水泥窑协同处置危险废物全过程污染控制方案思考

1引言

新型干法水泥窑协同处置固体废物是近年来在我国发展较快，深受鼓励的一种新型绿色循环低碳经济产业。其在固体废物减量化、处置成本低、环境污染轻等方面具备很大的优势，我国目前水泥窑协同处置技术已达到国际领先水平。2017 年12月23 日，全国水泥窑协同处置创新发展大会在北京成功召开，大会主旨是水泥窑协同处置创新发展和水泥工业走绿色环保、可持续发展之路，这为水泥窑协同处置发展再次吹响了号角。根据2017 年新疆环境统计数据，自治区危险废物产生共计约219.3 万吨，但目前全疆仅库车红狮水泥窑协同处置工程基本建成，尚未有正式投产的协同处置企业。因此，全面推进水泥窑协同处置危险废物具有广阔的前景。

利用水泥窑高温焚烧彻底分解各种难降解的有机物，虽然可以有效解决传统直接焚烧固体废物产生的二次污染问题，但在协同处置过程中，预处理及煅烧系统依然会再次产生大气污染物排放，包括烟尘、SO2、NOx、HF、HCl、重金属、二噁英等多种类型。因此，在实际生产运行中最大限度降低污染问题也尤为重要。

利用新型干法水泥水泥窑协同处置危险废物，必须遵循全过程污染控制原则，按照污染控制节点划分，可以分为预处理阶段控制、入窑焚烧前端控制和入窑焚烧末端尾气控制三部分。

2预处理阶段污染控制方案

水泥窑协同处置危险废物的技术关键包括三方面：一是根据废物的不同种类与不同形态，分别采取不同的预处理方式对待烧物进行调配，将其调配到容易输送且能满足新型干法水泥窑协同处置的需要。二是根据预处理后废物的形态、化学成份、热值以及物化性能等情况，选择进入新型干法水泥窑系统的合理方式及技术装备。三是根据既有的新型干法水泥窑实际运行情况，针对不同的处理种类，选择合理的处置量，以确保新型干法水泥窑能处于最佳运行工况。

2.1预处理技术要求

（1）处置危险废物前，应预先进行配伍实验。企业应配套基本实验室。

（2）危险废物破碎、研磨、混合等预处理车间，需保证车间及设备的密闭性，同时，对操作人员需要配备防护与隔离措施。

（3）含挥发性和半挥发性有毒有害成分的危险废物的预处 理车间需规范配套通风换气系统，并对车间挥发性有机废气配套设置废气处理系统，以及挥发性有机废气导入水泥窑焚烧处置系统。

（4）保证预处理设施材料具备耐腐蚀安全性，防止危险废物与其发生任何化学反应。

2.2预处理技术方案

危险废物从形态上分类，包括固态、半固态和液态三种。预处理的目的主要是为了使不满足入窑要求的入厂废物转变为均质性、物理特性和化学组成满足入窑要求的入窑废物，满足已有设施输送、投加的要求。

（1）液态危险废物：预处理工艺主要包括来料接收除杂、储 存和入窑处置三部分。其中除杂尤为重要，废液来料首先进入系统除杂器，除杂器设置有过滤筛网，废液通过筛网实现除杂功能后再泵往储罐暂存。如遇到废酸、废碱时，需进行酸碱中和反应，经检测液体呈中性后，方可由废液输送系统喷入窑头或分解炉投加口。

（2）半固态危险废物：预处理包含上料、破碎、搅拌预处理三部分。水泥企业根据半固态危废来料情况，一部分含杂物多的半固态危废需要进行预处理，预处理后入窑处置；另一部分含杂物少的半固态危废不需要进行预处理，可直接进入半固态处置车间污泥仓，然后泵送入窑处置。

（3）固态废物：预处理系统主要包含分拣/破碎和上料两个部 分。固态危险废物进入预处理车间后首先进行人工分拣，对不需要预处理的危废直接进入固态危险废物处置系统，需要预处理的危险废物进入固态危险废物预处理系统，破碎后输送至缓冲仓储存或送分解炉入窑处理。

3入窑焚烧前端污染控制方案

危险废物入窑前端污染控制，主要包括通过控制入炉废物种类、废物中有害元素的投料速率及投料点的选择三种方式进行控制。

3.1入炉废物种类控制

与专业危险废物焚烧炉相比较，新型干法水泥窑协同处置系统没有专门针对焚烧烟气净化的烟气处理系统。因此，并非所有种类的危险废物都能入窑处置，在入窑废物的种类选取及特性控制需严格把关，应按照《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》，对入窑危险废物进行准入评估，如对易燃易爆、放射性、反应性等危险废物严禁入窑。此外，还需判定其他入窑危险废物的化学组成及物理特性，应具有相对稳定性，对其他类别废物在入窑之前进行必要的预处理。

3.2危险废物中有害元素的投加速率控制

水泥窑协同处置危险废物污染控制的重要手段之一是控制入窑废物中有害元素（重金属、氯、氟、硫等）的投加速率。通过前端不同的预处理，调整危险废物中有害元素的投加速率，使其控制在后端烟气处理可接受范围之内，确保最终烟气污染物达标排放。

3.3危险废物投料点的选择

水泥窑协同处置的投料点主要有以下三处：①窑头高温段：包括主燃烧器投加点和窑门罩投加点；②窑尾高温段：包括预分解炉、窑尾烟室和上升管道投加点；③生料配料系统（生料磨）。如新疆库车红狮水泥协同处置项目在上述三个位置共设计了6 个投料点。

在具体投料时，需根据待处理危险废物的特性、投加位置的温度和停留时间等参数合理选择投料点。例如含高氯、高毒、难降解有机物质的危险废物适宜从窑头的主燃烧器进行投料。

此外，前端污染控制时还应关注预处理车间有机废气的控制。预处理车间根据储存危险废物种类的不同，需要设置液体、固体、半固体危险废物暂存库。在危险废物暂存库内需设计温度控制设备及防渗设施、在液体储罐区分别设置围堰以及备用罐，气体导出口、安全照明和观察窗口、应急防护设施、隔离设施、报警装置和防风、防晒、防雨设施、消防设施和通风系统等。危废暂存库和预处理车间均为全密闭，车间内呈负压状态，在车间设置吸风口，NH3、H2S、非甲烷总烃等无组织废气通过风口、输送风管和风机被收集后，应送往水泥窑篦冷机焚烧处置；在水泥窑停窑或检修不能处置危废的非正常工况下，则应采取布袋除尘器+活性炭吸附后经过排气筒高空排放。

4入窑末端污染控制方案

入窑末端控制重点在于确保最终烟气污染物达标排放，同时保证水泥产品质量和环境安全性。

4.1烟气污染物排放控制方案分析

一般来说，协同处置不再增设末端烟气净化的烟气处理系统，污染控制主要在于做好以下几点。

（1）重金属。把控危险废物中重金属和氯的投加速率。两 者具有相关性，入窑危险废物中重金属的投加量及投加速率可以直接影响窑尾烟气中重金属的浓度，且危险废物中含氯物质的投加速率还会影响重金属的挥发特性及其在窑内的高温固化程度。

对于重金属的投加速率应通过试烧数据确定。假设不考虑重金属在水泥中的固化率，重金属全部挥发通过烟气排放，采用物料衡算法，根据吨产品熟料产生烟气排放量以及出口烟尘浓度限值，可计算出吨产品熟料生产需要控制的重金属投加量，再根据水泥窑协同处置生产线的小时熟料生产量，核算出重金属投加速率。

（2）二噁英。水泥窑协同处置危险废物基于依托窑内的高 温氧化作用，高温焚烧会彻底分解物料带入的二噁英，因此水泥窑最终二噁英产生原因主要是窑系统内的二次合成反应。其中水泥窑预热器上部、烟气除尘设备等低温部位区可能发生二噁英合成反应。

二噁英合成温度区间是200-450℃，需要控制好窑炉尾气急冷温度、时间以及含氯物质投料速率。可充分利用协同处置回转窑的尾气急冷设施，减少烟气停留时间，烟温迅速从450℃降到200℃；控制投料的氯含量；采用高效布袋除尘器提高二噁英粉尘去除效率。

（3）SO2、HF 和HCl 等酸性气体。利用水泥窑内的碱性环境，可以有效中和绝大部分SO2、HF 和HCl 等酸性气体，因此协同处置危废对窑尾烟气排放浓度无影响。但危险废物中Cl、F 含量会对回转窑系统结皮和水泥品质有一定影响，应通过投入速率加以控制。

4.2 水泥产品环境安全性控制方案分析

水泥窑协同处置对水泥产品环境安全影响因素主要是产品中重金属含量，由于不同的窑型和不同温区投料点具有不同的温度分布和停留时间，使重金属在熟料中的固化形式不同，而固化形式直接影响水泥产品中重金属的浸出特性。

控制方案首先要求炉型选择新型干法水泥窑，单线熟料生产规模不得小于4000 吨/日（根据生态环境部环办科技函[2018]302 号精神，全国各地执行时可酌情处理，但单线不得小于2000 吨/日）。其次投料点宜选择高温段窑尾，如选择窑头投入，则应 喷入到固相反应带，强化重金属固化。其三由于重金属和Cl 的投加速率直接影响熟料和水泥产品中重金属含量，故需通过试烧实验确定合适的重金属和氯的投加速率。

5 企业废气全过程控制措施

5.1 预处理车间废气治理措施

（1）对危废预处理车间实行严格的密闭设计，控制恶臭废气无组织排放。

（2）在危废预处理车间内上方适当位置布置吸风口，用轴流风机将危废预处理车间内空气吸入水泥窑高温区焚烧，使整个危废预处理车间达到微负压。为避免危废运输车频繁进出危废预处理车间造成恶臭外逸，应设置电动卷闸门，不仅自动开启， 且在门上自带气帘，以免危废预处理车间的臭气外逸影响环境。

（3）正常情况下，预处理车间废气经管道收集抽至水泥窑内焚烧分解。停窑时挥发性有机废气治理可采取袋式除尘器+光 触媒装置，或者采用除尘过滤网+ 活性炭纤维吸附装置进行处置。

（4）厂区内及周边加强绿化设计，选择一些耐酸，对硫化氢 等恶臭废气有一定的吸附作用的植被作为绿化树种。

5.2 水泥窑烧成系统废气污染物控制措施

（1）烟尘、SO2 和NOx。水泥窑及窑尾余热利用系统采用高效布袋除尘器作为烟气除尘设施，除尘效率大于99.9%，可满足 GB 4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》中颗粒物≤30mg/m3(重点区域≤20mg/m3）标准要求。

水泥回转窑烧成过程中窑内存在大量的氧化钙和碱性氧化物，大部分产生的SO2将被吸收形成硫酸钙以及亚硫酸钙等中间物质，吸硫率约95%~100%，废气又经增湿塔装置后可去除50%以上，SO2 的实际排放量甚微，可以满足GB 4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》中SO2≤200mg/Nm3 (重点区域≤100mg/m3）限值要求。

Nox 排放量与窑内温度、通风量关系密切，依托水泥生产线脱硝系统处理，可满足GB 4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》中NO2≤400mg/m（3 重点区域≤320mg/m3）限值要求。

（2）HF和HCl。水泥生产线窑尾除尘设施为布袋除尘器，对氟尘去除效率高，可满足GB 30485-2013《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》中HF≤1mg/Nm3控制限值。水泥窑协同处置禁止含氯高的医疗垃圾等危险废物进入，通常可满足GB 30485-2013《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》中HCl≤10mg/Nm3限值要求。

（3）重金属。由水泥生产所需的常规原燃料和危险废物带 入窑内的重金属部分随烟气排入大气，部分进入熟料，部分在窑内不断循环累积。通过试烧实验，根据水泥窑产量合理确定含重金属危险废物投加量、投加速率、常规原料和燃料比例。经窑内高温固化，重金属排放浓度可满足《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》限值要求。

（4）二噁英类。在水泥窑内的高温氧化作用下，由燃料带入的二噁英会彻底分解，在水泥熟料煅烧过程中极少或不会产生二噁英/呋喃。对可燃废物中可能带入的持续性有机污染物，在水泥窑的工艺生产过程中99.999% 都会被分解去除。

6 结束语

大力开展水泥窑协同处置危险废物是加快生态文明体制改革、建设美丽中国的具体体现，是推进水泥行业转型升级、绿色发展的重要举措。只有加强协同处置企业生产的全过程污染控制环境管理，科学生产，才能使水泥窑协同处置行业为社会环保和绿色生态发展所做出的重要贡献。

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