固體廢物水泥窯共處置技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

隨著世界工業(yè)化和信息化進程的不斷加快，工業(yè)廢棄物的排放量不斷增加，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，我國每年產(chǎn)生工業(yè)固體廢棄物7.84億t，其中危險廢棄物1015萬t，這些危險廢棄物大都含有對人類自身和賴以生存的自然環(huán)境有嚴重影響的重金屬元素，如何科學合理地處置這些廢棄物，實現(xiàn)無害化和資源化，是全社會關(guān)注的熱點。

水泥工業(yè)作為我國基礎性原材料工業(yè)的支柱之一，在國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中具有舉足輕重的地位。水泥產(chǎn)量的高速增長，有力地支撐了我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，但同時受到資源、能源與環(huán)境因素的制約。利用固體廢物水泥窯共處置技術(shù)，既減小了固體廢物引起的環(huán)境負荷，又實現(xiàn)了固體廢物的資源化，為水泥生產(chǎn)提供了能源與資源。隨著生產(chǎn)工藝與技術(shù)的不斷改進與環(huán)境保護法規(guī)的不斷完善，該項技術(shù)在發(fā)達國家的固體廢物處理中得到了廣泛的應用。固體廢物水泥窯共處置技術(shù)在中國正處于起步階段，雖已得到重視，但在技術(shù)和相關(guān)法規(guī)等方面還存在著嚴重的不足。

1固體廢物水泥窯共處置技術(shù)

1.1固體廢物水泥窯共處置的特點與優(yōu)勢

固體廢物水泥窯共處置指的是在水泥的生產(chǎn)過程中使用廢物，通過廢物來替代一次燃料和原料，從廢物中再生能量和材料。固體廢物水泥窯共處置為水泥工業(yè)和廢物的管理提供了更好的選擇方式。對水泥工業(yè)而言，可節(jié)省燃料和原料，有助于進行經(jīng)濟有效的生產(chǎn);對廢物管理而言，這種廢物回收利用方式，無須建立專門的廢物焚化爐或廢物填埋場地，節(jié)省了土地資源與資金的投入。這種廢物處置方式從生態(tài)、社會和節(jié)約的角度對廢物管理進行了優(yōu)化，是廢物處置方式的理想選擇。

根據(jù)水泥工業(yè)的生產(chǎn)工藝和設備的要求，利用水泥窯處置廢物有以下特點^[1~3]:

(1)焚燒溫度高。水泥窯內(nèi)物料溫度一般高于1450℃，氣體溫度則高于1750℃，甚至可達更高溫度。在此高溫下，廢物中有機物將徹底的分解，去除率一般在99.99%以上。

(2)停留時間長。廢物在水泥窯高溫狀態(tài)下長時間的停留，有利于廢物的徹底燃燒和分解。

(3)良好的湍流。水泥窯內(nèi)高溫氣體與物料流動方向相反，湍流強烈，有利于氣固相的混合、傳熱、傳質(zhì)、分解、化合、擴散。

(4)堿性的環(huán)境氛圍。水泥窯內(nèi)的堿性物質(zhì)可以中和廢物中的酸性物質(zhì)為穩(wěn)定的鹽類(如，可中和強酸性的HCl類煙氣)，非常適合處理各種有機廢物，特別是穩(wěn)定性強的含Cl有機物，有效抑制酸性物質(zhì)的排放，便于尾氣的凈化。

(5)固化作用。在水泥窯煅燒廢物的過程中，可將廢物中的絕大部分重金屬固化在熟料中，避免了重金屬的再度擴散。

除此之外，水泥窯處置固體廢物還有諸多的優(yōu)點，如:無廢渣排出、焚燒狀態(tài)穩(wěn)定、減少廢氣排放等，總之，水泥窯非常適合廢物的處置。

1.2廢物在水泥窯中的應用

水泥窯可以處置的廢物包括工業(yè)廢渣(燃料渣、冶金渣、化工渣等)、城市垃圾(廢塑料、城市垃圾焚燒灰等)、各種污泥(污水處理廠污泥、下水道污泥、河道污泥等)、還有各種工業(yè)危險廢物等。

根據(jù)廢物的成分與性質(zhì)，水泥生產(chǎn)過程中廢物的利用主要有以下幾種途徑:

(1)以替代原料形式在水泥窯上煅燒熟料。主要有燃料渣(包括粉煤灰、煤矸石、爐渣等)、冶金渣(包括高爐礦渣、鋼渣、赤泥等)、化工渣(包括堿渣、硫鐵礦渣、電石渣等)。

(2)以替代燃料的形式在水泥窯上煅燒熟料。主要是高熱值的有機廢物，如廢輪胎、廢橡膠、廢塑料、廢油等。

(3)將廢物以混合材的形式摻到熟料中磨制成水泥。

2 固體廢物水泥窯共處置的主要原則

使用替代性燃料和原料能減少廢物對環(huán)境的影響，能安全處置廢物，減少廢物處理費用，為水泥工業(yè)節(jié)省成本，為社會節(jié)約資源。但是，利用水泥窯處置廢物必須遵守一些基本的要求和原則。

(1)替代性燃料和原料應滿足一定的要求，必須經(jīng)過性質(zhì)及組分的分析，對于適合處理的廢物做出限定，確保水泥生產(chǎn)的正常運行以及水泥產(chǎn)品的質(zhì)量。如果它有可能增加有害物質(zhì)的排放或?qū)θ梭w健康產(chǎn)生不利影響，則不予使用。使用替代性燃料和原料的公司應該有一個關(guān)于使用傳統(tǒng)燃料和原料的長期、良好的跟蹤記錄。

(2)限制污染物的排放。在水泥生產(chǎn)中處置廢物，必須保證進入空氣中的排放物不高于采用傳統(tǒng)原料、燃料生產(chǎn)時所排放的廢物濃度。因此，必須對系統(tǒng)的排放進行嚴格限制，設置收塵裝置和在線檢測設備。根據(jù)具體情況的不同，采用連續(xù)監(jiān)控和間斷監(jiān)控。

(3)水泥廠的經(jīng)營者在接受任何替代性燃料和原料之前，必須知道其來源和產(chǎn)地，所有替代性燃料和原料在使用之前都必須進行測試。替代性燃料和原料的收集、運輸、儲存必須符合一定的安全要求。工廠必須制定、執(zhí)行足夠的應急計劃，并告知所有員工。工廠必須有計劃良好并且實用的質(zhì)量控制系統(tǒng)。

(4)國家應建立適當?shù)姆珊鸵?guī)章制度，并將其融入到整個環(huán)境保護和廢物管理的立法中。在環(huán)境影響評價的基礎上，預測使用替代燃料和原料的潛在影響，確定替代燃料和原料的基準，制定廢物的排放標準及可使用廢物種類的選擇。

3 國內(nèi)外水泥窯共處置廢物的現(xiàn)狀

3.1發(fā)達國家水泥窯共處置廢物的現(xiàn)狀

日本的水泥工業(yè)從資源貧乏和填埋地不足的國情出發(fā)，重視廢物的綜合利用，貫徹可持續(xù)發(fā)展的方針。日本的水泥年產(chǎn)量1億t以上的企業(yè)共有20家，全國水泥工廠共有36個。20世紀90年代，日本水泥工業(yè)已從其它產(chǎn)業(yè)接受大量廢棄物和副產(chǎn)品，逐漸采用的廢棄物有鑄造業(yè)的鑄型廢砂、重油燃渣、廢機油、廢塑料、廢木材等。到2001年，每噸水泥的廢物利用量已達355kg，廢物利用總量達到2800萬t(見表2)^[4]。

自20世紀80年代以來，德國水泥工業(yè)中燃料替代率保持了迅猛增長勢頭(見圖1)，2002年達到了35%，替代燃料總使用量達到126.9萬t，替代原料的使用量也達到了668.4萬t^[5]。

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20世紀80年代中期以來，美國利用水泥窯處理危險廢物發(fā)展迅速。1994年美國共有37家水泥廠或輕骨料廠用危險廢物作為替代燃料燒制水泥，處理了近300萬t危險廢物，占美國500萬t危險廢物的60%。全美國液態(tài)危險廢物的90%在水泥窯進行焚燒處理。法國、挪威、加拿大等發(fā)達國家也利用水泥窯焚燒廢物，并不斷的提高工藝技術(shù)，提高替代燃料和原料的比率。

3.2中國利用水泥窯處置廢物的現(xiàn)狀

中國水泥企業(yè)利用固體廢棄物生產(chǎn)水泥已有近百年的歷史。自20世紀90年代以來，中國一直從事水泥窯共處置生產(chǎn)和研究方面的嘗試，如上海萬安企業(yè)在國內(nèi)首創(chuàng)水泥窯焚燒危險廢物;北京水泥廠利用水泥窯處置固體廢物方面也進行了試燒試驗，并取得了一定的成果。但總體而言，我國利用水泥窯處置廢棄物的研究和生產(chǎn)仍處于起步階段。

目前中國水泥廠對廢物的利用主要局限于原料替代方面。目前國內(nèi)絕大部分的粉煤灰、礦渣、硫鐵礦渣等都在水泥生產(chǎn)中得到了利用和處理。2004年我國水泥產(chǎn)量9.70億t，混合材摻加量達2.43億t(見表3)，混合材料主要是礦渣、粉煤灰、石灰石、煤矸石、鋼渣、沸石等。上海、北京、廣州等城市很早以前就開始了"水泥工業(yè)處置和利用可燃性工業(yè)廢物"問題的研究和工業(yè)實踐。但是，中國水泥工業(yè)在燃料替代方面尚處于摸索階段。

中國有關(guān)水泥窯共處置技術(shù)的相關(guān)政策法規(guī)尚未建立，企業(yè)的生產(chǎn)完全處于自發(fā)狀態(tài)，環(huán)境保護部門和企業(yè)也處于無法可依、無據(jù)可循的處境。急需制定各項環(huán)保法規(guī)以及各項質(zhì)檢規(guī)范，保證技術(shù)的健康發(fā)展。

4 固體廢物水泥窯共處置的發(fā)展前景

歐美等發(fā)達國家對水泥窯共處置技術(shù)的研究與開發(fā)情況，代表了水泥窯共處置技術(shù)的最新發(fā)展方向，主要體現(xiàn)在以下三個方面。

(1)不斷改進工藝。采用新工藝和新設備，降低能耗，在保證水泥質(zhì)量的基礎上，增強對各種廢物的適應性，擴大可利用廢物的范圍。

(2)減少生產(chǎn)中對環(huán)境的負荷。通過改進工藝和使用在線檢測儀器，減少各種污染物的排放，實現(xiàn)零污染，擴大替代原料和燃料的用量比例，減少石灰石等天然資源的用量，節(jié)省燒制水泥所消耗的原料及能量。

(3)擴大利廢范圍。廣泛的利用各種城市垃圾和工業(yè)固體廢棄物，擴大替代原料和燃料的種類，以減輕廢物對環(huán)境的負荷。

對于西方的一些發(fā)達國家，水泥窯共處置技術(shù)存在的必要性已日益表現(xiàn)在其對廢物的處理技能上，其水泥工業(yè)本身的經(jīng)濟效益已不重要，然而對于我國這樣的發(fā)展中國家，水泥廠的經(jīng)濟效益仍是頭等大事，不過水泥工業(yè)利用廢棄物的優(yōu)勢仍激勵我們研究和利用水泥窯共處置技術(shù)，并已得到了國家和企業(yè)的重視，且處于發(fā)展的良好勢頭。今后，我國水泥窯共處置技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)建立相關(guān)的法律法規(guī)

a.制定污染物的排放標準。利用水泥窯處置固體廢物，可能產(chǎn)生額外的或更高的污染物排放，因此需要對系統(tǒng)排放的氣體進行嚴格的限制，增加必要的在線測量裝置和收塵設備。主要監(jiān)測項目為:重金屬的含量(Hg、As、Pb、Cr、Mn、Ni、Cd等)，二惡英/呋喃，總氯等。

b.制定廢棄物的使用標準。廢棄物在使用前必須經(jīng)過分析檢驗，主要分析項目有:重金屬(mg/kg)、氰化物、總氯、PCB等各種可引起環(huán)境污染和影響水泥質(zhì)量的元素和物質(zhì)。

c.建立相關(guān)的產(chǎn)品質(zhì)量標準和審批許可制度，建立技術(shù)標準、預處理工藝等。

(2)開發(fā)利廢新技術(shù)

a.固體廢棄物水分、成分分析、控制技術(shù)以及所需新型分析、控制設備的研究開發(fā)。

b.固體廢棄物的預處理設備與技術(shù)。為了提高廢物處理效率，保證水泥的安全生產(chǎn)，必須對某些廢物進行預處理。

c.喂料方式與位置的研究。包括替代原料、替代燃料和混合材料。

(3)擴大利廢范圍的研究

當前中國利用水泥處置和利用的廢物種類與發(fā)達國家有很大的不同。發(fā)達國家在水泥廠主要利用廢橡膠制品、廢輪胎、廢塑料、廢油、廢溶劑、污泥、廢木料等作為替代燃料。目前，中國的廢輪胎、廢礦物油等尚未得到有效控制，水泥廠處置和利用的主要是印刷廠的廢油墨，化學工業(yè)的有機溶劑和廢液、廢油漆、廢酸、廢堿等。為了擴大水泥窯處置廢物的種類以及維護水泥企業(yè)利廢工藝的長時間的正常運轉(zhuǎn)，勢必要增加利廢的范圍與數(shù)量。

參考文獻:

[1]崔素萍.水泥工業(yè)處理廢棄物優(yōu)勢及問題分析[J].建材發(fā)展導向,2003(3):49~52.

[2]李湘洲.城市可燃廢棄物在水泥工業(yè)中的應用[J].中國水泥,2003(9):79~82.

[3]劉建國.危險廢物水泥窯處置.2003.聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織,中國清潔固體廢物管理培訓手冊,第九章.

[4]郭廷杰.日本水泥工業(yè)廢物綜合利用情況簡介[J].中國資源綜合利用,2004(7):39~40.

[5]TheGTZ-HolcimPublicPrivatePartnership.Guidelinesonco-processingwastematerialsincementproduction[M].2006:A6-A7.

[6]韓仲琦.我國水泥工業(yè)處置廢物的發(fā)展現(xiàn)狀[J].水泥技術(shù),2006(6):26~27.