我國水泥、混凝土、陶粒、鋼鐵行業(yè)協同處置利用固體廢物情況

我國高度重視固體廢物處置利用工作，陸續(xù)出臺了相關法律法規(guī)，各行業(yè)協同處置利用固體廢物產業(yè)迅速發(fā)展。目前，水泥、混凝土、陶粒、鋼鐵等行業(yè)利用各自的設備、工藝、材料等不同特點協同處置利用各種固體廢物得到了廣泛的研究與應用，但是這項工作有時會面臨缺乏頂層設計及技術文件、影響設備和產品產量及質量、產品環(huán)境風險不確定、產品所占市場份額有待提高等問題。因此，需要完善固體廢物被各行業(yè)協同處置利用的相關法律法規(guī)、政策和標準，加大研究力度，開展各行業(yè)協同處置利用固體廢物的試點示范。

2020年全國大、中城市固體廢物污染環(huán)境防治年報顯示，2019年我國196個大、中城市一般工業(yè)固體廢物產生量為13.8億噸，工業(yè)危險廢物產生量為4498.9萬噸，城市生活垃圾產生量為23560.2萬噸，固體廢物的處置利用壓力越來越大。黨中央、國務院高度重視固體廢物污染環(huán)境防治及處置利用工作，隨著2020年修訂的《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》《國家危險廢物名錄》等的實施，以及“無廢城市”試點建設等工作的推進，各行業(yè)協同處置利用固體廢物產業(yè)迅速發(fā)展，正在形成途徑多、附加值高的新發(fā)展格局。

1 水泥行業(yè)協同處置利用

水泥窯協同處置固體廢物技術是利用可有效阻止焚燒廢棄物中有害物質溶出，中和氟化氫、氯化氫、二氧化硫，避免二噁英與呋喃重新合成的水泥窯獨特的高溫環(huán)境和堿性氣氛，使用固體廢物替代部分原料或燃料，使水泥生產企業(yè)能夠節(jié)省原料需求，降低能源消耗，徹底實現資源化，同時碳酸鈣分解所釋放的二氧化碳減少，且廢棄物填埋場被大大的節(jié)約，符合節(jié)能、降耗和減排要求，具有明顯的經濟效益和環(huán)境效益。目前，我國水泥行業(yè)協同處置利用的固體廢物主要包含生活垃圾、危險廢物、污泥等，處置利用類型主要是替代原料、替代燃料及廢物處置。

對于生活垃圾，截至2018年10月，我國已擁有57個水泥窯協同處置生活垃圾項目，處置能力達770萬噸/年。水泥窯協同處置技術從基本原理上分為兩類，第一類為制備成垃圾衍生燃料（RDF）入水泥窯處置利用，即通過脫水、破碎、篩分等工藝將生活垃圾中可燃成分制成RDF替代部分燃煤，在水泥窯高溫區(qū)焚燒；第二類將生活垃圾經脫水、破碎等預處理后，使用新增加配套焚燒設備對其焚燒，產生的廢氣及廢渣進入水泥窯。華新水泥股份有限公公司、中國中材國際工程股份有限公司等采用第一類工藝，北京金隅集團股份有限公司、安徽海螺水泥股份有限公司、華潤水泥控股有限公司等采用第二類工藝。上述5家企業(yè)所采用的水泥窯協同處置生活垃圾技術在投資、運營成本、適用性等方面各有特點：從投資方面來看，華新、中材國際、海螺、華潤投資成本高，對于500噸/天的生活垃圾項目投資超過1億元，而金隅相對低一些。從運行成本方面來看，5家企業(yè)的運行成本在120～220元/噸之間，其中金隅和華潤相對低一些，成本分別為130～150元/噸、120～140元/噸。從適用性方面來看，華新的技術適用于含水率高的生活垃圾項目，需要水泥窯協同處置與垃圾填埋場聯合運營，預處理廠的廠外建設會增加占地及轉運成本；中材國際的技術針對高品質生活垃圾，篩下物進入原料配料系統；金隅的技術適用于各種品質的生活垃圾，但由于采用窯外氣化爐使得熱效率低，降低了垃圾熱值使用效率；海螺的技術適用于各種品質垃圾，但由于對水泥窯系統的影響大，導致水泥窯協同處置垃圾量受限，并且對熟料產能影響大，因此不適用于處置利用量大的項目，預處理簡單，以處置為主，欠缺替代燃料的利用；華潤的技術適用于各種品質的生活垃圾，特別是含水率高、熱值高易燃類、品質較好的生活垃圾。

對于危險廢物，截至2018年，我國已取得危廢經營許可證的水泥窯協同處置危廢項目60個，處置規(guī)模約368萬噸/年，從企業(yè)來看，前三強分別是紅獅控股集團有限公司、安徽海螺水泥股份有限公司、北京金隅集團股份有限公公司，3個企業(yè)的危廢協同處置能力占整個行業(yè)的46%。從地區(qū)分布來看，我國已有20個省份和直轄市存在水泥窯協同處置危險廢物的產能，其中產能規(guī)模居前五的省份為：浙江（66萬噸/年）、河南（30萬噸/年）、廣西（22萬噸/年）、江蘇（22萬噸/年）與福建（19萬噸/年），其合計規(guī)模占全國的56%。成本方面，水泥窯協同處置具有投入少、成本小、建設期短、處置價格遠低于焚燒、填埋等優(yōu)勢，資料顯示，水泥窯協同處置危險廢物的投資約為專業(yè)焚燒爐的1/3～1/5，處置5000噸/年的危險廢物可獲得利潤500萬元。環(huán)保方面，水泥窯特有的結構和焚燒工藝可以將各種難降解的有機物徹底分解，將各類重金屬穩(wěn)定地燒結到熟料中，同時在減少焚燒污染特別是遏制生成二噁英方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，而且此過程中煙氣處置產生的窯灰返回生料入窯系統，可有效避免新生危險廢物帶來的二次貯存、處置問題。容量方面，水泥窯協同處置能力基本都在萬噸以上，大于危險廢物的焚燒、填埋。然而，水泥行業(yè)協同處置利用危險廢物也存在一些劣勢，首先，水泥生產受產業(yè)政策、市場供求、行業(yè)波動等影響，特別是主要依賴于水泥窯協同處置利用危險廢物的區(qū)域，一旦水泥生產出現減產、停產，將對危險廢物的及時、安全處置利用產生影響；其次，我國相關的法律法規(guī)和技術規(guī)范等相對薄弱，現有的水泥窯協同企業(yè)尚未形成規(guī)模體系，表現出研發(fā)能力差、實踐經驗不足、專業(yè)技術人員缺乏等問題，難以有效保障協同的質量；最后，由于水泥行業(yè)協同處置利用需要考慮協同危險廢物對水泥品質、產量和設備的影響，因此只能局限于某些來源和組成穩(wěn)定的危險廢物。

對于污泥，截至2019年，我國擁有水泥窯協同處置污泥生產線24條，處置污泥約195萬噸/年。依托水泥窯設備協同處置利用污泥技術具有有機物被徹底分解、不殘留重金屬、無二次污染、資源化效率高、處置利用量大、工藝穩(wěn)定、投資少及運營成本低等優(yōu)勢。我國相關標準規(guī)范指出，水泥窯協同處置污泥宜在規(guī)模為2000噸/天及以上的新型干法水泥熟料生產線上進行。目前，我國水泥企業(yè)處置利用污泥的主要方法有作為生料配料、直接送煙室或分解爐焚燒、利用藥劑和板框壓濾協同技術、直接干化后焚燒、間接干化后焚燒、生物干化技術等，這些方法各有優(yōu)缺點：作為生料配料法的優(yōu)勢是投資少，方法簡單，當使用污泥量適當時對熟料質量沒有不利影響，有利于節(jié)約能源；劣勢是若未處置產生的二噁英等有害物質就進行排放會造成大氣污染。直接送煙室或分解爐焚燒法的優(yōu)勢是對環(huán)境無污染，投資較少。利用藥劑和板框壓濾協同技術法的劣勢是氯化鐵的加入使污泥中具有大量氯離子，污泥處置利用量受限，對水泥窯及熟料產量影響較大。直接干化后焚燒法的優(yōu)勢是可提高處置利用污泥量；劣勢是臭氣量相應較多，因而相應處置臭氣的設備投資及運行費用也較大。間接干化后焚燒法的優(yōu)勢是污泥處置利用量大。生物干化技術法的優(yōu)勢是微生物的好氧發(fā)酵是干化所需能量的來源，是一種非常經濟節(jié)能的干化技術，且對物料進行強制鼓風，從而促進了整個干化過程，縮短了干化周期；劣勢是目前還存在各種技術問題，處置利用效果難以達到預期。

此外，水泥窯協同處置一般固廢的種類與規(guī)模也日益增加。例如2019年12月27日正式投產的廣元海創(chuàng)利用水泥窯協同處置一般固廢項目，其日處置利用量為330噸，每年協同處置利用量為7萬噸，可處置利用垃圾焚燒發(fā)電的灰渣、汽車生產、電子、電纜、電鍍、印染、造紙、化工等行業(yè)生產的工業(yè)廢棄物、工業(yè)污泥、市政污泥和工業(yè)尾礦等。水泥窯協同處置過程中，低水分可燃物通過預處理、破碎、運輸，在分解爐高溫帶直接焚燒，替代部分燃料；半固態(tài)和固態(tài)廢棄物通過破碎、調和、儲存，然后輸送、破碎、攪拌、計量，到分解爐焚燒；飛灰性廢物經過儲存、計量、泵送至窯頭焚燒。

雖然目前我國在水泥窯協同處置固體廢物方面已經開展大量工作并取得一定成果，但還是存在不少問題，例如我國主要把水泥窯協同處置作為一種廢棄物無害化的手段，只要滿足環(huán)境排放及產品重金屬含量標準，就能進行水泥窯協同處置含有重金屬的固體廢物，導致大量重金屬轉移到水泥產品中。雖然基于目前的檢測手段及設備還未檢出任何環(huán)境風險，但還是會具有潛在生態(tài)風險和健康風險。我國固體廢物預處理程序僅為滿足入窯焚燒要求，固體廢物入窯前也未進行熱值調配，這增加了對窯況的負面影響，降低了水泥窯協同處置能力及水泥生產能力。我國的固體廢物分類體系建設起步不久，還不夠健全，導致目前水泥企業(yè)較難收集到可燃性廢棄物。我國尚未出臺水泥窯協同處置方面的建設規(guī)劃，易導致我國部分地區(qū)水泥窯協同處置與焚燒和填埋等價格更高的處置方式進行惡性競爭，且水泥窯協同處置的運行受水泥等市場需求的影響較大，因此水泥窯協同處置應作為一種補充方式，不可替代焚燒和填埋等處置方式。公眾對水泥窯協同處置固體廢物過程中的污染物及風險控制缺乏了解，導致其對水泥窯協同處置技術及產生的水泥產品產生抵觸心理，影響了水泥窯協同處置固體廢物制備的水泥產品所占市場份額。此外，目前我國缺乏如水泥窯協同處置固體廢物二氧化碳減排評價和碳排放配額交易制度等激勵政策和制度。

為應對上述存在問題，應從水泥窯協同處置發(fā)展規(guī)劃、碳減排激勵政策等方面多角度完善頂層設計。相關部門應根據我國水泥窯協同處置固體廢物的實際情況，從技術、設備、材料、風險等方面加快進行研究，提高協同處置利用的環(huán)境及人體健康安全水平、固體廢物處置利用量及水泥質量?？赏ㄟ^建立示范工程、媒體宣傳等途徑，積極推廣水泥窯協同處置固體廢物，提高公眾對其認知水平，促進其健康發(fā)展。

2 混凝土行業(yè)協同處置利用

目前樓宇、道路、管道、橋梁、高鐵、地鐵、機場等使用材料中，80%以上的結構體積都是混凝土，混凝土行業(yè)主要應從3個方面對固體廢物進行利用，一是骨料，二是摻和料，三是使用含30%左右工業(yè)固體廢物的水泥。以預拌混凝土為例，每1m3預拌混凝土大約重2400kg，其中大多含建筑垃圾500kg左右和粉煤灰80kg左右。

目前，廢玻璃、廢橡膠粉、鋼渣、部分尾礦、礦渣、焚燒灰、廢石等已被證明可應用在混凝土中。我國每年約產生1040萬噸的廢玻璃，占固體廢物總量的5%左右。廢玻璃主要以2種方式摻入混凝土：第一種是替代部分粗或細骨料，第二種是把玻璃碾磨成粉末替代水泥。不論使用哪種方式摻入混凝土，都可能會面臨堿硅酸反應（ASR）膨脹，ASR膨脹問題是當前研究的主要方向。對于廢橡膠粉，研究表明，當橡膠含量不超過10%時，有望將其應用于公路路面、橋面覆蓋層、隔音層等對強度要求不高的地方。同時，將廢橡膠粉摻入混凝土中可能會極大改善抗收縮性并提高韌性、抗沖擊性及抗凍性。當前將廢橡膠粉應用于混凝土的關鍵在于其改性技術及成本控制。對于鋼渣的主要應用有：粗鋼渣代替粗骨料、粗磨鋼渣代替細骨料、利用鋼渣生產水泥、鋼渣用作摻合料。與普通混凝土相比，鋼渣混凝土的優(yōu)勢是具有較高劈拉強度和彈性模量，但其干縮性能較低。經試驗驗證，鋼渣混凝土較好的力學性能使其在道路工程應用中能達到預期效果，然而，鋼渣在混凝土中的應用還有一些問題有待繼續(xù)研究，如鋼渣替代粗骨料、細集料、水泥等，應該以何種比例能夠發(fā)揮鋼渣最大的效能，使混凝土具有最佳性能等。此外，其他工業(yè)固體廢物應用到混凝土中的有廢石、粗粒尾礦、廢棄混凝土渣等作為骨料。含有大量無定形二氧化硅和三氧化二鋁，或活性較高氧化鈣的粉煤灰、爐渣、磷渣、偏高嶺土渣、硅灰、硅藻土、沸石粉、燒煤矸石、鋰渣、錳渣、銅渣、垃圾焚燒灰、污泥、稻殼灰、赤泥、煤渣、凝灰?guī)r、浮石粉等，可作為活性礦物摻合料，減少硅酸鹽水泥在混凝土中的使用量，并可起到增加塑性、降低水泥水化熱峰值、提高混凝土密實度和耐久性的作用。制備特種混凝土，如用浮石粉、凝灰?guī)r粉、粉煤灰陶粒、煤矸石粉、礦渣制備輕質的混凝土，用廢橡膠輪胎作為骨料之一，制備具有隔聲、隔熱、減震和抗裂功能的混凝土，用廢塑料、聚酯、鋼等各類纖維制備具有抗裂抗折功能的混凝土。

在未來，相關部門會加大研究力度，制定各種固體廢物制備混凝土的相關標準等技術文件，用以指導和規(guī)范固體廢物在混凝土行業(yè)的應用，并不斷探索出固體廢物應用種類更廣、產品性能優(yōu)異且價格適宜的固體廢物混凝土材料。

3 陶粒行業(yè)協同處置利用

陶粒原料的主要成分為二氧化硅和三氧化二鋁，粉煤灰、污泥等部分固體廢物的主要成分與其相契合，且粒度小，將其作為陶粒原料使用可大幅度降低破碎磨礦成本，同時可對其進行消納，獲得可觀的經濟效益和社會效益。陶粒原料由兩部分組成，即成陶基體與外加劑，其中成陶基體逐漸從黏土、頁巖等不可再生資源向固體廢物方向發(fā)展，粉煤灰、污泥、赤泥、尾礦與廢石、建筑垃圾等皆可作為成陶基體?？傮w來看，能作為陶粒原料的固體廢物成分不盡相同，但大體上以二氧化硅和三氧化二鋁為主，并含有鈣、鐵、鉀、鈉、鎂及少量重金屬物質等。不同固體廢物需要與其他粉料摻配使用以達到適當的成分，才能制備出性能優(yōu)良的陶粒。粉煤灰的成分與陶粒原料極為契合，為52%～65%的二氧化硅、16%～36%的三氧化二鋁，還有三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鈉、氧化鎂、氧化鈦等，因此粉煤灰陶粒制備過程中僅需加入少量粉煤灰、廢渣等即可；而其他類型的固體廢物由于成分與陶粒原料契合度稍差，大都要加入黏土、頁巖、粉煤灰等不可再生或價格偏貴的原料來制作陶粒，甚至某些固體廢物陶粒中黏土的摻加量超過了50%，這使得黏土、頁巖等不可再生資源的消耗量大幅增加，在某種程度上違背了綠色工業(yè)與可持續(xù)發(fā)展的要求。目前已有學者僅使用多種固體廢物進行配比就得到了性能良好的陶粒。此外，固體廢物制備的陶粒密度普遍高達600～700級甚至更高，小于500級的超輕陶粒很少，因此，限制了陶粒在輕質材料方向的應用及銷售途徑，同時高密度的陶粒價格便宜，產品附加值低。

近年來，我國陶粒原料的發(fā)展呈現如下趨勢，陶粒原料中固體廢物陶粒所占比例明顯增加，其中建筑廢棄土陶粒和污泥陶粒所占市場份額顯著增長，調研數據顯示：占所有調研企業(yè)72%的企業(yè)生產的陶粒以建筑廢棄土為主要原料，占所有調研企業(yè)52%的企業(yè)在陶粒原料中加入了25%～30%含量的污泥。此外，部分企業(yè)開始嘗試加入作物秸稈、稻殼糠麩等有機質制作陶粒，這不僅降低了能耗與成本，還消納了農業(yè)廢棄物。同時，以單一黏土為原料的陶粒企業(yè)只剩下幾家，雖然頁巖陶粒得到發(fā)展，但是由于建筑廢棄土陶粒和污泥陶粒的加入，造成頁巖陶粒在全國陶粒生產量占比降低，粉煤灰陶粒的性能局限性導致其減產，而煤矸石陶粒開始嶄露頭角。

在未來，陶粒原料結構會更加傾向于固體廢物，污泥陶粒、煤矸石陶粒、尾礦與廢石陶粒將逐漸成為主流產品；設計精確、生產效率高、環(huán)境友好、能耗低、產品多樣化的生產線及設備將逐漸建成、投產與使用；政策的推動力應表現在對于陶粒產品加強質量檢測與合理優(yōu)化市場調度，鼓勵和支持不同行業(yè)使用陶粒，如建筑行業(yè)使用陶粒對傳統骨料進行代替或部分替代，在石油化工、食品安全、環(huán)境綠化等領域應用陶粒等；開發(fā)陶粒的高附加值應用，如對陶粒進行表面改性、化學處理、裹層等二次加工使其具備獨特的表面結構、特殊的吸附性等新的性能，使陶粒的銷售價格增加。

4 鋼鐵行業(yè)協同處置利用

我國鋼鐵行業(yè)涵蓋焦化、燒結（球團）、高爐、轉爐等主要工序，具有流程長、固體廢物與污染物生成量大等特點，2018年我國粗鋼產量占全球的53.3%，達到9.963億噸，這意味著全球鋼鐵企業(yè)一半左右的鋼鐵產品、副產物和固體廢物會在中國產生。我國鋼鐵企業(yè)踐行清潔生產、綠色發(fā)展的理念，通過將企業(yè)內產生的固體廢物與原料結合，利用自身冶煉窯爐對固體廢物進行焚燒、熱解等方式，實現了“固廢不出廠”及固體廢物的減量化、無害化和資源化利用。與固體廢物焚燒爐、水泥窯爐相比，鋼鐵企業(yè)冶煉窯爐同樣具備能夠協同處置利用固體廢物的工藝特征，如1200～1700℃的高溫、還原（高爐）氧化（轉爐）氛圍、高堿性環(huán)境及完備的環(huán)保設施等。與外委處置利用相比，鋼鐵企業(yè)自身協同處置利用成本比市場價低1/2以上，且處置利用種類多、規(guī)模大、適用性強，生產安全，環(huán)境風險可控，污染物排放達標。如焦灰適用于高爐噴吹，轉爐除塵灰制備鐵系顏料，含鐵粉塵循環(huán)到燒結配礦中再次燒結使用等。目前，許多鋼鐵冶煉爐窯協同處置固體廢物項目獲批或落地。例如，2020年獲批的韶鋼鋼鐵冶煉爐窯協同處置工業(yè)固體廢物項目，總投資8883.17萬元，建設規(guī)模為收集、貯存、協同處置利用危險廢物18萬噸/年，包括廢活性炭2萬噸/年、鋼廠煙塵灰11萬噸/年、廢鐵質包裝桶5萬噸/年。

雖然目前我國在鋼鐵冶煉爐窯協同處置固體廢物方面已經開展大量工作并取得一定成果，但還是存在如下問題。缺少類似《水泥窯協同處置固體廢物污染物控制標準》（GB 30485—2013）《水泥窯協同處置固體廢物環(huán)境保護技術規(guī)范》（HJ 662—2013）《水泥窯協同處置危險廢物經營許可證審查指南》等標準、技術規(guī)范和細則，導致各地區(qū)鋼鐵企業(yè)對如何合法合規(guī)處置利用內部產生的固體廢物無法可依，也導致各省市鋼鐵企業(yè)開展內部固體廢物減量化、無害化及資源化進度不一。

為應對上述存在問題，政府相關部門應出臺、落實鋼鐵冶煉爐窯協同處置固體廢物的相關政策和法律法規(guī)，以規(guī)范和引導鋼鐵企業(yè)合法合規(guī)處置利用固體廢物，推動企業(yè)走綠色循環(huán)低碳發(fā)展的道路。此外，政府部門應開展鋼鐵冶煉窯爐協同處置固體廢物的試點示范，并逐步在行業(yè)內進行推廣。

5 結論與展望

固體廢物所帶來的污染及資源浪費作為一類典型問題，已引起各行各業(yè)的高度重視。目前，水泥、混凝土、陶粒、鋼鐵等行業(yè)利用各自的設備、工藝、材料等特點協同處置利用各種固體廢物得到了廣泛的研究與應用。然而，各個行業(yè)可能會面臨缺乏固體廢物被協同處置利用的建設規(guī)劃、激勵政策等頂層設計，不同行業(yè)協同處置利用固體廢物缺乏相關標準等技術文件，固體廢物的加入影響設備和產品產量及質量，產品環(huán)境風險不確定，固體廢物所制產品所占市場份額有待提高等問題。未來，需要完善固體廢物被各行業(yè)協同處置利用的相關法律法規(guī)、政策和標準，來規(guī)范、指導和激勵企業(yè)進行固體廢物協同處置利用；加大研究力度，以提高固體廢物制備產品的質量，降低產品制備成本，提升產品市場占有份額；開展各行業(yè)協同處置利用固體廢物的試點示范，逐步推廣。