水泥窑共处置重金属固体废物技术研究

水泥窑共处置在重金属污染防治中的应用研究

王金华1*杨雪2姬成岗1

（1云南省环境科学研究院2云南省固体废物管理中心云南昆明650034）

摘要：简述了水泥窑共处置的优势。探讨了水泥窑共处置重金属固体废物的具体的处置条件、末端治理及在云南省的重金属污染防治中的应用。

关键词：水泥窑；重金属；污染防治

《重金属污染综合防治“十二五”规划》要求，重点区域重点重金属污染物排放量比2007年减少15％，非重点区域重点重金属污染物排放量不超过2007年水平。云南省被列入规划的有11个重点区域。

重金属固体废物是重金属污染的主要组成部分。重金属固体废物污染防治技术主要包括资源化冶炼处理、水泥窑共处置、植物修复和稳定化固化处理等[1]。低含量重金属污染土壤采用植物修复；高含量重金属固废采用资源化处理提取有价金属；中低含量的重金属固废适合采用水泥窑共处置。

1水泥窑共处置技术优势

水泥窑共处置重金属固体废物主要技术优势有以下几方面：

（1）处理温度高。水泥回转窑内物料温度在1450～1550℃[2]。

（2）焚烧停留时间长。水泥回转窑筒体长，重金属固体废物在回转窑高温状态下持续时间长，物料在窑内停留时间在40min以上。

（3）焚烧状态稳定，焚烧均匀。水泥回转窑是由金属筒体、内侧耐火砖层和结皮组成。其质量巨大，系统热惯性大，可维持均匀稳定的焚烧气氛。

（4）湍流程度良好。水泥窑内高温气体与物料流动方向相反，湍流强烈，有利于气固相的混合、传热、传质、分解、化合、扩散。

（5）碱性的煅烧环境。生产水泥采用的原料成分决定了在回转窑内是碱性气氛，能对燃烧后产生的酸性物质（如HCl、SO2和CO32-等）起中和作用，可以有效地抑制酸性物质的排放。

（6）固化重金属离子。水泥窑共处置可将重金属固体废物中的绝大部分重金属固化在熟料晶格中，避免其再度渗透和扩散污染水质和土壤[3.4]。

（7）投料处置点多。湿法窑、立波尔窑、预热器窑和带分解炉的预热器窑，整个系统都有不同高温投料点。

（8）污染指标低。水泥回转窑系统是负压状态运转，烟气和粉尘不会外溢。

（9）处理规模大。由于水泥窑具有焚烧空间大、运转率高（年运转率>85％），决定了水泥窑的废物处理规模较大。

（10）投资较小，运行经济。利用水泥回转窑处置重金属固废，虽然要在工艺设备和测

*作者简介：王金华1982年生，男，硕士研究生，主要从事重金属固体废物及危险废物处置技术研究工作。E-mail:***************

量设施上投入资金进行必要的改造，以适应应用重金属固废作为替代原料带来的技术和环境问题，但比新建专用焚烧厂大大节省了投资，且是在生产过程中附加处置，运行费用低。

水泥窑共处置具有以上多种优势，可处理重金属污染表土、含重金属冶炼固体废物等多中废物。

2水泥窑共处置条件

2.1处置废物类别

水泥窑共处置的重金属固体废物条件如下。

（1）Hg和Tl等易挥发性的重金属固体废物不适合水泥窑处置。主要是以为尾气中污染物Hg和Tl可能超标，引起二次污染[5]。

（2）重金属固体废物放射性比活度需符合《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566-2001）的相关标准要求。

（3）重金属污染表土的主要成分和粘土相似，CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3含量一般大于50%，可以作为替代部分粘土使用。

（4）含重金属Pb、As、Cd等的火法冶炼废渣，可当作含铁物料配料进入水泥熟料生产系统使用。

2.2水泥窑条件

林少敏[6]针对立窑、湿法回转窑和新型干法窑这三种不同类型的水泥窑在煅烧水泥熟料过程中Hg、Pb和Cd的逸放的研究表明，重金属在立窑中最高、湿法回转窑次之、新型敢发水泥窑最低。重金属固体废物处理对水泥窑要求很高，规模必须是2000t/d以上新型干法水泥回转窑；同时要求收尘效率高、废气处理彻底，防止排放有毒有害气体和重金属烟尘。

另外，虽然立窑是国家产业政策需要淘汰的窑型，但是适合处理含六价铬的固体废物。对于含六价铬的固体废物，利用燃烧不完全阶段CO的强还原气氛的立窑，使毒性强的六价铬还原毒性低的三价铬。

为符合处置重金属固体废物，新型干法水泥窑需要配备窑灰排放和旁路防风装置[5]，可防止重金属在回转窑系统过度富集。

2.3贮存设施

送入水泥企业的待处置的重金属固体废物，需根据《危险废物鉴别技术规范》（HJ/T 298-2007）、《危险废物鉴别标准》（GB5085.1-7，2007）进行危险废物鉴别，判定其属性。若为危险废物，则其贮存设施必须符合《危险废物贮存污染控制标准》（GB18597－2001）要求。

贮存库的基本要求是防风、防雨、防渗。对于有渗滤液渗出的废物必须在贮存库低位设置渗滤液收集池，并定期处理。贮存设施应根据废物的不同处置方式，合理设置分区；根据处置能力的大小设置库容[7]。

2.4投加位置

水泥窑共处置重金属固体废物的投加位置有：生料破碎处、生料均化处、窑尾预热系统、窑尾烟气室和熟料磨等位置。

根据废物所含的重金属种类和含量高低来选择处理处置投加位置。砷的化合物的易挥发，含砷废物投加位置应为窑尾烟室。含铅、镉污染土壤，其成分和粘土相似，根据其粒径分布，投加位置可为生料破碎处或生料均化处。含砷、铅、镉的火法冶炼废渣，因其经过火法煅烧，可直接送熟料磨作为水泥配料使用。

2.5水泥配料设计

重金属固体废物进入水泥窑共处置，必须满足水泥生产的配料率值的要求。为了满足窑尾烟气中重金属排放浓度达到《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》（GB 30485-2013）的要求和水泥产品《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）的要求，投加的重金属与生料比例上限必须满足《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》（HJ 662-2013）的要求。

2.5人员素质

对于处置重金属固体废物水泥窑共处置的企业，需配备冶金、环境工程和分析化学等专业技术人才。处置重金属危险废物的企业必须具有3名以上环境工程专业中级以上职称的专业技术人员[7]。重金属固体废物水泥窑共处置的相关人员须接受培训，了解和掌握废物的理化性质、危险特性、处置原理、操作规程、职业卫生防护以及应急处理等，培训合格后方能上岗。

2.6台账管理

重金属固体废物对环境的污染隐患较大，需要建立重金属固体废物台帐管理制度。记录上须注明废物的名称、来源、数量、特性、入库日期、存放库位、废物出库日期及接收车间名称等。

3水泥窑共处置末端治理

水泥窑共处置重金属固体废物的污染末端治理主要包括：贮存库渗滤液的处理、窑尾含重金属烟气处理[8]。

贮存库渗滤液收集后可采用化学沉淀、电絮凝沉淀、离子交换和吸附等工艺技术来处理；产生的重金属污泥，经干化后送水泥窑共处置。

窑尾烟气应采用增湿急冷，使重金属冷凝沉降后进入布袋收尘器收集[9]。含重金属的烟尘必须采用窑灰排放和旁路防风的形式开路[10]。开路出来的烟尘根据重金属含量可送冶炼企业提取有价金属或采用水泥固化后填埋。

针对水泥窑共处置重金属固体废物的特性，制定窑尾烟气和水泥企业周边环境敏感点的环境监测计划，至少一年2次。

4重金属固体废物水泥窑共处置的应用

云南省是有色金属工业及化学工业较为发达，许多企业均产生重金属固体废物，这些废物一旦进入环境将对人类及生态环境产生危害。部分环保设施不完善的企业，已经对周边的