利用水泥回轉窯焚燒工業有毒有害廢棄物
工業有害廢棄物是根據國家統一規定的鑒別方法和鑒別標準認定的，是具有各種毒性、易燃性、腐蝕性、反應性等有害特性之一，并對人體健康和環境可能造成即時或潛在危害的固態、液態、半固態的廢棄物(不含多氯聯苯)。這些廢棄物已列入國家和地方有害廢棄物名錄。
有害廢棄物管理是一個全球性的環境問題。目前，我國有害廢棄物的年產生量約3000萬t，約占工業固體廢棄物年產生量的3%～5%。但我國至今仍未建立起廢棄物最小量化管理制度，至今沒有一個有害廢棄物區域性集中焚燒廠。目前僅在深圳建有1座符合安全標準的有害廢棄物填埋場(1995年建成)，但處理量僅有2萬t。因此，有害廢棄物處置和處理矛盾突出、問題嚴峻。為此《中國二十一世紀議程》中已經強調“重點開發研究有害廢棄物風險評價技術、含重金屬及廢料回收利用技術，以及區域性集中式有害廢棄物安全填埋場和焚燒廠的工程建設技術”(19.15.b)。本文就工業有害廢棄物焚燒條件和利用水泥廠回轉窯系統進行焚燒作一分析探討。
1.工業有害廢棄物焚燒條件
焚燒有害廢棄物是目前國際上最有效的處置方法，但其技術要求通常高于其它的處理措施，具體表現在以下幾方面。
——對強酸、強堿等廢棄物，在焚燒前必須進行預處理；對焚燒處理后的廢渣，不得排放、不能形成二次污染。
——處理過程的技術要求高。
(1)焚燒溫度高。一般碳氫廢棄物的焚燒溫度要求900℃～1100℃，對難于處理的廢棄物則要達1200℃～1400℃。
(2)反應應充分。要求被焚燒的廢棄物在爐內滯留時間要長，應達20～30min；廢氣在高溫區滯留時間應≥2s；要求過剩空氣量大，爐內應有湍急氣流使廢棄物能被充分焚燒，反應完全。
(3)廢棄物經高溫焚燒后，必須進行快速冷卻。因為若采用緩冷，在200℃～300℃溫度段易形成二堊英而產生環境污染。廢氣中二堊英及粉塵排放標準見表1。
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表1 焚燒系統的廢氣排放標準(標況下)
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(4)粉塵排放要求嚴。此外，整個焚燒系統必須負壓操作。
2.水泥回轉窯焚燒工業有害廢棄物的優勢和應用概況
有害廢棄物的焚燒可采用兩種技術：一是建造專業焚燒爐，二是利用水泥廠回轉窯。隨著技術和研究的不斷提高和深入，后者在經濟性、防止二次污染、廢物無害化處理的徹底性等多方面均顯示出越來越大的優勢。首先，水泥回轉窯內溫度高，煙氣和物料溫度最高分別達到1750℃和1450℃，而焚燒爐內煙氣和物料溫度最高只能達到 1200℃和850℃；其次，水泥回轉窯內煙氣滯留時間長，其中煙氣溫度高于1100℃就達4s以上，且窯內物料不斷懸浮、翻滾，高溫煙氣湍流激烈，有利于有害廢棄物的完全焚燒，而焚燒爐中煙氣溫度高于1100℃僅2s。此外，有害廢棄物中可燃部分可作為熟料燒成用燃料，經充分燃燒分解為無害氣體；煙氣中有害粉塵經回轉窯窯尾收塵器處理可以達到安全排放；焚燒殘渣參與熟料形成的固相液相反應，成為熟料礦物組成而被固定在熟料礦相中。
實際上，利用水泥回轉窯焚燒處理有害廢棄物在國際上已有大量實踐。值得借鑒的是，歐美等國將多種有害廢棄物稱為“二次燃料”，水泥廠利用“二次燃料”煅燒水泥熟料可節約天然能源并降低CO2的排放量。這種提法比水泥廠焚燒有害廢棄物積極主動。作者認為：如果考慮到原材料的替代作用，則可從更高層次來認識“利用水泥廠回轉窯系統焚燒工業有害廢棄物”，它實際上是“環境保護—資源綜合利用”的綜合項目，這比“二次燃料”的提法更為積極主動。
1997年聯邦德國水泥工業使用“二次燃料”占15.8％，2000年提高到30％。這里的“二次燃料”包括了塑料、有毒廢棄物、廢舊輪胎、廢油等。利用1t廢油或1t廢塑料，可節約能源分別為2600MJ和13600MJ，并可減少CO2排放量分別為1740kg和2330kg；而廢氣中有機組分的排放量并不高于石化類燃料，且重金屬的排放量也并不嚴重。因為“二次燃料”的喂料量是可控的，其殘渣被固熔在熟料礦相中，但必須限制含揮發性物質(如水銀)廢棄物的利用。使用 “二次燃料”時對排放量的要求列于表2。
表2 水泥廠使用二次燃料排放限量
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3.北京市有害廢棄物分類
近十年來，北京市有害廢棄物的年產生量維持在25.5～36.5萬t水平，約占工業固體廢棄物產生總量的3％～4％。這些危險廢棄物的種類多、變化快，形態、成分復雜，危險特性各異，其產生源分散，且產生與排放方式又多種多樣。
根據工業有害廢棄物的特性，通常采用焚燒、填埋和生化技術這三種處理措施。即：對含有熱值的有機廢棄物(包括固體、液體和半固體狀污泥)，可采用焚燒處理法；對主要含重金屬的工業廢棄渣，因其不含或僅含微量有機物，若采用焚燒處理，既需消耗燃料又不能達到減容減量的焚燒目的，故通常采用先固化后填埋的處置措施；而對于有毒的水溶液，則通常采用生物處理方法。
采用水泥回轉窯焚燒有害廢棄物，則根據其在水泥生產中的作用，可將有害廢棄物分成以下三類：
第一類：用作二次燃料。對于含有熱值的有機廢棄物，包括固體、液體和半固體狀污泥，可作為水泥窯的“二次燃料”；
第二類：用作水泥生產原料。對于主要含重金屬的各種廢棄渣，盡管其不含或少含可燃物質，但可作為水泥生產原料來處理利用；而對于鹵素含量高的有機化合物和含鎂、堿、硫、磷等的廢棄物，由于其對水泥燒成工藝或水泥性能有一定影響，應該嚴格控制其焚燒喂入量。
第三類：對如含汞廢棄料等，則不宜入窯焚燒。
據上可將北京市工業有害廢棄物分類列于表3。
表3 北京市工業有害廢棄物分類(根據水泥工業特點分類)
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4.我國開展此項工作面臨的問題及對策
充分利用我國大量的水泥生產回轉窯系統來處理有毒有害廢棄物是一條切實可行的、先進的、符合我國國情的技術途徑，可實現廢棄物轉移、資源利用、環境零污染，社會效益凸現，并可有利于相關行業的可持續發展。雖然在美國及歐洲等發達國家利用水泥回轉窯焚燒處理有害廢棄物是一項較成熟可行的技術，而且已形成了從收集、運輸、貯存、配置、使用、監測等全過程管理監控社會化系統，有相應的環保法規及應用于水泥生產的技術要求。但在我國這方面的工作還僅僅是開始。因此要推廣這一技術，國家和企業都應高度重視，并輔以配套的政策，加大相關的技術研究和開發。
首先，在宏觀政策上，應有完善的相關政策和法規；應給予處理有毒有害廢棄物水泥生產企業明確的稅收減免政策；應扶持廢棄物的管理服務系統建設。
其次，對水泥生產企業來講，雖處理有毒有害廢棄物可以獲得直接的經濟效益，可以減少能源和資源的消耗，但首先其粉塵排放應達標，然后才能處理有毒有害廢棄物，以免二次污染。另外，目前的水泥企業還缺少相關的技術與裝備，缺少相應的生產操作和管理經驗。
第三，必須加強對水泥窯焚燒有毒廢棄物的生產可靠性和使用安全性的科學研究。前者包括處理種類和處理量對水泥熟料燒成的影響研究；后者包括對于進入水泥體系的重金屬元素，在各種各樣的使用條件下，在不同的環境介質中，能否不浸出、能否被長期安全地固化等。這些科學研究非常重要。
此外，根據我國國情，首先應選擇條件較好的水泥廠進行該項工作。目前，北京水泥廠、上海水泥聯合公司正在開展這一工作，在環保管理部門支持協調下有選擇地使用“二次燃料”和水泥代用原料；同時進行環保監測、處理技術(包括預處理技術和生產技術)和含重金屬水泥長期安全性研究。在此基礎上將總結經驗制定出相關法規、理順有關單位關系、完善服務機構。最后實現以點帶面，逐步向全國推廣，從而逐步使用所有有毒有害廢棄物。
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