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利用水泥回轉(zhuǎn)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(lái)源： I．寧波市固體廢物管理中心，浙江寧波315012；2．清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系固體廢物處理處廈與資源化研究所，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(xué)院學(xué)報(bào)
JOURNA1 OF NINGBO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
VOl l 8 NO．4
D12,C．2006
利用水泥回轉(zhuǎn)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(xué)環(huán)境科學(xué)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(dá)的電鍍和幣銹鋼工業(yè)紿當(dāng)?shù)丨h(huán)境特來(lái)了大量的表面處理廢物。寧波舜江水泥公司采用水泥回
轉(zhuǎn)窯焚燒處置此類(lèi)廢物，本文從技術(shù)可行性、生產(chǎn)過(guò)程污染排放控制、產(chǎn)品安全性、經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，表
明利用水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒表面處理廢物是一種符合當(dāng)?shù)厍闆r，安全有效的危險(xiǎn)廢物處置方法。
關(guān)鍵詞：水泥回轉(zhuǎn)窯；表面處理廢物；舜江水泥公司
中圖分類(lèi)號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008—7109(2006)04—0015一O4
《危險(xiǎn)廢物污染防治技術(shù)政策》指出：危險(xiǎn)廢物的焚燒宜采用以旋轉(zhuǎn)窯、爐為基礎(chǔ)的焚燒技術(shù)，可根
據(jù)危險(xiǎn)廢物利 類(lèi)和特征選用其他不同爐型，鼓勵(lì)改造并采用生產(chǎn)水泥的旋轉(zhuǎn)窯、爐附燒或?qū)ｋU(xiǎn)廢
物。發(fā)達(dá) 家利用水泥窯焚燒廢物已經(jīng)有20多年的歷史，形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，
在發(fā)達(dá) 家的危險(xiǎn)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(shí)踐的發(fā)展及國(guó)內(nèi)
相關(guān)環(huán)保法規(guī)的健全，該項(xiàng)技術(shù)在環(huán)境性和經(jīng)濟(jì)性?xún)煞矫娑急憩F(xiàn)出了明顯優(yōu)勢(shì)。
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(dá)，對(duì)發(fā)展地區(qū)經(jīng)濟(jì)和提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)整體水平起著積檄作川，
但伴隨 來(lái)的電鍍工業(yè)和不銹鋼工業(yè)污泥也構(gòu)成了污染環(huán)境的重要兇素。電鍍和不銹鋼 泥已被列入
國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄，屬第l9類(lèi)表面處理廢物。2004年，寧波市環(huán)保局對(duì)本地區(qū)17家產(chǎn)生電鍍及不銹
鋼污泥的企業(yè)進(jìn)行了初步調(diào)查，結(jié)果表明月產(chǎn)生含水率80％ 的污泥量約為1451．4噸，統(tǒng)計(jì)量約為本地
區(qū)產(chǎn)生總艇的三分之一，即本地區(qū)這種污泥的產(chǎn)生總量約為4354．2噸／月，相當(dāng)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(dāng)將很有可能
對(duì)人體和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重且長(zhǎng)期的二次污染。若將表面處理廢物廂作水泥 業(yè)原料，通過(guò)這一途徑
將其資源化利用，則既能有效消除此類(lèi)危險(xiǎn)廢物的危害，又能帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益，符合當(dāng)今社會(huì)』i義
可持續(xù)發(fā)展觀的要求。 -
2技術(shù)可行性
首先，水泥回轉(zhuǎn)窯處髓危險(xiǎn)廢物時(shí)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(shí)問(wèn)更長(zhǎng)，焚燒狀態(tài)更穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)閺U物投入量或性質(zhì)的變化而造成較火溫度波動(dòng)；窯
高濉氣體湍流強(qiáng)烈，使廢棄物焚燒更徹底；另外焚燒處置點(diǎn)多，適應(yīng)性強(qiáng)。其次，征環(huán)境保護(hù)方 ，水泥
窯的 個(gè)系統(tǒng)在負(fù)壓 運(yùn)行，有毒有害氣體不會(huì)溢出，．同．除塵效率高；水泥熟料煅燒魁在堿性氣氛F進(jìn)
行的，使訂誨有害廢棄物中的氯、硫和氟等在窯內(nèi)基本被完全中和吸收，轉(zhuǎn)化成無(wú)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(guò)程一并進(jìn)行；焚燒廢物的殘?jiān)M(jìn)入水泥
熟料，絕大部分螢金屬元素固定在熟料中，經(jīng)驗(yàn)證對(duì)水泥產(chǎn)品質(zhì)量一般無(wú)不良影響，可燃性廢棄物還可
收稿臼期：2006—06—21
作者簡(jiǎn)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(xué)院學(xué)報(bào) 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(shí)，宜選用新型干法水泥窯。新型干法窯的預(yù)熱器內(nèi)
可在高溫和高濃度粉塵快速運(yùn)動(dòng)的條件下。形成大量的離子、電子云。重金屬微粒在電負(fù)性環(huán)境中與生
料粉塵吸附，一同進(jìn)入水泥回轉(zhuǎn)窯。預(yù)熱器與回轉(zhuǎn)窯之間的循環(huán)稱(chēng)之為內(nèi)循環(huán)，一般90％ 以上的工業(yè)
污染物在內(nèi)循環(huán)過(guò)程中被一次性帶入回轉(zhuǎn)窯煅燒。固溶于水泥熟料的晶格組織中 。少量重金屬微粒
會(huì)從預(yù)熱器系統(tǒng)溢出隨窯尾廢氣經(jīng)增濕塔后進(jìn)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(jìn)入水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒。這一過(guò)程稱(chēng)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(jié)構(gòu)中。這一優(yōu)勢(shì)是一般專(zhuān)業(yè)焚燒爐和其它水泥窯型所無(wú)法相
比的。
舜江水泥有限公司日產(chǎn)2500t生產(chǎn)線是寧波地區(qū)唯一的一條新型干法水泥生產(chǎn)線。2004年，寧波
舜江水泥有限公司在寧波市環(huán)保局的鼓勵(lì)支持下，開(kāi)始進(jìn)行利用水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒表面處理廢物的研究，
經(jīng)一年的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)，2005年獲批準(zhǔn)立項(xiàng)，省環(huán)保局為其核發(fā)危險(xiǎn)廢物經(jīng)營(yíng)許可證。開(kāi)始進(jìn)
行工業(yè)化處理。
3生產(chǎn)過(guò)程污染控制
表而處理廢物在水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒過(guò)秤中產(chǎn)生的有害重金屬微粒，會(huì)以富集的形式與工業(yè)粉塵一
起排放。利用水泥同轉(zhuǎn)窯處置危險(xiǎn)廢物應(yīng)在污染物排放限量允許的前提下進(jìn)行¨l。2004年10月28日
至l1月2日，舜江水泥有限公司進(jìn)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(dāng)
地環(huán)境雌測(cè)部門(mén)對(duì)窯頭、窯尾進(jìn)行了污染源排放監(jiān)測(cè)，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(biāo)準(zhǔn)》(GB4915—2004)中的規(guī)定，對(duì)于cu、zn、Ni、Cr、Cd、Pb等六
項(xiàng)重金屬污染物，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 重金屬污染源排放監(jiān)測(cè) 單位：mg／m
監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，各項(xiàng)污染物排放值均低于危險(xiǎn)廢物焚燒排放標(biāo)準(zhǔn)。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(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒處理過(guò)程中，
硝酸鈉被高溫分解后。其中的氮排人大氣，其余各項(xiàng)物質(zhì)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(zhuǎn)窯處鬣表面處理廢物的研究 17
熟料。在危險(xiǎn)廢物無(wú)害化處理的同時(shí)。使廢棄物得到最大程度的資源化利用。
4產(chǎn)品安全性評(píng)價(jià)
混燒危險(xiǎn)廢物所生產(chǎn)的水泥產(chǎn)品在使用過(guò)程中是否會(huì)給環(huán)境帶來(lái)安全方面的風(fēng)險(xiǎn)，這是目前普遍
關(guān)注的問(wèn)題。受委托。清華大學(xué)環(huán)境工程系對(duì)舜江水泥有限公司摻加0．65％ 表面處理廢物試燒的水泥
產(chǎn)品采樣后，建立給水工程模型和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型定量評(píng)價(jià)了將該水泥產(chǎn)品應(yīng)用于飲用水領(lǐng)域時(shí)可
能產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
設(shè)定一個(gè)主要由管網(wǎng)和調(diào)節(jié)池組成的給水系統(tǒng)。處理后的清水流經(jīng)使用該水泥的管網(wǎng)和調(diào)節(jié)池，假
定處理后清水中評(píng)價(jià)元素的濃度為零，配送水過(guò)程中重金屬完全由該水泥制品浸出釋放貢獻(xiàn)，由給水工
程模型町計(jì)算出沒(méi)定的給水系統(tǒng)最終到人群飲用時(shí)的濃度。由健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型可以評(píng)價(jià)【乇期飲用使
用潑水泥的給水系統(tǒng)供給的水對(duì)人體可能產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)。 ’
表2 摻加表面處理廢物試燒制成的水泥應(yīng)用于給水系統(tǒng)時(shí)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)表征
塒1 飲用水中各重金屬元素所引起的整體健康風(fēng)險(xiǎn)。假設(shè)各有害物質(zhì)對(duì)人體健康危害的毒性作用
皋相加關(guān)系。麗不考慮協(xié)同或拈抗關(guān)系，則飲用水總的致癌風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)指數(shù)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(guó)環(huán)保局(EPA)的致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指南中，認(rèn)為當(dāng)年風(fēng)險(xiǎn)水平處于l0“時(shí)。該風(fēng)險(xiǎn)是可以接受
的 。本研究采用了國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)推薦的標(biāo)準(zhǔn)5．0×10～ ·a～。該標(biāo)準(zhǔn)嬰較EPA的可
接受風(fēng)險(xiǎn)水平嚴(yán)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(shè)定給水
系統(tǒng)的斂癌風(fēng)險(xiǎn)及總的非致癌風(fēng)險(xiǎn)值均低于國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水
5．0×l0 ·a 。也就是說(shuō)。從重金屬溶出的角度看。即使是在最敏感的飲用水應(yīng)用領(lǐng)域。使用焚燒表
麗處理廢物制成的水泥、混凝土等水泥產(chǎn)品也是安全的。
5經(jīng)濟(jì)性分析
要達(dá)到《危險(xiǎn)廢物污染防治技術(shù)政策》中針對(duì)焚燒處置的要求，建造一條規(guī)范的危險(xiǎn)廢棄物專(zhuān)用焚
燒處理線，單位基建投資額一般為200萬(wàn)元／噸·日。利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理危險(xiǎn)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(wàn)元／噸·rJ。舜江水泥有限公司處理表面廢物項(xiàng)
目的單位投資額為l5萬(wàn)元／噸-日。
專(zhuān)業(yè)焚燒爐要維持焚燒溫度l 100oc以上、物料停留時(shí)間2s的工況條件。需耗用大最柴油，導(dǎo)致運(yùn)
行費(fèi)用居高難下，單位處理費(fèi)一般為3200元／噸。北京水泥廠的單位處理費(fèi)為1400元／噸，本項(xiàng)目設(shè)定
的單位處坪贊為小于1000元／噸。
通過(guò)以』 分析可以看出，利用水泥網(wǎng)轉(zhuǎn)寤處理工業(yè)危險(xiǎn)廢物，在經(jīng)濟(jì)性方而有 蔣的優(yōu)越性，其他
處娜力‘式卜j之無(wú)法相比。
6結(jié)論
寧波舜江水泥有限公司進(jìn)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(xué)院學(xué)報(bào) 2006年第4期
熟料的過(guò)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(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的排放
限值。無(wú)組織排放源在試燒前后濃度變化也極小，對(duì)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(chǎn)品用于給水系統(tǒng)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析表明。其致癌風(fēng)
險(xiǎn)及總的非致癌風(fēng)險(xiǎn)值均低于國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)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(yīng)用領(lǐng)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(guó)已經(jīng)把危險(xiǎn)廢物管理、處理、處置和利用研究列為國(guó)家科技發(fā)展的重點(diǎn)之一。在采用焚燒技術(shù)
處娜危險(xiǎn)廢物的問(wèn)題上，目前基本有兩個(gè)發(fā)展方向，一是投大量資金建專(zhuān)業(yè)焚燒爐，另～ 個(gè)是利用水泥
回轉(zhuǎn)窯煅燒工豈。由：|f水泥企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中具有處理廢物量大、投資少、運(yùn)行費(fèi)低、和窯內(nèi)氣體溫度
高、滯留時(shí)間長(zhǎng)、自?xún)艋潭群?、無(wú)二次污染、資源化利用等無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。隨著有關(guān)理淪與實(shí)踐的發(fā)
展和成熟，后者在經(jīng)濟(jì)性、防止二次污染、危險(xiǎn)廢物無(wú)害化處理等方面會(huì)顯示出越來(lái)越大的優(yōu)勢(shì)。
參考文獻(xiàn)：
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Study On DisposM of Surface Processing W tmte with Rotary Cement Kiln
W ANG Li—hong‘
，JIN Yi—ying 。ZIIANG Ju．一li
(1．Solid Waste Management Center of Ningbo，Ningbo，Zhejiang，3 1501 2，China；2 Solid Waste In—
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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