利用水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒工業(yè)有毒有害廢棄物

　　工業(yè)有害廢棄物是根據(jù)國家統(tǒng)一規(guī)定的鑒別方法和鑒別標準認定的，是具有各種毒性、易燃性、腐蝕性、反應性等有害特性之一，并對人體健康和環(huán)境可能造成即時或潛在危害的固態(tài)、液態(tài)、半固態(tài)的廢棄物(不含多氯聯(lián)苯)。這些廢棄物已列入國家和地方有害廢棄物名錄。
　　有害廢棄物管理是一個全球性的環(huán)境問題。目前，我國有害廢棄物的年產(chǎn)生量約3000萬t，約占工業(yè)固體廢棄物年產(chǎn)生量的3%～5%。但我國至今仍未建立起廢棄物最小量化管理制度，至今沒有一個有害廢棄物區(qū)域性集中焚燒廠。目前僅在深圳建有1座符合安全標準的有害廢棄物填埋場(1995年建成)，但處理量僅有2萬t。因此，有害廢棄物處置和處理矛盾突出、問題嚴峻。為此《中國二十一世紀議程》中已經(jīng)強調(diào)“重點開發(fā)研究有害廢棄物風險評價技術(shù)、含重金屬及廢料回收利用技術(shù)，以及區(qū)域性集中式有害廢棄物安全填埋場和焚燒廠的工程建設技術(shù)”(19.15.b)。本文就工業(yè)有害廢棄物焚燒條件和利用水泥廠回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)進行焚燒作一分析探討。

1.工業(yè)有害廢棄物焚燒條件

　　焚燒有害廢棄物是目前國際上最有效的處置方法，但其技術(shù)要求通常高于其它的處理措施，具體表現(xiàn)在以下幾方面。
　　——對強酸、強堿等廢棄物，在焚燒前必須進行預處理；對焚燒處理后的廢渣，不得排放、不能形成二次污染。
　　——處理過程的技術(shù)要求高。
　　(1)焚燒溫度高。一般碳氫廢棄物的焚燒溫度要求900℃～1100℃，對難于處理的廢棄物則要達1200℃～1400℃。
　　(2)反應應充分。要求被焚燒的廢棄物在爐內(nèi)滯留時間要長，應達20～30min；廢氣在高溫區(qū)滯留時間應≥2s；要求過?？諝饬看?，爐內(nèi)應有湍急氣流使廢棄物能被充分焚燒，反應完全。
　　(3)廢棄物經(jīng)高溫焚燒后，必須進行快速冷卻。因為若采用緩冷，在200℃～300℃溫度段易形成二堊英而產(chǎn)生環(huán)境污染。廢氣中二堊英及粉塵排放標準見表1。

　　　　　　　　　　　　　　表1　焚燒系統(tǒng)的廢氣排放標準(標況下) 　　

國家	二堊英的排放量(ng/m3)	粉塵排放量(mg/m3)
美國	0.12(煙氣含氧7%)	＜7
歐洲	0.10(煙氣含氧11%)	＜5
中國	0.50(報批稿)	＜80(報批稿)

　 　　
　　(4)粉塵排放要求嚴。此外，整個焚燒系統(tǒng)必須負壓操作。

2.水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒工業(yè)有害廢棄物的優(yōu)勢和應用概況

　　有害廢棄物的焚燒可采用兩種技術(shù)：一是建造專業(yè)焚燒爐，二是利用水泥廠回轉(zhuǎn)窯。隨著技術(shù)和研究的不斷提高和深入，后者在經(jīng)濟性、防止二次污染、廢物無害化處理的徹底性等多方面均顯示出越來越大的優(yōu)勢。首先，水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度高，煙氣和物料溫度最高分別達到1750℃和1450℃，而焚燒爐內(nèi)煙氣和物料溫度最高只能達到1200℃和850℃；其次，水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煙氣滯留時間長，其中煙氣溫度高于1100℃就達4s以上，且窯內(nèi)物料不斷懸浮、翻滾，高溫煙氣湍流激烈，有利于有害廢棄物的完全焚燒，而焚燒爐中煙氣溫度高于1100℃僅2s。此外，有害廢棄物中可燃部分可作為熟料燒成用燃料，經(jīng)充分燃燒分解為無害氣體；煙氣中有害粉塵經(jīng)回轉(zhuǎn)窯窯尾收塵器處理可以達到安全排放；焚燒殘渣參與熟料形成的固相液相反應，成為熟料礦物組成而被固定在熟料礦相中。
　　實際上，利用水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒處理有害廢棄物在國際上已有大量實踐。值得借鑒的是，歐美等國將多種有害廢棄物稱為“二次燃料”，水泥廠利用“二次燃料”煅燒水泥熟料可節(jié)約天然能源并降低CO2的排放量。這種提法比水泥廠焚燒有害廢棄物積極主動。作者認為：如果考慮到原材料的替代作用，則可從更高層次來認識“利用水泥廠回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)焚燒工業(yè)有害廢棄物”，它實際上是“環(huán)境保護—資源綜合利用”的綜合項目，這比“二次燃料”的提法更為積極主動。
　　1997年聯(lián)邦德國水泥工業(yè)使用“二次燃料”占15.8％，2000年提高到30％。這里的“二次燃料”包括了塑料、有毒廢棄物、廢舊輪胎、廢油等。利用1t廢油或1t廢塑料，可節(jié)約能源分別為2600MJ和13600MJ，并可減少CO2排放量分別為1740kg和2330kg；而廢氣中有機組分的排放量并不高于石化類燃料，且重金屬的排放量也并不嚴重。因為“二次燃料”的喂料量是可控的，其殘渣被固熔在熟料礦相中，但必須限制含揮發(fā)性物質(zhì)(如水銀)廢棄物的利用。使用“二次燃料”時對排放量的要求列于表2。

　　　　　　　　　　　表2　　水泥廠使用二次燃料排放限量 　　

污染物名稱	總排放限量(mg/m3)
粉塵	<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
二堊英和呋喃/(ng/m3)	＜0.5×10(-6)
SO2	＜50
有機碳	＜10

　　
　　除了聯(lián)邦德國外，美國、日本、瑞典、瑞士等國也有多家水泥企業(yè)使用“二次燃料”(有害廢棄物)進行水泥生產(chǎn)。其中，最長的已有20多年的使用歷史，并已形成了社會化處理系統(tǒng)。如美國、加拿大在1989年就至少有140家水泥廠、輕質(zhì)材料廠和石灰廠使用“二次燃料”，節(jié)能比例從5％到50％。目前我國上海、北京等地水泥廠也已開展這項工作。
　

3.北京市有害廢棄物分類

　　近十年來，北京市有害廢棄物的年產(chǎn)生量維持在25.5～36.5萬t水平，約占工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生總量的3％～4％。這些危險廢棄物的種類多、變化快，形態(tài)、成分復雜，危險特性各異，其產(chǎn)生源分散，且產(chǎn)生與排放方式又多種多樣。
　　根據(jù)工業(yè)有害廢棄物的特性，通常采用焚燒、填埋和生化技術(shù)這三種處理措施。即：對含有熱值的有機廢棄物(包括固體、液體和半固體狀污泥)，可采用焚燒處理法；對主要含重金屬的工業(yè)廢棄渣，因其不含或僅含微量有機物，若采用焚燒處理，既需消耗燃料又不能達到減容減量的焚燒目的，故通常采用先固化后填埋的處置措施；而對于有毒的水溶液，則通常采用生物處理方法。
　　采用水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒有害廢棄物，則根據(jù)其在水泥生產(chǎn)中的作用，可將有害廢棄物分成
　　以下三類：
　　第一類：用作二次燃料。對于含有熱值的有機廢棄物，包括固體、液體和半固體狀污泥，可作為水泥窯的“二次燃料”；
　　第二類：用作水泥生產(chǎn)原料。對于主要含重金屬的各種廢棄渣，盡管其不含或少含可燃物質(zhì)，但可作為水泥生產(chǎn)原料來處理利用；而對于鹵素含量高的有機化合物和含鎂、堿、硫、磷等的廢棄物，由于其對水泥燒成工藝或水泥性能有一定影響，應該嚴格控制其焚燒喂入量。
　　第三類：對如含汞廢棄料等，則不宜入窯焚燒。
　　據(jù)上可將北京市工業(yè)有害廢棄物分類列于表3。

　　　　　　　　　　表3　北京市工業(yè)有害廢棄物分類(根據(jù)水泥工業(yè)特點分類) 　　

第一類：用作二次燃料
1.染料涂料類	北京印刷廠油墨渣(固態(tài)和半固態(tài))；北京輕型汽車公司的廢噴漆渣和廢電泳漆渣；北內(nèi)鍛造公司廢油漆渣；北京吉普汽車有限公司廢油漆渣。
2.醫(yī)藥廢物	北京第二制藥廠煙酸廢炭、異煙肼廢炭和甲壬酮高沸物；北京制藥廠制藥母液。
3.有機樹脂類	紅獅涂料公司樹脂廢渣；北京化工二廠有機硅廢渣和二氯乙烷殘液；北京輕型汽車公司的廢瀝青渣。
4.有機樹脂類	北京東方羅門哈斯有限公司的壓敏焦渣和丙烯酸樹脂渣。
5.廢乳化液	北內(nèi)集團廢乳化液；北京吉普汽車有限公司廢乳化液；北京天偉油嘴油泵有限公司廢乳化液。
6.廢礦物油	北內(nèi)集團廢礦物油；北京天偉油嘴油泵有限公司廢礦。
7.熱處理含氰類廢物	北內(nèi)鍛造公司熱處理渣。
8.廢鹵化物有機溶劑	北京天偉油嘴油泵有限公司三氯乙烯廢液。
第二類：用作水泥原料
含銅廢物	北京冶煉廠銅渣；北京吉普汽車有限公司廢銅渣。
含鋅廢物	北京冶煉廠鋅渣；北京吉普汽車有限公司鍍鋅污泥。
表面處理廢物	北京天偉油嘴油泵有限公司電鍍污泥；北京天偉油嘴油泵有限公司亞硝酸鈉熱處理渣。
含鋇、氯廢物	北京天偉油嘴油泵有限公司氯化鋇熱處理渣。
醫(yī)藥廢物	北京第二制藥廠氯化鈉渣。
	北京電池廠中和泥和北京化工二廠鹽泥；北京冶煉廠鋁渣。

　　

4.我國開展此項工作面臨的問題及對策

　　充分利用我國大量的水泥生產(chǎn)回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)來處理有毒有害廢棄物是一條切實可行的、先進的、符合我國國情的技術(shù)途徑，可實現(xiàn)廢棄物轉(zhuǎn)移、資源利用、環(huán)境零污染，社會效益凸現(xiàn)，并可有利于相關(guān)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。雖然在美國及歐洲等發(fā)達國家利用水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒處理有害廢棄物是一項較成熟可行的技術(shù)，而且已形成了從收集、運輸、貯存、配置、使用、監(jiān)測等全過程管理監(jiān)控社會化系統(tǒng)，有相應的環(huán)保法規(guī)及應用于水泥生產(chǎn)的技術(shù)要求。但在我國這方面的工作還僅僅是開始。因此要推廣這一技術(shù)，國家和企業(yè)都應高度重視，并輔以配套的政策，加大相關(guān)的技術(shù)研究和開發(fā)。
　　首先，在宏觀政策上，應有完善的相關(guān)政策和法規(guī)；應給予處理有毒有害廢棄物水泥生產(chǎn)企業(yè)明確的稅收減免政策；應扶持廢棄物的管理服務系統(tǒng)建設。
　　其次，對水泥生產(chǎn)企業(yè)來講，雖處理有毒有害廢棄物可以獲得直接的經(jīng)濟效益，可以減少能源和資源的消耗，但首先其粉塵排放應達標，然后才能處理有毒有害廢棄物，以免二次污染。另外，目前的水泥企業(yè)還缺少相關(guān)的技術(shù)與裝備，缺少相應的生產(chǎn)操作和管理經(jīng)驗。
　　第三，必須加強對水泥窯焚燒有毒廢棄物的生產(chǎn)可靠性和使用安全性的科學研究。前者包括處理種類和處理量對水泥熟料燒成的影響研究；后者包括對于進入水泥體系的重金屬元素，在各種各樣的使用條件下，在不同的環(huán)境介質(zhì)中，能否不浸出、能否被長期安全地固化等。這些科學研究非常重要。
　　此外，根據(jù)我國國情，首先應選擇條件較好的水泥廠進行該項工作。目前，北京水泥廠、上海水泥聯(lián)合公司正在開展這一工作，在環(huán)保管理部門支持協(xié)調(diào)下有選擇地使用“二次燃料”和水泥代用原料；同時進行環(huán)保監(jiān)測、處理技術(shù)(包括預處理技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù))和含重金屬水泥長期安全性研究。在此基礎(chǔ)上將總結(jié)經(jīng)驗制定出相關(guān)法規(guī)、理順有關(guān)單位關(guān)系、完善服務機構(gòu)。最后實現(xiàn)以點帶面，逐步向全國推廣，從而逐步使用所有有毒有害廢棄物。