水泥窑协同处置危险废物技术研究
摘要： 现代各类工程建设的发展对水泥需求量较大，水泥企业在水泥生产过程中需要大量的料，其中以煤炭为主，煤炭是一种不可再生资源，随着使用量的增加出现了一定的能源危机。水泥窑协同处置是水泥企业进行废物处置的一种新型方法，将预处理后满足入窑要求的固体废物投入水泥窑，同步实现了水泥熟料生产期间对固体废物的无害化处置。本文主要分析水泥窑协同处置危险废物管理问题，全文从我国危险废物处置现状、水泥窑协同处置危险废物研究现状、水泥窑协同处置危险废物技术优势、案例分析、水泥窑协同处置危险废物发展趋势等方面展开论述，旨在推动水泥窑协同处置危险废物技术的推广与应用。
关键词：水泥窑；协同处置；危险废物管理；案例分析；发展趋势
随着各类工程建设的不断发展、人们生活水平的提高以及环境问题的日益严重，不同行业所产生的各类废物不断增加，废物会占用大量的土地资源，影响居住环境。同普通废物相比，危险废物危害更大，此类废物有易燃、易爆、易腐蚀等特点，研究指出危险废物还会影响人类健康，如存在毒性、刺激性、致癌性、传染性、致畸变性等[1]。重视对危险废弃物的处理研究对改善人类居住以及生存环境有重要意义。鉴于当前水泥工业日常生产频繁，产生的危险废物较多，通过对水泥窑协同处置危险废物管理研究，推动水泥企业生产条件的优化，减少危险废物的产生，现就相关内容分析如下。
我国危险废物处置现状分析
鉴于危险废物的危害性较大，世界范围开始了对危险废物处置的研究，我国危险废物的管理和处理处置的相关内容在《中国环境保护21世纪议程》、《中国21世纪议程》中均有涉及。根据危险废物产生情况，预测2020年我国危险废物复合年增长率可达到12.0%，对应危险废物产量可达到7620万吨，图1所示为我国不同时间危险废物产生情况。当然较多非法处置危险废物并未纳入其中，因而我国不同阶段实际危险废物产生远超过表中的数据[2]。
从我国危险废物处理情况方面分析，不同时间危险废物处理远低于危险废物产生量，整体危险废物处理率在83.6%，提示我国在危险废物处理方面存在不足。当然部分危险废物尚未通过合法路径处理，这样就造成了危险废物处理率更低，图1所示是我国不同时间危险废物处理量情况，总体危险废物处理率在逐年增高，这与国家高度重视环境问题、不同行业技术改造等有关[3]。
图1 中国的危险废物产生量：2011年至2020年（估计）
图2 危险废物处理量及处理率：2011年至2020年（估计）
上世纪70～80年代国外发达国家已经开始重视危险废物的处理与管理，能够从医疗废物收集、转运、处置和监管方面制定完善的体系，提高对各类医疗废物的安全处理；发展到80～90年代，国外已经能够对不同常见危险废物实施鉴别，然后进行安全处置，并向潜在危险废物的处置方面发展。其中水泥窑协同处置就是固体废物处置的一个主要手段，距今已有40多年的应用与管理经验。比如德国垃圾焚烧期间有两条路径，包括垃圾焚烧发电，水泥窑协同处置垃圾。日本在上世纪80年代同样开始了重油燃渣、废弃油、铸型废砂、废塑料、废木材等相关废物使用水泥窑协同处置的研究，并指出水泥窑协同处置后没有二次污染。
我国较多省区近年也逐渐开始危险废物或医疗废物的处理装置，主要是通过对危险废物实施焚烧、物理处理、化学处理、综合利用、稳定化/固化、安全填埋等，同样也积累了一定的应用与管理经验，焚烧炉高温焚烧是主要处理措施，但是建设投资费用较高。
水泥窑协同处置危险废物研究现状
西方发达国家水泥窑协同处置危险废物开始时间较早，目前已有40多年的使用与管理经验，其中以美国、欧洲、日本等国家为代表，这些国家通过将相关的危险废物进行筛查，通过利用可燃性废物代替水泥生产中的部分燃料，进而实现水泥生产与危险废物处理。
与西方国家相比，我国在水泥窑协同处置危险废物方面的研究起步较晚，其中国家在2006年发布了《水泥工业产业发展政策》，鼓励不同水泥厂在水泥生产期间能够综合利用固体废物。2013年国家发布了《循环经济发展战略及近期行动计划》，进一步明确提出推进水泥窑协同资源化处理废弃的研究。此后，2015年国家出台了《关于开展水泥窑协同处置生活垃圾试点工作的通知》，2016年颁布了《水泥窑协同处置固体废物污染防治技术政策》，2017年发布《水泥窑协同处置危险废物经营许可证审核指南》发布，这些都推动了水泥窑协同处置在我国的发展，为水泥窑协同处置危险废物研究提供了依据。国内水泥窑协同处置危险废物的典型比如海螺集团、北京金隅、中材集团等水泥企业，这些水泥企业通过利用水泥窑处置，实现了对不同城市污泥、危险废物、生活垃圾等固体废弃物的处理，帮助改善当地环境创造了有利条件[4]。
水泥窑协同处置危险废物优势分析
目前各类危险废物在处理期间主要采取焚烧法，通过将被处理有机废物在焚烧炉内完成氧化燃烧反应，破坏废物中的有毒有害物质，实现对废物的无害化、减量化、资源化处理。
水泥窑协同处置危险废物同其它方法相比，有着较多优势：
（1）投资小，工艺成熟，水泥窑协同处置危险废物能够以现有的水泥厂设备为基础，设备投资小。水泥窑协同处置危险废物处理过程同常规的焚烧炉原理相同，即高温热化学反应，只是水泥窑协同处置过程中水泥窑内的温度更高、热容量更大、废物停留时间更长，这些都有利于更彻底燃烧，高温环境下有利于有机有害物质的焚毁，避免产生二噁英。危险废物燃烧后的金属元素等可进入水泥熟料中，水泥窑碱性环境还能够吸收焚烧中产生的酸性气体，如HCL、SO2等，实现危险废物的无害化处理；
（2）推动水泥企业创新发展。随着对环境保护的以及全社会节能减耗的重视，水泥企业也需要践行绿色发展，节能降耗。水泥窑协同处置危险废物能够通过各类危险废物替代部分燃料，减少能耗，而且有利于部分企业的转型，促进水泥企业以及产品的多元化发展；
（3）改善危险废物非法处置问题。不同地区因为对危险废物处理能力不足，造成非法处理危险废物事件层出不穷，严重影响社会和谐与管理。水泥窑协同处置处理设施可在水泥厂基础上实现对废弃物可燃资源的回收利用，提高对不同危险废物处理能力，减少危险废物对环境的影响，减少危险废物非法处置问题。当然依托于水泥窑协同处置危险废物的大容量可提高对不同危险废物的处理能力，逐步实现危险废物产生与处理的比例，使其处于平衡状态；（4）减少再污染。水泥窑协同处置危险废物处理期间采用的水泥回转窑系统处于负压状态，因而燃烧过程中可避免出现烟气、粉尘等污染物外溢问题，避免危险废物处理期间的再污染[5]。
案例分析
1、项目概述
某项目所在区域虽然有危险废物的处置措施，但是日常处置能力不足，且存在一定的非法危险废物处理问题，对此拟依托甘肃省某水泥有限责任公司水泥熟料生产线，以此为基础进行危险废物协同处置工作，目的在于帮助兰州市、兰州新区、白银市周边区域进行各类危险废物的处理，经过前期调研，初步确定出危险废物处置规模为10万t/a左右，每年工作时间约为310d。
项目建设内容分析
该建设所在地区为甘肃省某水泥有限责任公司的现有场地，考虑到水泥窑协同处置危险废物的实际需要，需要对当前运行的熟料生产线窑尾预热器实施技术改造（不新增产能），避免危险废物焚烧对水泥产生的影响，建设智能化的焚烧车间、贮存库等。整个项目建设期间涉及内容较多，包括：贮存库、楼式破碎车间、无机非挥发处置车间、输送设施、焚烧车间、旁路放风车间、分析化验与质量控制车间、初期雨水收集及事故应急设施、除臭车间以及其它辅助工程等。在依托于现有的水泥生产场地，只需要进行技术改造，进而实现水泥窑焚烧处置危险废物，项目建设不需要新征土地。
项目建设可行性分析
通过对项目所在地周边危险废物情况的分析，甘肃省不同矿山、治金、加工制造等企业每年危险废物产量在40-50万吨，且绝大多数危险废物可通过水泥窑协同处置。甘肃省内两座油田以及石油化工企业每年可产生危险废物约60万吨，同样的大量危险废物都可以经水泥窑协同处置。统计数据显示2018年兰州市和白银市年产危废近110万吨，此外，白银市正在建设工业园区，后续也会存在大量的危险废物，这些都体现出了水泥窑协同处置危险废物建设的必要性。从甘肃省内危险废物综合利用及处置企业角度分析，全省共有70多家，仅有4家企业可处理危险废物，处置能力约21万吨，主要采取填埋方法，初步统计甘肃省每年还需要对约60万吨危险废物进行处理。从国家以及地方政府角度出发，国家在大力扶持相关的环保项目。从经济性角度分析，甘肃省内危险废物平均处理价格在1100元/吨左右，其中个别实验室废物处置价格达到每吨10000元以上，大部分石化企业产生的危险废物处置费用在每吨500元到3000元不等。综合上述相关调查均证实了水泥窑协同处置危险废物项目实施的可行性。水泥窑协同处置危险废物技术项目实施可帮助周边提高危险废物能力，抢占市场先机。
工艺方案比选
水泥窑协同处置危险废物中主要应用新型干法水泥窑焚烧方法，其中热盘炉焚烧技术是关键，当前水泥窑协同处置热工部分工艺较成熟的路线有两种：一种是危险废物经过预处理后直接进入分解炉或窑尾烟室；另外一种是固废经过在线式热盘炉处理后热残渣和尾气进入水泥窑最终处置。表1所示为预处理+分解炉、预处理+热盘炉+分解炉对应工艺、原理、燃烧温度、燃烧时间、燃烧过程、热利用率、粒度要求、处理能力、系统复杂程度、运行费用、炉渣处理及倒运、对可燃废弃物的适应性、对窑系统的影响、燃烧管理等多方面的比较，综合分析显示预处理+热盘炉+分解炉处理技术更具优势，可作为生活垃圾+危险废物焚烧的首选方案。
表1 新型干法回转窑协同处置废弃物技术工艺比较
综合上述研究分析，该项目危险废物焚烧的技术路线选择预处理+热盘炉+分解炉，依据上述确定的技术路线，对现有水泥生产流程局部实施技术改造。确定的技术路线如下：通过输送系统将危险废物传送到楼式破碎机，危险废物经过破碎，将破碎物和物料按照一定比例配伍，之后将其送到热盘炉焚烧，烟气会进入分解炉，炉渣自动进入水泥窑，不同系统之间的有害气体进入篦冷机处置。
可能出现的问题以及处理措施
水泥窑协同处置危险废物期间可能出现一些问题，针对可能出现的问题及时采取干预措施。
5.1臭气问题
废气排出容易引起二次污染，影响环境，对此，要求多方面采取封闭设计，包括运输、贮存、预处理及最终处理等环节，结合实际情况确定出如下废气处理措施：贮存库和车间设计采取全封闭形式，并要求定期通过风机完成储存库与车间的换气；针对危险废物应用吨箱、吨桶和吨袋等包装容器实施密封运送，避免运送散装物料；废物垃圾处理后的废液通过罐车或废液吨箱运输，这些都避免了臭气的产生，防止二次污染问题。
5.2废水问题
危险废物在处置过程中可能产生废水，针对废水处理问题，水泥场地内严格执行雨污分流措施。危险固体废物处置前，可设置初期雨水收集池，对处理初期的雨水予以收集，然后将其泵送到废液储罐，共同完成入窑焚烧；针对水中可能出现的悬浮物、固体颗粒杂质等实施拦截处理，并通过厂区原有雨水收集系统。
日常工艺运行期间存在的厂房地面冲洗、包装物、设备冲洗、车辆清洗、渗滤液等相关废水，可将其排入集水坑中，经泵送入废液储罐，然后入窑焚烧。
5.3固体废物问题
水泥窑协同处置危险废物中固体废物基本都混入到水泥中，实际产生的固体废物较少，对于遗漏等出现的固体废物可定期由人工收集处理，入窑焚烧。定期对实验室产生的固固体废物、过期化学药品等人工收集，然后入窑焚烧处理。确保危险废物以及处理过程中可能产生的固体废物均入窑焚烧，通过重复燃烧避免固体废物的残留。
5.4粉尘问题
不同危险废物在运输期间均实施密封包装，不会产生粉尘；无机非金属材料在焚烧前可能会产生少量粉尘，可在破碎机进料斗上方设置保护罩，这样可避免粉尘飘散影响环境。
水泥窑协同处置危险废物发展趋势
水泥窑协同处置危险废物在实际应用期间具有较多优势，但是因为我国总体起步晚，实际应用期间还可能会受到技术、管理、监管等因素影响，对应的配套设施、技术以及管理制度均应不断完善；水泥窑协同处置危险废物期间可能出现的潜在环境风险、危险废物中微量元素对水泥质量性能以及长期使用稳定性等影响也缺乏有效证据，这些都需要不断研究与总结。
结束语
水泥窑协同处置危险废物是一项技术创新，其对水泥企业、环保产业、政府管理等均有重要意义，目前关于水泥窑协同处置危险废物的研究也在不断增加，但考虑到实际问题，还需不断加大研究，积极总结经验，研发新的技术路线。
参考文献
[1]赵斌,史易,王海燕,等.危险废物管理现状[J].环境与发展,2019,31(12):239-240.
[2]关姝理.水泥窑协同处置危险废物管理与技术进展研究[J].环境与发展,2018,30(06):214-216.
[3]毕朝文,李德俊.含油污泥经营许可审批如何辨析其属性?[J].环境经济,2017(21):30-34.
[4]李友鹏.水泥窑协同处置危险废物的环境管理建议[J].环境与发展,2018,30(09):234-235.
[5]孙绍锋,蒋文博,郭瑞,等.水泥窑协同处置危险废物管理与技术进展研究[J].环境保护,2015,43(01):41-44.
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