水泥窯協(xié)同處置危險廢物技術及在石油化工行業(yè)的應用

王永利 郭秋月 李其彥 張澤新 李英華＊

（1 吉林金隅冀東環(huán)?？萍加邢薰?，吉林 永吉 132200；2 吉林化工學院，吉林 吉林132022）

0 引言

“十二五”期間，石油和化工行業(yè)固體廢物產(chǎn)生量極速上升，2015年固體廢物產(chǎn)生量3.7億噸，綜合利用量2.3億噸，綜合利用率60%，其中危險廢物產(chǎn)生量1164萬噸，綜合利用量640萬噸，綜合利用率55%[1]。國際能源署（IEA）發(fā)布的《世界能源展望2014年》報告稱，中國將在2030年前后成為全球最大石油需求國?！笆濉逼陂g，石油化工行業(yè)保持較快增速，同時也面臨環(huán)保趨嚴和質(zhì)量升級加快的雙重壓力。2020年，石油化工行業(yè)固體廢物處置利用率需達到85%，其中綜合利用率達到70%；危險廢物處置利用率需達到100%，其中綜合利用率達到65%[2]。為完成這個目標，除了強化企業(yè)的源頭管理、進行清潔生產(chǎn)減少產(chǎn)生量，還要在提高大宗工業(yè)固體廢物資源化利用、危險廢物的衛(wèi)生填埋和焚燒能力的同時發(fā)展新的處理處置技術。

由于石油化工行業(yè)危險廢物的成分復雜，危害嚴重，本文從危險廢物的處置入手，著重對水泥窯協(xié)同處置技術在該領域的應用進行探討。

1 我國危險廢物處置現(xiàn)狀

根據(jù)2018年《中國統(tǒng)計年鑒》，2017年全國危險廢物產(chǎn)生量為6936.9萬噸，較2016年增長29.73%。2012-2017年，危險廢物產(chǎn)量年復合增長率為15%。按照E20環(huán)境研究院等機構預測，到2020年，我國危險廢物產(chǎn)量或達1億噸。根據(jù)《全國大、中城市固體廢物污染環(huán)境防治年報》，2016-2018年我國大、中城市的危險廢物實際收集和利用處置規(guī)模和處置方式見表1所示。

表1 2016-2018年中國大、中城市危險廢物利用情況(萬噸)

由表1可見，這3年危險廢物的處置規(guī)模年均增長500萬噸以上，大多數(shù)處置方式的處置規(guī)模均有提高，綜合利用和水泥窯協(xié)同處置增幅較明顯，2018年的焚燒處置量增加。這說明我國對危險廢物的處理方式基本以無害化處理及資源化利用為主，焚燒項目加速，水泥窯協(xié)同處置作為新興補充技術占比逐年增加。

在我國的危險廢物中，工業(yè)危險廢物占比最大，在70%以上。根據(jù)《中國環(huán)境統(tǒng)計年報》，工業(yè)危險廢物產(chǎn)生量呈逐年增加趨勢，近5年的處置量和近4年的利用量均在遞增（見圖1）?？梢酝茰y，2020年工業(yè)危險廢物產(chǎn)生量會超過7000萬噸，說明有效利用和處置仍是未來處理工業(yè)危險廢物的主要途徑。

圖1 2011-2016年中國工業(yè)危險廢物產(chǎn)生量和處置利用情況

隨著我國危險廢物產(chǎn)生量的激增，工業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護的矛盾日益突出。政府出臺了一系列法律法規(guī)和行業(yè)政策支持、助推危險廢物處理行業(yè)的快速健康發(fā)展。危險廢物處理行業(yè)迎接機遇的同時，也面臨挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的危險廢物處置方式中，安全填埋存在費用高、占地面積大，選址嚴格等缺點；焚燒處置在某些發(fā)達國家處置率較高，但由于機器和運營成本大，在我國使用比例不高。在這種背景下，新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處置技術因其獨特優(yōu)勢，在廢物處理領域受到了越來越多的關注[3]。

2 水泥窯協(xié)同處置危險廢物的技術優(yōu)勢

使用新型干法水泥窯焚燒技術去除危險廢物是一種有效的處置方法。與傳統(tǒng)的老式焚燒爐相比，水泥窯協(xié)同處置技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面[4]：

1）處置溫度高

為符合水泥生產(chǎn)中熟料煅燒的要求，水泥窯中的物料燃燒應在1450℃左右。當溫度足夠高時，水泥窯中協(xié)同處置的危險廢物的有害成分能充分去除。而傳統(tǒng)焚化爐的最高溫度約1100℃，少數(shù)物質(zhì)并不能完全分解。

2）焚燒空間大

從實際應用角度看，一般回轉(zhuǎn)窯體直徑為3-5m，長度為45-100m，轉(zhuǎn)速為100-240r/h。在大空間水泥窯中進行焚化可保持相對穩(wěn)定、均勻和連續(xù)的焚化條件，保證了危險廢物處置的效率。

3）停留時間長

在水泥窯的中高溫區(qū)，危險廢物從爐尾到爐頭的停留時間超過半小時；在1300℃以上的高溫區(qū)的停留時長超過5秒鐘，時間條件進一步保證了危險廢物被充分焚化。

4）處置規(guī)模大

回轉(zhuǎn)窯全年運轉(zhuǎn)率通常大于90%，使得水泥窯的年度廢物處理規(guī)模較大。

5）環(huán)境效益高

水泥窯協(xié)同處置技術可以充分利用危險廢物中的成分代替部分燃煤而降低能耗，或代替部分水泥生料而減少原料消耗；可固化危險廢棄物中的重金屬，并在可燃礦物中保持穩(wěn)定狀態(tài)；可有效降低二噁英的產(chǎn)生，避免二次污染。

與傳統(tǒng)的固體廢物處置方法相比，水泥窯協(xié)同處置技術真正實現(xiàn)危險廢物的減量化、資源化和無害化，在同時創(chuàng)造經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益方面具有無可比擬的優(yōu)勢[5]。

3 水泥窯協(xié)同處置危險廢物的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 國外水泥窯協(xié)同處置有機固廢和危險廢物的現(xiàn)狀及應用

20世紀70年代，由于化石燃料價格上漲，國外水泥廠開始研究水泥窯協(xié)同處置廢物，目的是尋找具有熱值的廢物以替代傳統(tǒng)燃料以緩解能源危機。加拿大Lawrence水泥廠率先進行了可替代燃料和垃圾飛灰等危險廢物固化研究，其他國家也紛紛跟進。荷蘭是當前世界上水泥行業(yè)使用燃料替換率最高的國家；瑞士的燃料替代率也高達50%以上[6]；日本水泥廠在廢物利用和處理方面處于世界前列，廢物利用量持續(xù)增長，在替代原料中，高爐礦渣占比最多，占日本高爐礦渣總量的50%，其次是粉煤灰，占日本粉煤灰總量的60%，副產(chǎn)石膏利用量相當于日本水泥企業(yè)所需石膏用量的90%[7]。

3.2 國內(nèi)水泥窯協(xié)同處置有機固廢和危險廢物的現(xiàn)狀及應用

我國在這方面起步較晚，現(xiàn)在的協(xié)同處理行業(yè)情況依舊不能滿足廢物控制的需求，與發(fā)達國家相比仍有較大差距[8]。1998年，北京水泥廠有限公司首先嘗試使用回轉(zhuǎn)水泥窯去除有害廢料，例如油墨渣、樹脂渣、油漆渣和有機液體廢渣，并建造了我國危險廢物處置行業(yè)的第一條環(huán)境保護示范線。水泥生產(chǎn)中危險廢物處置技術和熟料煅燒技術有機結合的成功在全國有效處理危險廢物方面發(fā)揮了帶頭作用，在一些發(fā)達省份，水泥窯協(xié)同處置發(fā)展迅速，例如，截至2015年底，浙江省水泥窯的協(xié)同處置能力為18萬噸/年，占全省焚燒填埋處置能力和生產(chǎn)能力的50.67%[5]。2015年4月1日實施的《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術規(guī)范》規(guī)定了水泥窯協(xié)同處置固體廢物的鑒別和檢測、處置工藝技術和管理要求，規(guī)范了我國水泥行業(yè)在該領域的規(guī)范化和規(guī)?；l(fā)展。2017年，全國水泥窯協(xié)同處置創(chuàng)新發(fā)展大會公布了我國已建成約80條水泥窯處理線，批準的使用水泥窯處理危險廢物的能力每年超過150萬噸，截至2018年底，比上一年累計規(guī)模增加262萬噸[9]，除了處置規(guī)模，水泥窯協(xié)同處置的固體廢物的種類也在不斷增加。該技術不僅可以有效處理城市垃圾與污泥等一般固體廢物，也可以處理高爐礦渣和粉煤灰等工業(yè)固體廢物，還能為三峽庫區(qū)的漂浮物和突發(fā)事件產(chǎn)生的危險廢物提供安全環(huán)保的終端處理方法[7]。目前，國內(nèi)多家企業(yè)已經(jīng)申請獲批危險廢物經(jīng)營許可證，可以從事《國家危險廢物名錄》中多項危險廢物的收集和處置。

水泥窯協(xié)同處置技術為水泥制造企業(yè)提供了技術創(chuàng)新路徑，不僅解決了固體廢物處置難、污染重的問題，且投資少，運行成本低，這使得該行業(yè)在環(huán)保領域進行自我改造，并開始扮演“政府好幫手、城市凈化器”的角色。盡管我國此項技術還存在燃料替換率低、固廢預處理技術水平較低、制度不健全等不足，但相信會不斷發(fā)展。

4 石油化工行業(yè)固體廢物的水泥窯協(xié)同處置前景分析

石油化工行業(yè)的固體廢物產(chǎn)量大、種類多、危害大、處置難，如果處置不當，會破壞生態(tài)環(huán)境，制約可持續(xù)發(fā)展。目前，針對性質(zhì)不同的石油化工行業(yè)固體廢物，一般采取資源回收利用、填埋和焚燒等處置方式。對不能回收的危險廢物，很多歐洲國家采取焚燒處理的措施，日本的焚燒處理率也高達55%[2]。結合我國國情，傳統(tǒng)技術還不能完全滿足該行業(yè)迅猛發(fā)展帶來的危險廢物處置需求，需不斷技術創(chuàng)新，補充或替代原有技術。利用水泥窯協(xié)同處置石油與化工行業(yè)的危險廢物，含有大量有機物的，如油泥、廢活性炭，具有一定的熱值，可以替代部分燃料，可降低水泥窯協(xié)同處置的能耗；含有無機組分的，如廢催化劑、分子篩，可替代部分原料，能節(jié)約水泥生產(chǎn)的原料成本；含有氨基成分的，在水泥窯系統(tǒng)內(nèi)釋放出NH3與水泥窯內(nèi)NOx發(fā)生反應，從而降低煙氣中NOx的含量，可減少脫硝原料氨水的環(huán)保投入，同時，還從根本上降低了危險廢物二次污染的環(huán)境風險。以吉林某石化企業(yè)為例，在年均30萬噸的危險廢物中，有5.4萬噸符合用該技術進行處置的條件，如應用，一方面該企業(yè)18%的危險廢物可得到高效解決，并節(jié)省大約1.3億的處置費用，另一方面協(xié)同處置企業(yè)不僅可以替代部分燃煤，節(jié)約成本，又可以創(chuàng)造效益，綜合利潤在3000萬元以上。這種合作不僅推進水泥工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，也符合大多數(shù)石油化工企業(yè)清潔生產(chǎn)的規(guī)范條件，可實現(xiàn)企業(yè)發(fā)展，又改善環(huán)境質(zhì)量。

隨著我國原油加工量的增長、環(huán)境問題的日益嚴峻和環(huán)保監(jiān)管力度的不斷加強，危險廢物處理能力的提升空間還較大，這給危險廢物處理行業(yè)帶來了機遇和挑戰(zhàn)。國企背景的水泥窯協(xié)同處置企業(yè)具有明顯優(yōu)勢，行業(yè)前景可觀。