水泥回轉窯協同處置垃圾危廢的工藝及應用
現代工業的快速發展，導致工業廢棄物的產生量不斷增長，這些廢棄物，尤其是危險廢棄物，若得不到安全有效的處置，勢必會嚴重危害人類健康及自然環境。據統計，我國每年產生的各類工業固體廢棄物6億多t，其中危險工業廢棄物3000多萬t，而無害化處置量不足1000萬t。如何尋求科學、合理的危廢處置方法，是當下工業和環保領域急需解決的問題。
我國危廢產生及處置現狀
各個國家及組織對危險廢物有不同的界定，巴塞爾公約規定：危險廢棄物包括有毒性、反應性、腐蝕性和易燃易爆性的廢棄物。在我國，危險廢棄物是指被納入國家危險廢物名錄或經國家鑒定具有危險廢物特性的廢物。2016年3月30日，國家環保部修訂的《國家危險廢物名錄》共列出了46大類另1]479種危廢，其中362種來自原名錄，新增117種，主要來源于電子、化工、印染、醫療等行業。
1.我國危廢產生量
根據2015年《全國環境統計公報》，2014年我國工業危廢產生量3634萬t，山東、湖南、四川、浙江、江蘇、上海等地產生量最大，2003～2014年中國工業危險廢物處置情況見表1。從處置情況來看，綜合利用量2062萬t，無害化處置量929萬t，綜合利用率為56%，無害化處置率僅為25%，大量危廢得不到安全、有效的處置。這些危險廢棄物具有腐蝕性、可燃性和浸出毒性，會嚴重污染大氣、水源和土壤。現有的處置方式及能力已不堪重負，尋求一條新的出路迫在眉睫。
表1：2003—2014年中國工業危險廢物處置情況
2 .我國危廢處置現狀
我國目前危險廢棄物的處置方法主要以焚燒和安全填埋為主。安全填埋處置方式的缺陷在于需占用大量的土地且選址嚴格，廢棄物入場前需進行固化、穩定化預處置，導致填埋成本高，且長期的環境安全性不好，一旦滲漏，勢必會對土壤和地下水造成不可挽回的嚴重污染。
焚燒法的缺陷在于設備投資及運轉費用很高。
現有焚燒爐的焚燒溫度一般在850—1200℃，物料停留時間一般為2S，這樣的燃燒工況對一般的廢棄物尚可，但對于危險廢棄物，存在分解不徹底，產生二惡英劇毒物的風險。且焚燒處置后的飛灰及爐渣，仍為危險廢棄物，還需進一步處置。
新型干法水泥回轉窯由于其獨有的先天優勢，在處置廢棄物領域越來越受到重視，目前國內已進入到了水泥窯協同處置危廢的工業化實際應用階段，工程項目陸續投產。
水泥窯協同處置危廢的優勢及應用情況
1 .水泥窯協同處置危廢的優勢分析
水泥窯協同處置危險廢物是國際公認的處置危險廢物的終極手段，具有節能、環保、經濟的優勢，在發達國家的水泥行業已有三十多年安全運行經驗。
具體優勢體現在以下幾個方面：
(1)煅燒溫度高，高溫停留時間長，湍流堿性工況，危險廢物無害化徹底。水泥窯內氣體最高溫度可以達到1800℃以上，物料溫度1450℃，可保證廢棄物焚毀安全;危險廢物在爐中停留時間長，氣體在窯內停留時間4S以上，物料停留時間超過30min，有充分的焚燒時間;水泥窯內高溫氣體呈強烈的湍流狀態，氣固兩相混合均勻，有利于廢棄物的分解;水泥窯內呈堿性氣氛，可以吸收廢棄物焚燒過程中產生的酸性氣體。
(2)焚燒灰渣直接利用，無灰渣二次處理問題。在水泥熟料燒成過程中，危險廢物焚燒灰渣參與了熟料形成過程的反應，進入了熟料組成，可使有害廢料中的重金屬元素固化在水泥熟料礦物晶格中，達到被固化的效果，實現危險廢物的徹底無害化處置，避免了二次處理。
(3)危險廢物中的有機成分和無機成分得到了充分利用。危險廢物所含有機質和可燃成分在水泥窯中煅燒時會產生熱量，可部分滿足自身水分蒸發的需要，焚燒后的殘渣主要是硅鋁無機質，恰好是水泥組份需要的硅鋁質原料。因此，危險廢物中的有機成分和無機成分均能得到充分利用。
(4)排放氣體高效處置，環保指標好。水泥生產時分解爐內為高濃度堿性氧化鈣微粉環境，對處理廢物的過程有吸硫、氯作用，因此能改善和降低污染物綜合排放量。新型干法水泥窯工藝技術特點決定了出窯熟料和窯尾廢氣處于急冷狀態，不存在二惡英再析出的溫度條件。新型干法水泥窯系統是負壓狀態運轉，煙氣和粉塵不會外溢，從根本上防止了處理過程中的再污染。
(5)回轉窯熱容量大，工況穩定，危險廢物處理量大。水泥回轉窯規格比一般焚燒爐要大的多，熱穩定性好，可提供連續穩定的焚燒環境。回轉窯內溫度為1000—1450cC的高溫物料近百噸，可以作為危險廢物燃燒的熱穩定填料，能抵抗危險廢物處理量的波動和進料溫度波動。因此，處理量大，處理穩定、徹底。
(6)利用已有回轉窯，投資低。焚燒廢棄物與水泥生產同時進行，實現廢棄物的協同處置。可以充分利用現有的工藝設備，減少投資和運行費用。
2.水泥窯協同處置危廢的應用
發達國家在上世紀70～90年代就開始使用水泥窯處置可燃性廢棄物的試驗研究及初步工業化嘗試。1974年加拿大的Lawrence水泥廠進行了首次試驗。隨后美國的Peerless、LoneStar、Alpha、Pauld—ing等10多家工廠亦隨后進行了這方面的試驗。
試驗結果表明，回轉窯處置可燃性危險廢棄物，對環境和水泥質量無不良影響，且節約了能源。之后開始大規模推廣應用，至1989年，美國、加拿大已有100多家水泥廠、石灰廠參與處置可燃性廢液;德國1999年替代燃料的比例已達全國熟料總熱耗的20%;2000年，西、北歐各國水泥工業燃燒處理的危險陛可燃廢棄物總量為120萬t，全地區水泥工業利用可燃廢料的替代率為15%。
我國水泥行業從上世紀90年代后期開始了水泥窯協同處置城市生活垃圾、污泥級固體廢棄物的研究及工業試驗工作。2005年11月，北京水泥廠處理10萬t/年工業廢棄物示范線投入生產，在國內水泥行業首次實現了大規模利用水泥窯協同處置廢棄物的良好開端。在處置一般工業固體廢棄物實踐經驗的基礎上，之后處置對象發展到危險廢物。上海萬安企業總公司，早在1996年就開始進行利用水泥窯處置制藥廠含氟有毒廢液的試驗。目前北京金隅集團、上海萬安企業總公司、華新水泥、中材國際等多家企業已經利用水泥窯處置各種危險廢物，處置危險廢物后，水泥窯排放的廢氣達到國家標準要求，同時水泥產品的質量也符合國家標準。
3.水泥窯可處置的危廢類別
危險廢棄物種類繁多，成分復雜，存在多種形態，在利用水泥窯進行處置時必須遵守兩個基本準則，其一：處置要絕對安全可靠，不能帶來新的環境污染或污染轉移;其二：不能影響水泥熟料正常的生產質量。大量實驗研究及工業化試生產實踐證實，水泥窯可以處置的類別有：廢酸、廢堿、有機溶劑廢物、乳化液、固體危險廢物、醫藥廢物、廢藥物藥品、精餾殘渣、廢礦物油等，約占《國家危險廢物名錄》總數的50%左右。各類危廢是否可采用水泥窯處置的具體分類見表2。
表2 水泥窯共處置危險廢物種類
水泥窯協同處置危廢的工藝分析
危廢種類繁多、性狀各異，利用水泥窯處置時，必須把握一個最基本的處置原則，既要做到最大程度的無害化，又要采取措施將焚燒過程中對水泥生產造成的影響降至最低。實際操作時，需對進廠廢棄物的類別、形態、成分、危害性等信息進行嚴格的分析和把握，根據不同特性，分別制定無害化、資源化的處置方案。不同特性類別的危險廢物，輔以預處理工藝，再通過不同的處置系統和位置入窯焚燒。危廢入窯的位置包括窯尾分解爐、窯尾上升煙道、回轉窯、窯頭罩及窯頭燃燒器。以上幾種入窯方式各有優缺點，從窯頭主燃燒器噴入對廢棄物預處理的要求較高;從窯頭喂入，對有害成分的焚毀率最高;從窯尾喂入，廢棄物停留時間最長。
處置措施及入燒成系統的位置首先取決于危廢的存在狀態。對于固態危廢，常規做法是先進行破碎處理，再由皮帶機輸送至窯尾分解爐高溫位置。半固體危廢，經預處理、攪拌混合后泵送至窯尾分解爐高溫處。液態危廢，則經調質混合后，由泵送至窯頭高溫處置。待處置廢棄物的燃燒特性，也是決定入窯位置的另一因素。可燃廢棄物應在窯頭噴入，不可燃或低熱值的廢棄物應從窯尾加入。
當廢棄物的處置量過大，勢必會影響生料配料和燒成工況。在這種情況下，須根據廢棄物的成分和熱值，對生料配料和燒成系統工藝參數進行適當調整。當處置堿、氯、硫等有害組份含量過高的廢棄物時，若有害組份含量超出水泥生產控制標準，會造成預分解系統結皮堵塞，影響生產系統的正常運行，此時除了嚴控配料外，還可同時實施旁路放風措施，以減少有害組份的循環富集。
結語
利用水泥回轉窯協同處理危險廢物技術成熟、可靠，可處置《國家危險廢物名錄》中一半以上的危險廢棄物，水泥窯特有的高溫堿性工況可確保實現廢棄物處置的無害化。且較現有焚燒方式相比，投資省、運行費用低，具有很好的社會效益、環境效益、經濟效益，符合國家產業政策和發展規劃。處置時需先對廢棄物的組份、性狀及燃燒特性進行嚴格的分析，以確定合理的入窯方式和位置。
