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水泥窑协同处置危险废物的投料控制

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根据((2015年全国环境统计公报》数据显示,当年全国工业危险废物产生量3 976.1万t,综合利用量2049.7万t,贮存量810.3万t,处置量1 174.0万t,全国工业危险废物综合利用处置率为...

根据((2015年全国环境统计公报》数据显示,当年全国工业危险废物产生量3 976.1万t,综合利用量2049.7万t,贮存量810.3万t,处置量1 174.0万t,全国工业危险废物综合利用处置率为79.9%。大量未得到妥善处理处置的危险废物,会造成生态环境破坏、占用土地、污染土壤及地下水等环境风险。

目前单纯的危险废物集中处置厂的处理量远达不到处置要求,而水泥窑协同处置危险废物技术因其优势越来越受到关注,通过对水泥生产线新增危险废物预处理设施、改造投料接口等实践,充分利用水泥回转窑内高温、强碱性工况,危险废物在高温状态停留时间长、无灰渣排除、无需二次处置等口。但是危险废物在水泥窑中焚烧的同时也会带来污染物排放量增加的问题,主要是氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、重金属、二恶英等特征污染物,因而对于可能由协同处置带来的大气污染物排放问题应重点关注。

此外,协同处置危险废物生产的水泥产品中的重金属在使用过程中也存在污染环境的风险。因此在水泥窑协同处置危废过程中应遵循处置全过程控制的原则,在水泥系统稳定运行的前提下,保证水泥产品质量和污染物达标排放。

1 废物投加种类控制

禁止在水泥窑内协同处置的废物,主要基于其对于水泥系统正常生产运行、水泥产品质量、排气筒烟气排放等可能产生的影响和不可控风险。

1.1含汞废物

水泥回转窑内的温度远高于汞的挥发温度,在协同处置危险废物过程中,废物带入的汞大部分转化为单质汞在预热器内挥发,最终随着窑尾烟气外排,只有极少量进入窑内或熟料中。

美国PCA数据显示,水泥熟料中汞含量一般低于检测限值,水泥产品中汞含量为0.000014mg/g和0.0000028~0.001 2 mg/g产品,均处于较低含量水平。

浙江大学测算了我国水泥窑生产线汞排放因子,结果显示采用布袋除尘和电除尘器的新型干法水泥生产线汞排放因子分别为单位熟料13.8 mg/t和22.9mg/t。苏达根等人利用原子吸收分光光度法、震荡溶出等方法研究了水泥窑内重金属污染的防治,结果显示无论何种水泥窑,汞(Hg)逸放率高达89%一96%L”。

在我国水泥行业已成为继燃煤锅炉及电厂和金属冶炼行业之后的第三大汞排放源。烟气脱汞的专门技术有溴化活性炭喷射技术、汞焙烧炉技术等。溴化活性炭喷射技术将粉状溴化活性炭在静电除尘器或者布袋除尘器前喷人,烟气中的汞与活性炭上的溴反应并被活性炭吸附,最后经除尘器捕集。该法可达80%脱汞效率,但是投资运行成本极高,在水泥工业中较少见。汞烘焙炉技术是将除尘器收集的含汞灰尘利用汞焙烧炉工艺清洁,然后将飞灰返回到窑系统内。目前该技术的实验室初步研究可使袋收尘器中灰尘脱汞率达95%,有待进一步研究。鉴于专门脱汞技术的困难,实际运行中要从源头上减少人窑的汞含量,保证尾气中汞及其化合物达标排放。

《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》HJ662--2013中规定重金属汞(Hg)的最大允许投加量为单位熟料0.23 mg/kg。鉴于此,水泥窑协同处置时禁止加入含汞类废物,包括日常生活中涉及的含汞灯管、开关、温度计,工业生产中印刷、电池制造、金属采选等产生的含汞废物。

1.2 其他重金属类废物

由危险废物和常规原燃料带人窑内的重金属,根据不同的挥发特性,进入大气、熟料以及窑内循环的比例有较大差别。有前人在新型干法水泥厂进行了水泥窑共处置工程试验,分析了13种重金属在不同相的分配情况,结果表明重金属的分配不受危险废物投加的影响,不挥发和半挥发类元素在烟气中分配率远低于在熟料中的分配率。

德国水泥研究所研究了微量元素在水泥回转窑系统的挥发特性,结果显示易挥发元素T1在预热器内形成内循环和冷凝在窑灰形成外循环,一般不进入熟料和烟气中,但随着内外循环的积累,净化后烟气中Tl的排放浓度会逐渐增加。有研究者探索在水泥窑共处置危险废物时的cr、As、Pb等重金属流向分布规律,结果表明不同温度下,重金属在煅烧熟料、颗粒物和尾气中的残留率有较大差别。因而进入水泥窑内的重金属种类及投加量要进行严格控制,保证水泥产品中重金属达标以及尾气排放达标。

禁止进入水泥窑的含重金属类废物包括未经拆解的废电池、废家用电器和电子产品。其中,废电池种类繁多,包括锌碳电池、碱锰电池、氧化银电池等,此类废物不经拆解直接进入水泥窑内,影响水泥系统的稳定运行、尾气排放和水泥产、质量。废家电和电子产品应拆解后根据各自特性分别回收利用。对于《国家危险废物名录》中未被禁止进入水泥窑内的含有铍、铬、铜、锌、砷、镉等重金属的危险废物,控制这些有害元素的投加速率是污染控制的重要手段,其最大允许投加量为铊+镉+铅+15×砷(TI+Cd+Pb+15As)不大于230 mg/kg,铍+铬+lOx锡+50x锑+铜+锰+镍+钒(Be+Cr+10Sn+50Sb+cu+Mn+Ni+V)不大于1 150mg/kg,在实际工程运行过程中应严格控制投加量,确保满足相关标准和规范的限值要求。

1.3 爆炸性及反应性废物

爆炸性废物及反应性废物有可能在收集、运输、贮存、预处理过程中发生不可控的爆炸及剧烈反应风险,可能对操作人员造成伤害,若在水泥窑内发生爆炸或者剧烈反应,会对水泥生产系统产生很大影响。因此爆炸性及反应性危险废物禁止进入水泥窑协同处置,该类废物包括炸药、火工及焰火产品制造工业中产生的废污泥、废活性炭,金属表面处理及热处理加工中产生的具有反应性的无机氰类废物等。

1.4放射性废物

放射性废物应遵循专门的核废物法律法规,由特定的许可规定才可以处理处置。若置于水泥窑中协同处置,会对水泥生产正常的操作、水泥产品质量、操作人员人身安全等造成不可控或者未知的风险,因而此类废物应禁止进入水泥窑协同处置。放射性废物主要包括核燃料生产过程、反应堆运行过程、核燃料后处理、核工业生产和实验以及使用放射性物质的部门学校、科研单位等产生的废物。

1.5未知特性和未经鉴定的废物

此类废物因其未知性和不确定性,会对水泥生产系统的稳定运行带来不可控的风险,同时也会引起水泥产品质量不稳定、污染排放超标、职业健康危害等。水泥企业在与固废生产企业签订处置合同前,要对废物类别进行评估,考察是否属于禁止入窑类、危废类别是否符合危废经营许可证规定的类别要求、协同处置过程中的人员健康和环境安全风险是否能够有效控制等。

此外,还应对拟协同处置的固体废物进行取样及特性分析。

固废分析参数:

一般应包括物理性质:尺寸、容重等;化学特性:pH值、闪点等;工业分析:水分、挥发分、灰分、热值;矿物成分:CaO,Si02,A1203,Fe203;有害元素分析:K,Na,Mg,C1,F,S,P,重金属等,主要有机物种类和含量,对于替代燃料还包括C,H,O含量,燃尽性,粘度等;特性分析:腐蚀性、反应性、易燃性、相容性。

根据分析检测结果,判断危险废物类别是否适宜进入水泥窑协同处置,在类别符合的基础上严格控制有害元素的投加量,或通过适当的预处理方法,将危险废物中的有害元素投加速率控制在合理的范围,以免发生烟气排放超标、结皮堵塞的不良现象。

2 结 论

通过对水泥窑协同处置危险废物过程中的危废投加种类进行控制,最大限度地降低危险废物处置过程中可能带来的环境风险。在水泥窑稳定运行的前提下,保证水泥产、质量和污染物达标排放,实现危险废物的资源化、无害化处理,既能解决危险废物日益增长的压力,同时具有良好的环境、经济效益。


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