，預測2020年我國危險廢物復合年增長率可達到12.0%，對應危險廢物產量可達到7620萬噸，圖1所示為我國不同時間危險廢物產生情況。當然較多非法處置危險廢物并未納入其中，因而我國不同階段實際危險廢物產生遠超過表中的數據[2]。
從我國危險廢物處理情況方面分析，不同時間危險廢物處理遠低于危險廢物產生量，整體危險廢物處理率在83.6%，提示我國在危險廢物處理方面存在不足。當然部分危險廢物尚未通過合法路徑處理，這樣就造成了危險廢物處理率更低，圖1所示是我國不同時間危險廢物處理量情況，總體危險廢物處理率在逐年增高，這與國家高度重視環境問題、不同行業技術改造等有關[3]。
圖1 中國的危險廢物產生量：2011年至2020年（估計）
圖2 危險廢物處理量及處理率：2011年至2020年（估計）
上世紀70～80年代國外發達國家已經開始重視危險廢物的處理與管理，能夠從醫療廢物收集、轉運、處置和監管方面制定完善的體系，提高對各類醫療廢物的安全處理；發展到80～90年代，國外已經能夠對不同常見危險廢物實施鑒別，然后進行安全處置，并向潛在危險廢物的處置方面發展。其中水泥窯協同處置就是固體廢物處置的一個主要手段，距今已有40多年的應用與管理經驗。比如德國垃圾焚燒期間有兩條路徑，包括垃圾焚燒發電，水泥窯協同處置垃圾。日本在上世紀80年代同樣開始了重油燃渣、廢棄油、鑄型廢砂、廢塑料、廢木材等相關廢物使用水泥窯協同處置的研究，并指出水泥窯協同處置后沒有二次污染。
我國較多省區近年也逐漸開始危險廢物或醫療廢物的處理裝置，主要是通過對危險廢物實施焚燒、物理處理、化學處理、綜合利用、穩定化/固化、安全填埋等，同樣也積累了一定的應用與管理經驗，焚燒爐高溫焚燒是主要處理措施，但是建設投資費用較高。
水泥窯協同處置危險廢物研究現狀
西方發達國家水泥窯協同處置危險廢物開始時間較早，目前已有40多年的使用與管理經驗，其中以美國、歐洲、日本等國家為代表，這些國家通過將相關的危險廢物進行篩查，通過利用可燃性廢物代替水泥生產中的部分燃料，進而實現水泥生產與危險廢物處理。
與西方國家相比，我國在水泥窯協同處置危險廢物方面的研究起步較晚，其中國家在2006年發布了《水泥工業產業發展政策》，鼓勵不同水泥廠在水泥生產期間能夠綜合利用固體廢物。2013年國家發布了《循環經濟發展戰略及近期行動計劃》，進一步明確提出推進水泥窯協同資源化處理廢棄的研究。此后，2015年國家出臺了《關于開展水泥窯協同處置生活垃圾試點工作的通知》，2016年頒布了《水泥窯協同處置固體廢物污染防治技術政策》，2017年發布《水泥窯協同處置危險廢物經營許可證審核指南》發布，這些都推動了水泥窯協同處置在我國的發展，為水泥窯協同處置危險廢物研究提供了依據。國內水泥窯協同處置危險廢物的典型比如海螺集團、北京金隅、中材集團等水泥企業，這些水泥企業通過利用水泥窯處置，實現了對不同城市污泥、危險廢物、生活垃圾等固體廢棄物的處理，幫助改善當地環境創造了有利條件[4]。
水泥窯協同處置危險廢物優勢分析
目前各類危險廢物在處理期間主要采取焚燒法，通過將被處理有機廢物在焚燒爐內完成氧化燃燒反應，破壞廢物中的有毒有害物質，實現對廢物的無害化、減量化、資源化處理。
水泥窯協同處置危險廢物同其它方法相比，有著較多優勢：
（1）投資小，工藝成熟，水泥窯協同處置危險廢物能夠以現有的水泥廠設備為基礎，設備投資小。水泥窯協同處置危險廢物處理過程同常規的焚燒爐原理相同，即高溫熱化學反應，只是水泥窯協同處置過程中水泥窯內的溫度更高、熱容量更大、廢物停留時間更長，這些都有利于更徹底燃燒，高溫環境下有利于有機有害物質的焚毀，避免產生二噁英。危險廢物燃燒后的金屬元素等可進入水泥熟料中，水泥窯堿性環境還能夠吸收焚燒中產生的酸性氣體，如HCL、SO2等，實現危險廢物的無害化處理；
（2）推動水泥企業創新發展。隨著對環境保護的以及全社會節能減耗的重視，水泥企業也需要踐行綠色發展，節能降耗。水泥窯協同處置危險廢物能夠通過各類危險廢物替代部分燃料，減少能耗，而且有利于部分企業的轉型，促進水泥企業以及產品的多元化發展；
（3）改善危險廢物非法處置問題。不同地區因為對危險廢物處理能力不足，造成非法處理危險廢物事件層出不窮，嚴重影響社會和諧與管理。水泥窯協同處置處理設施可在水泥廠基礎上實現對廢棄物可燃資源的回收利用，提高對不同危險廢物處理能力，減少危險廢物對環境的影響，減少危險廢物非法處置問題。當然依托于水泥窯協同處置危險廢物的大容量可提高對不同危險廢物的處理能力，逐步實現危險廢物產生與處理的比例，使其處于平衡狀態；（4）減少再污染。水泥窯協同處置危險廢物處理期間采用的水泥回轉窯系統處于負壓狀態，因而燃燒過程中可避免出現煙氣、粉塵等污染物外溢問題，避免危險廢物處理期間的再污染[5]。
案例分析
1、項目概述
某項目所在區域雖然有危險廢物的處置措施，但是日常處置能力不足，且存在一定的非法危險廢物處理問題，對此擬依托甘肅省某水泥有限責任公司水泥熟料生產線，以此為基礎進行危險廢物協同處置工作，目的在于幫助蘭州市、蘭州新區、白銀市周邊區域進行各類危險廢物的處理，經過前期調研，初步確定出危險廢物處置規模為10萬t/a左右，每年工作時間約為310d。
項目建設內容分析
該建設所在地區為甘肅省某水泥有限責任公司的現有場地，考慮到水泥窯協同處置危險廢物的實際需要，需要對當前運行的熟料生產線窯尾預熱器實施技術改造（不新增產能），避免危險廢物焚燒對水泥產生的影響，建設智能化的焚燒車間、貯存庫等。整個項目建設期間涉及內容較多，包括：貯存庫、樓式破碎車間、無機非揮發處置車間、輸送設施、焚燒車間、旁路放風車間、分析化驗與質量控制車間、初期雨水收集及事故應急設施、除臭車間以及其它輔助工程等。在依托于現有的水泥生產場地，只需要進行技術改造，進而實現水泥窯焚燒處置危險廢物，項目建設不需要新征土地。
項目建設可行性分析
通過對項目所在地周邊危險廢物情況的分析，甘肅省不同礦山、治金、加工制造等企業每年危險廢物產量在40-50萬噸，且絕大多數危險廢物可通過水泥窯協同處置。甘肅省內兩座油田以及石油化工企業每年可產生危險廢物約60萬噸，同樣的大量危險廢物都可以經水泥窯協同處置。統計數據顯示2018年蘭州市和白銀市年產危廢近110萬噸，此外，白銀市正在建設工業園區，后續也會存在大量的危險廢物，這些都體現出了水泥窯協同處置危險廢物建設的必要性。從甘肅省內危險廢物綜合利用及處置企業角度分析，全省共有70多家，僅有4家企業可處理危險廢物，處置能力約21萬噸，主要采取填埋方法，初步統計甘肅省每年還需要對約60萬噸危險廢物進行處理。從國家以及地方政府角度出發，國家在大力扶持相關的環保項目。從經濟性角度分析，甘肅省內危險廢物平均處理價格在1100元/噸左右，其中個別實驗室廢物處置價格達到每噸10000元以上，大部分石化企業產生的危險廢物處置費用在每噸500元到3000元不等。綜合上述相關調查均證實了水泥窯協同處置危險廢物項目實施的可行性。水泥窯協同處置危險廢物技術項目實施可幫助周邊提高危險廢物能力，搶占市場先機。
工藝方案比選
水泥窯協同處置危險廢物中主要應用新型干法水泥窯焚燒方法，其中熱盤爐焚燒技術是關鍵，當前水泥窯協同處置熱工部分工藝較成熟的路線有兩種：一種是危險廢物經過預處理后直接進入分解爐或窯尾煙室；另外一種是固廢經過在線式熱盤爐處理后熱殘渣和尾氣進入水泥窯最終處置。表1所示為預處理+分解爐、預處理+熱盤爐+分解爐對應工藝、原理、燃燒溫度、燃燒時間、燃燒過程、熱利用率、粒度要求、處理能力、系統復雜程度、運行費用、爐渣處理及倒運、對可燃廢棄物的適應性、對窯系統的影響、燃燒管理等多方面的比較，綜合分析顯示預處理+熱盤爐+分解爐處理技術更具優勢，可作為生活垃圾+危險廢物焚燒的首選方案。
表1 新型干法回轉窯協同處置廢棄物技術工藝比較
綜合上述研究分析，該項目危險廢物焚燒的技術路線選擇預處理+熱盤爐+分解爐，依據上述確定的技術路線，對現有水泥生產流程局部實施技術改造。確定的技術路線如下：通過輸送系統將危險廢物傳送到樓式破碎機，危險廢物經過破碎，將破碎物和物料按照一定比例配伍，之后將其送到熱盤爐焚燒，煙氣會進入分解爐，爐渣自動進入水泥窯，不同系統之間的有害氣體進入篦冷機處置。
可能出現的問題以及處理措施
水泥窯協同處置危險廢物期間可能出現一些問題，針對可能出現的問題及時采取干預措施。
5.1臭氣問題
廢氣排出容易引起二次污染，影響環境，對此，要求多方面采取封閉設計，包括運輸、貯存、預處理及最終處理等環節，結合實際情況確定出如下廢氣處理措施：貯存庫和車間設計采取全封閉形式，并要求定期通過風機完成儲存庫與車間的換氣；針對危險廢物應用噸箱、噸桶和噸袋等包裝容器實施密封運送，避免運送散裝物料；廢物垃圾處理后的廢液通過罐車或廢液噸箱運輸，這些都避免了臭氣的產生，防止二次污染問題。
5.2廢水問題
危險廢物在處置過程中可能產生廢水，針對廢水處理問題，水泥場地內嚴格執行雨污分流措施。危險固體廢物處置前，可設置初期雨水收集池，對處理初期的雨水予以收集，然后將其泵送到廢液儲罐，共同完成入窯焚燒；針對水中可能出現的懸浮物、固體顆粒雜質等實施攔截處理，并通過廠區原有雨水收集系統。
日常工藝運行期間存在的廠房地面沖洗、包裝物、設備沖洗、車輛清洗、滲濾液等相關廢水，可將其排入集水坑中，經泵送入廢液儲罐，然后入窯焚燒。
5.3固體廢物問題
水泥窯協同處置危險廢物中固體廢物基本都混入到水泥中，實際產生的固體廢物較少，對于遺漏等出現的固體廢物可定期由人工收集處理，入窯焚燒。定期對實驗室產生的固固體廢物、過期化學藥品等人工收集，然后入窯焚燒處理。確保危險廢物以及處理過程中可能產生的固體廢物均入窯焚燒，通過重復燃燒避免固體廢物的殘留。
5.4粉塵問題
不同危險廢物在運輸期間均實施密封包裝，不會產生粉塵；無機非金屬材料在焚燒前可能會產生少量粉塵，可在破碎機進料斗上方設置保護罩，這樣可避免粉塵飄散影響環境。
水泥窯協同處置危險廢物發展趨勢
水泥窯協同處置危險廢物在實際應用期間具有較多優勢，但是因為我國總體起步晚，實際應用期間還可能會受到技術、管理、監管等因素影響，對應的配套設施、技術以及管理制度均應不斷完善；水泥窯協同處置危險廢物期間可能出現的潛在環境風險、危險廢物中微量元素對水泥質量性能以及長期使用穩定性等影響也缺乏有效證據，這些都需要不斷研究與總結。
結束語
水泥窯協同處置危險廢物是一項技術創新，其對水泥企業、環保產業、政府管理等均有重要意義，目前關于水泥窯協同處置危險廢物的研究也在不斷增加，但考慮到實際問題，還需不斷加大研究，積極總結經驗，研發新的技術路線。
參考文獻
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[3]畢朝文,李德俊.含油污泥經營許可審批如何辨析其屬性?[J].環境經濟,2017(21):30-34.
[4]李友鵬.水泥窯協同處置危險廢物的環境管理建議[J].環境與發展,2018,30(09):234-235.
[5]孫紹鋒,蔣文博,郭瑞,等.水泥窯協同處置危險廢物管理與技術進展研究[J].環境保護,2015,43(01):41-44.
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