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利用水泥回转窑焚烧工业有毒有害废弃物

  工业有害废弃物是根据国家统一规定的鉴别方法和鉴别标准认定的,是具有各种毒性、易燃性、腐蚀性、反应性等有害特性之一,并对人体健康和环境可能造成即时或潜在危害的固态、液态、半固态的废弃物(不含多氯联苯)。这些废弃物已列入国家和地方有害废弃物名录。
  有害废弃物管理是一个全球性的环境问题。目前,我国有害废弃物的年产生量约3000万t,约占工业固体废弃物年产生量的3%~5%。但我国至今仍未建立起废弃物最小量化管理制度,至今没有一个有害废弃物区域性集中焚烧厂。目前仅在深圳建有1座符合安全标准的有害废弃物填埋场(1995年建成),但处理量仅有2万t。因此,有害废弃物处置和处理矛盾突出、问题严峻。为此《中国二十一世纪议程》中已经强调“重点开发研究有害废弃物风险评价技术、含重金属及废料回收利用技术,以及区域性集中式有害废弃物安全填埋场和焚烧厂的工程建设技术”(19.15.b)。本文就工业有害废弃物焚烧条件和利用水泥厂回转窑系统进行焚烧作一分析探讨。
 

1.工业有害废弃物焚烧条件

  焚烧有害废弃物是目前国际上最有效的处置方法,但其技术要求通常高于其它的处理措施,具体表现在以下几方面。
  ——对强酸、强碱等废弃物,在焚烧前必须进行预处理;对焚烧处理后的废渣,不得排放、不能形成二次污染。
  ——处理过程的技术要求高。
  (1)焚烧温度高。一般碳氢废弃物的焚烧温度要求900℃~1100℃,对难于处理的废弃物则要达1200℃~1400℃。
  (2)反应应充分。要求被焚烧的废弃物在炉内滞留时间要长,应达20~30min;废气在高温区滞留时间应≥2s;要求过剩空气量大,炉内应有湍急气流使废弃物能被充分焚烧,反应完全。
  (3)废弃物经高温焚烧后,必须进行快速冷却。因为若采用缓冷,在200℃~300℃温度段易形成二垩英而产生环境污染。废气中二垩英及粉尘排放标准见表1。

              表1 焚烧系统的废气排放标准(标况下)   

国家 二垩英的排放量(ng/m3) 粉尘排放量(mg/m3)
美国 0.12(烟气含氧7%) <7
欧洲 0.10(烟气含氧11%) <5
中国 0.50(报批稿) <80(报批稿)


    
  (4)粉尘排放要求严。此外,整个焚烧系统必须负压操作。
 

2.水泥回转窑焚烧工业有害废弃物的优势和应用概况

  有害废弃物的焚烧可采用两种技术:一是建造专业焚烧炉,二是利用水泥厂回转窑。随着技术和研究的不断提高和深入,后者在经济性、防止二次污染、废物无害化处理的彻底性等多方面均显示出越来越大的优势。首先,水泥回转窑内温度高,烟气和物料温度最高分别达到1750℃和1450℃,而焚烧炉内烟气和物料温度最高只能达到1200℃和850℃;其次,水泥回转窑内烟气滞留时间长,其中烟气温度高于1100℃就达4s以上,且窑内物料不断悬浮、翻滚,高温烟气湍流激烈,有利于有害废弃物的完全焚烧,而焚烧炉中烟气温度高于1100℃仅2s。此外,有害废弃物中可燃部分可作为熟料烧成用燃料,经充分燃烧分解为无害气体;烟气中有害粉尘经回转窑窑尾收尘器处理可以达到安全排放;焚烧残渣参与熟料形成的固相液相反应,成为熟料矿物组成而被固定在熟料矿相中。
  实际上,利用水泥回转窑焚烧处理有害废弃物在国际上已有大量实践。值得借鉴的是,欧美等国将多种有害废弃物称为“二次燃料”,水泥厂利用“二次燃料”煅烧水泥熟料可节约天然能源并降低co2的排放量。这种提法比水泥厂焚烧有害废弃物积极主动。作者认为:如果考虑到原材料的替代作用,则可从更高层次来认识“利用水泥厂回转窑系统焚烧工业有害废弃物”,它实际上是“环境保护—资源综合利用”的综合项目,这比“二次燃料”的提法更为积极主动。
  1997年联邦德国水泥工业使用“二次燃料”占15.8%,2000年提高到30%。这里的“二次燃料”包括了塑料、有毒废弃物、废旧轮胎、废油等。利用1t废油或1t废塑料,可节约能源分别为2600mj和13600mj,并可减少co2排放量分别为1740kg和2330kg;而废气中有机组分的排放量并不高于石化类燃料,且重金属的排放量也并不严重。因为“二次燃料”的喂料量是可控的,其残渣被固熔在熟料矿相中,但必须限制含挥发性物质(如水银)废弃物的利用。使用“二次燃料”时对排放量的要求列于表2。

           表2  水泥厂使用二次燃料排放限量   

污染物名称 总排放限量(mg/m3)
粉尘 <30
hcl <10
hf <1
nox <800
cd+tl <0.05
hg <0.05
∑(sb,as,pb,cr,co,cu,mn,ni,v) <0.5
二垩英和呋喃/(ng/m3) <0.5×10(-6)
so2 <50
有机碳 <10


  
  除了联邦德国外,美国、日本、瑞典、瑞士等国也有多家水泥企业使用“二次燃料”(有害废弃物)进行水泥生产。其中,最长的已有20多年的使用历史,并已形成了社会化处理系统。如美国、加拿大在1989年就至少有140家水泥厂、轻质材料厂和石灰厂使用“二次燃料”,节能比例从5%到50%。目前我国上海、北京等地水泥厂也已开展这项工作。
 

3.北京市有害废弃物分类

  近十年来,北京市有害废弃物的年产生量维持在25.5~36.5万t水平,约占工业固体废弃物产生总量的3%~4%。这些危险废弃物的种类多、变化快,形态、成分复杂,危险特性各异,其产生源分散,且产生与排放方式又多种多样。
  根据工业有害废弃物的特性,通常采用焚烧、填埋和生化技术这三种处理措施。即:对含有热值的有机废弃物(包括固体、液体和半固体状污泥),可采用焚烧处理法;对主要含重金属的工业废弃渣,因其不含或仅含微量有机物,若采用焚烧处理,既需消耗燃料又不能达到减容减量的焚烧目的,故通常采用先固化后填埋的处置措施;而对于有毒的水溶液,则通常采用生物处理方法。
  采用水泥回转窑焚烧有害废弃物,则根据其在水泥生产中的作用,可将有害废弃物分成
  以下三类:
  第一类:用作二次燃料。对于含有热值的有机废弃物,包括固体、液体和半固体状污泥,可作为水泥窑的“二次燃料”;
  第二类:用作水泥生产原料。对于主要含重金属的各种废弃渣,尽管其不含或少含可燃物质,但可作为水泥生产原料来处理利用;而对于卤素含量高的有机化合物和含镁、碱、硫、磷等的废弃物,由于其对水泥烧成工艺或水泥性能有一定影响,应该严格控制其焚烧喂入量。
  第三类:对如含汞废弃料等,则不宜入窑焚烧。
  据上可将北京市工业有害废弃物分类列于表3。

          表3 北京市工业有害废弃物分类(根据水泥工业特点分类)   

第一类:用作二次燃料
1.染料涂料类 北京印刷厂油墨渣(固态和半固态);北京轻型汽车公司的废喷漆渣和废电泳漆渣;北内锻造公司废油漆渣;北京吉普汽车有限公司废油漆渣。
2.医药废物 北京第二制药厂烟酸废炭、异烟肼废炭和甲壬酮高沸物;北京制药厂制药母液。
3.有机树脂类 红狮涂料公司树脂废渣;北京化工二厂有机硅废渣和二氯乙烷残液;北京轻型汽车公司的废沥青渣。
4.有机树脂类 北京东方罗门哈斯有限公司的压敏焦渣和丙烯酸树脂渣。
5.废乳化液 北内集团废乳化液;北京吉普汽车有限公司废乳化液;北京天伟油嘴油泵有限公司废乳化液。
6.废矿物油 北内集团废矿物油;北京天伟油嘴油泵有限公司废矿。
7.热处理含氰类废物 北内锻造公司热处理渣。
8.废卤化物有机溶剂 北京天伟油嘴油泵有限公司三氯乙烯废液。
第二类:用作水泥原料
含铜废物 北京冶炼厂铜渣;北京吉普汽车有限公司废铜渣。
含锌废物 北京冶炼厂锌渣;北京吉普汽车有限公司镀锌污泥。
表面处理废物 北京天伟油嘴油泵有限公司电镀污泥;北京天伟油嘴油泵有限公司亚硝酸钠热处理渣。
含钡、氯废物 北京天伟油嘴油泵有限公司氯化钡热处理渣。
医药废物 北京第二制药厂氯化钠渣。
  北京电池厂中和泥和北京化工二厂盐泥;北京冶炼厂铝渣。


  
 

4.我国开展此项工作面临的问题及对策

  充分利用我国大量的水泥生产回转窑系统来处理有毒有害废弃物是一条切实可行的、先进的、符合我国国情的技术途径,可实现废弃物转移、资源利用、环境零污染,社会效益凸现,并可有利于相关行业的可持续发展。虽然在美国及欧洲等发达国家利用水泥回转窑焚烧处理有害废弃物是一项较成熟可行的技术,而且已形成了从收集、运输、贮存、配置、使用、监测等全过程管理监控社会化系统,有相应的环保法规及应用于水泥生产的技术要求。但在我国这方面的工作还仅仅是开始。因此要推广这一技术,国家和企业都应高度重视,并辅以配套的政策,加大相关的技术研究和开发。
  首先,在宏观政策上,应有完善的相关政策和法规;应给予处理有毒有害废弃物水泥生产企业明确的税收减免政策;应扶持废弃物的管理服务系统建设。
  其次,对水泥生产企业来讲,虽处理有毒有害废弃物可以获得直接的经济效益,可以减少能源和资源的消耗,但首先其粉尘排放应达标,然后才能处理有毒有害废弃物,以免二次污染。另外,目前的水泥企业还缺少相关的技术与装备,缺少相应的生产操作和管理经验。
  第三,必须加强对水泥窑焚烧有毒废弃物的生产可靠性和使用安全性的科学研究。前者包括处理种类和处理量对水泥熟料烧成的影响研究;后者包括对于进入水泥体系的重金属元素,在各种各样的使用条件下,在不同的环境介质中,能否不浸出、能否被长期安全地固化等。这些科学研究非常重要。
  此外,根据我国国情,首先应选择条件较好的水泥厂进行该项工作。目前,北京水泥厂、上海水泥联合公司正在开展这一工作,在环保管理部门支持协调下有选择地使用“二次燃料”和水泥代用原料;同时进行环保监测、处理技术(包括预处理技术和生产技术)和含重金属水泥长期安全性研究。在此基础上将总结经验制定出相关法规、理顺有关单位关系、完善服务机构。最后实现以点带面,逐步向全国推广,从而逐步使用所有有毒有害废弃物。
 

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