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利用水泥回轉窯處置表面處理廢物的研究

文檔作者：王立紅，金宜英，張俊麗文檔來源： I．寧波市固體廢物管理中心，浙江寧波315012；2．清華大學環(huán)境科學與工程系固體廢物處理處廈與資源化研究所，		點擊數：	更新時間： 2022年08月31日
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第18卷第4期
2006年12月
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寧波工程學院學報
JOURNA1 OF NINGBO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
VOl l 8 NO．4
D12,C．2006
利用水泥回轉窯處置表面處理廢物的研究
王立紅 ，金宜英 ，張俊麗
(I．寧波市固體廢物管理中心，浙江寧波315012；2．清華大學環(huán)境科學與工程系固體廢物處理處廈與資源化研究
所，北京．100084)
摘 要：寧波地區(qū)發(fā)達的電鍍和幣銹鋼工業(yè)紿當地環(huán)境特來了大量的表面處理廢物。寧波舜江水泥公司采用水泥回
轉窯焚燒處置此類廢物，本文從技術可行性、生產過程污染排放控制、產品安全性、經濟效益等方面進行了分析評價，表
明利用水泥回轉窯焚燒表面處理廢物是一種符合當地情況，安全有效的危險廢物處置方法。
關鍵詞：水泥回轉窯；表面處理廢物；舜江水泥公司
中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1008—7109(2006)04—0015一O4
《危險廢物污染防治技術政策》指出：危險廢物的焚燒宜采用以旋轉窯、爐為基礎的焚燒技術，可根
據危險廢物利 類和特征選用其他不同爐型，鼓勵改造并采用生產水泥的旋轉窯、爐附燒或專燒危險廢
物。發(fā)達 家利用水泥窯焚燒廢物已經有20多年的歷史，形成了一定的產業(yè)規(guī)模，積累了豐富的經驗，
在發(fā)達 家的危險廢物處理工作中發(fā)揮著重要作用。隨著水泥窯焚燒廢物的理論與實踐的發(fā)展及國內
相關環(huán)保法規(guī)的健全，該項技術在環(huán)境性和經濟性兩方面都表現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢。
1研究背景
寧波地區(qū)的電鍍和不銹鋼 1 業(yè)比較發(fā)達，對發(fā)展地區(qū)經濟和提高社會經濟整體水平起著積檄作川，
但伴隨 來的電鍍工業(yè)和不銹鋼工業(yè)污泥也構成了污染環(huán)境的重要兇素。電鍍和不銹鋼 泥已被列入
國家危險廢物名錄，屬第l9類表面處理廢物。2004年，寧波市環(huán)保局對本地區(qū)17家產生電鍍及不銹
鋼污泥的企業(yè)進行了初步調查，結果表明月產生含水率80％ 的污泥量約為1451．4噸，統(tǒng)計量約為本地
區(qū)產生總艇的三分之一，即本地區(qū)這種污泥的產生總量約為4354．2噸／月，相當于52250噸／年。
這 表面處理廢物含有難以降解的有害重金屬，如果不加處理即任意堆放或處簧不當將很有可能
對人體和生態(tài)環(huán)境造成嚴重且長期的二次污染。若將表面處理廢物廂作水泥 業(yè)原料，通過這一途徑
將其資源化利用，則既能有效消除此類危險廢物的危害，又能帶來一定的經濟效益，符合當今社會』i義
可持續(xù)發(fā)展觀的要求。 -
2技術可行性
首先，水泥回轉窯處髓危險廢物時具有比焚燒爐更加理想的焚燒條件 一：焚燒溫度蜓離，氣體和
物料的停留時問更長，焚燒狀態(tài)更穩(wěn)定，不會因為廢物投入量或性質的變化而造成較火溫度波動；窯
高濉氣體湍流強烈，使廢棄物焚燒更徹底；另外焚燒處置點多，適應性強。其次，征環(huán)境保護方 ，水泥
窯的 個系統(tǒng)在負壓 運行，有毒有害氣體不會溢出，．同．除塵效率高；水泥熟料煅燒魁在堿性氣氛F進
行的，使訂誨有害廢棄物中的氯、硫和氟等在窯內基本被完全中和吸收，轉化成無毒的氯化鈣、硫酸鈣和
氟化鈣，便于其廢氣的凈化(脫酸)處理，而且可以與水泥工藝過程一并進行；焚燒廢物的殘渣進入水泥
熟料，絕大部分螢金屬元素固定在熟料中，經驗證對水泥產品質量一般無不良影響，可燃性廢棄物還可
收稿臼期：2006—06—21
作者簡介： 立紅，男，寧波市固體廢物管理中心工程師
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l6 寧波工程學院學報 2006年第4期
代替部分燃煤和燃油，既處置了廢物，又節(jié)約了能源，一舉兩得。
利用水泥窯煅燒處理含微量重金屬的廢棄物時，宜選用新型干法水泥窯。新型干法窯的預熱器內
可在高溫和高濃度粉塵快速運動的條件下。形成大量的離子、電子云。重金屬微粒在電負性環(huán)境中與生
料粉塵吸附，一同進入水泥回轉窯。預熱器與回轉窯之間的循環(huán)稱之為內循環(huán)，一般90％ 以上的工業(yè)
污染物在內循環(huán)過程中被一次性帶入回轉窯煅燒。固溶于水泥熟料的晶格組織中 。少量重金屬微粒
會從預熱器系統(tǒng)溢出隨窯尾廢氣經增濕塔后進入集塵器，重金屬微粒和生料粉塵被收集后又返回生料
系統(tǒng)．最終與新加人生料一起，再次進入水泥回轉窯煅燒。這一過程稱之為外循環(huán)。因此微量的重金屬
元素最后幾乎全部固溶于水泥熟料晶格結構中。這一優(yōu)勢是一般專業(yè)焚燒爐和其它水泥窯型所無法相
比的。
舜江水泥有限公司日產2500t生產線是寧波地區(qū)唯一的一條新型干法水泥生產線。2004年，寧波
舜江水泥有限公司在寧波市環(huán)保局的鼓勵支持下，開始進行利用水泥回轉窯焚燒表面處理廢物的研究，
經一年的實驗室實驗和工業(yè)試驗，2005年獲批準立項，省環(huán)保局為其核發(fā)危險廢物經營許可證。開始進
行工業(yè)化處理。
3生產過程污染控制
表而處理廢物在水泥回轉窯內煅燒過秤中產生的有害重金屬微粒，會以富集的形式與工業(yè)粉塵一
起排放。利用水泥同轉窯處置危險廢物應在污染物排放限量允許的前提下進行¨l。2004年10月28日
至l1月2日，舜江水泥有限公司進行了表面處理廢物的試燒工作，生料中的廢物摻加量為0．65％ ，當
地環(huán)境雌測部門對窯頭、窯尾進行了污染源排放監(jiān)測，排氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物、二惡
英均低于《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB4915—2004)中的規(guī)定，對于cu、zn、Ni、Cr、Cd、Pb等六
項重金屬污染物，監(jiān)測結果見表1。
表1 重金屬污染源排放監(jiān)測 單位：mg／m
監(jiān)測結果表明，各項污染物排放值均低于危險廢物焚燒排放標準。表面處理廢物的水分中含有硫
酸鈉、硝酸鈉，固體物中含有氟化鈣、各種金屬鹽及微量重金屬元素。在水泥回轉窯內煅燒處理過程中，
硝酸鈉被高溫分解后。其中的氮排人大氣，其余各項物質分解后分別成為水泥原料組分。煅燒生成水泥
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王立紅等：利用水泥回轉窯處鬣表面處理廢物的研究 17
熟料。在危險廢物無害化處理的同時。使廢棄物得到最大程度的資源化利用。
4產品安全性評價
混燒危險廢物所生產的水泥產品在使用過程中是否會給環(huán)境帶來安全方面的風險，這是目前普遍
關注的問題。受委托。清華大學環(huán)境工程系對舜江水泥有限公司摻加0．65％ 表面處理廢物試燒的水泥
產品采樣后，建立給水工程模型和健康風險評價模型定量評價了將該水泥產品應用于飲用水領域時可
能產生的環(huán)境風險。
設定一個主要由管網和調節(jié)池組成的給水系統(tǒng)。處理后的清水流經使用該水泥的管網和調節(jié)池，假
定處理后清水中評價元素的濃度為零，配送水過程中重金屬完全由該水泥制品浸出釋放貢獻，由給水工
程模型町計算出沒定的給水系統(tǒng)最終到人群飲用時的濃度。由健康風險評價模型可以評價【乇期飲用使
用潑水泥的給水系統(tǒng)供給的水對人體可能產生的健康風險。 ’
表2 摻加表面處理廢物試燒制成的水泥應用于給水系統(tǒng)時的環(huán)境風險表征
塒1 飲用水中各重金屬元素所引起的整體健康風險。假設各有害物質對人體健康危害的毒性作用
皋相加關系。麗不考慮協(xié)同或拈抗關系，則飲用水總的致癌風險為：成人為3．40 l0一，6一l2歲兒童8．
21×10一，2—6歲兒童7．44×10～；Ni、Cu、Zn、Pb總的非致癌風險指數為：成人為2．02×l0一，6—12
歲兒童4．87×l0一，2—6歲兒童4．41×10一。
在美國環(huán)保局(EPA)的致癌風險評價指南中，認為當年風險水平處于l0“時。該風險是可以接受
的 。本研究采用了國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的標準5．0×10～ ·a～。該標準嬰較EPA的可
接受風險水平嚴格 ‘。從表2町以看出將摻加0．65％ 表面處理廢物試燒制成的水泥用于陔設定給水
系統(tǒng)的斂癌風險及總的非致癌風險值均低于國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大可接受風險水
5．0×l0 ·a 。也就是說。從重金屬溶出的角度看。即使是在最敏感的飲用水應用領域。使用焚燒表
麗處理廢物制成的水泥、混凝土等水泥產品也是安全的。
5經濟性分析
要達到《危險廢物污染防治技術政策》中針對焚燒處置的要求，建造一條規(guī)范的危險廢棄物專用焚
燒處理線，單位基建投資額一般為200萬元／噸·日。利用水泥回轉窯處理危險廢物，可大幅度節(jié)約基
本建}殳投資，北京水泥廠在這方而的單位投資額為50萬元／噸·rJ。舜江水泥有限公司處理表面廢物項
目的單位投資額為l5萬元／噸-日。
專業(yè)焚燒爐要維持焚燒溫度l 100oc以上、物料停留時間2s的工況條件。需耗用大最柴油，導致運
行費用居高難下，單位處理費一般為3200元／噸。北京水泥廠的單位處理費為1400元／噸，本項目設定
的單位處坪贊為小于1000元／噸。
通過以』 分析可以看出，利用水泥網轉寤處理工業(yè)危險廢物，在經濟性方而有 蔣的優(yōu)越性，其他
處娜力‘式卜j之無法相比。
6結論
寧波舜江水泥有限公司進行的表面處理廢物混燒研究表明，在摻加0．65％表面處理廢物試燒水泥
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18 寧波工程學院學報 2006年第4期
熟料的過程中，六種重金屬元素的固定源排放濃度都小于《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》規(guī)定的排放
限值。無組織排放源在試燒前后濃度變化也極小，對環(huán)境影響很小。 ‘
將摻加0．65％的表面處理廢物試燒制成的水泥產品用于給水系統(tǒng)的環(huán)境風險分析表明。其致癌風
險及總的非致癌風險值均低于國際輻射防護委員會(ICRP)推薦的最大可接受風險水平。因此。從重金
屬溶出釋放的角度看，即使在最敏感的飲用水應用領域，混燒表面處理廢物制成的水泥也是可以放心使
用的。
我國已經把危險廢物管理、處理、處置和利用研究列為國家科技發(fā)展的重點之一。在采用焚燒技術
處娜危險廢物的問題上，目前基本有兩個發(fā)展方向，一是投大量資金建專業(yè)焚燒爐，另～ 個是利用水泥
回轉窯煅燒工豈。由：|f水泥企業(yè)在生產過程中具有處理廢物量大、投資少、運行費低、和窯內氣體溫度
高、滯留時間長、自凈化程度好、無二次污染、資源化利用等無可比擬的優(yōu)點。隨著有關理淪與實踐的發(fā)
展和成熟，后者在經濟性、防止二次污染、危險廢物無害化處理等方面會顯示出越來越大的優(yōu)勢。
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W ANG Li—hong‘
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stitute，Department of Environmental Science and Engineering，Tsinghua University。Beijing，1 00084，China)
Abstract：Advanced galvanization industrY and stainless steel industry have brought amount of surface treat—
men[waste to Ningbo area．Ningho Shunjiang Cement Company uses cement rotary kiln to incinerate the haz—
al dous waste． Fhe paper analyzcs and evaluates this method in the light of technical feasibility、pollution emis—
sion control during prodt,ction process、product safety and economic benefit as wel1．The analysis shows that
the cement rotary kiln incinerating sud~cc treatment waste is a safe and effective hazardous waste disposal
metho(】Which conforms to the loca1 situation．
Keywords：cement rotaty kiln，surface treatment waste，Shunjiang Cement Company

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