水泥回轉(zhuǎn)窯處置危險廢物技術(shù)研究

上海萬安企業(yè)總公司 方偉

一、前言
　　危險廢物是指根據(jù)國家統(tǒng)一規(guī)定的方法鑒別認(rèn)定的具有毒性、易燃性、易爆性、腐蝕性、化學(xué)反應(yīng)等性質(zhì)的，對人體健康和環(huán)境能造成危害的廢物。
　　上海是我國最大的工業(yè)城市，據(jù)1994年市環(huán)保局對185家單位所做的危險廢物重點調(diào)查資料提供，產(chǎn)生危險廢物315343噸/年，其中有機(jī)物為71902噸/年，能進(jìn)入水泥窯焚燒的有5萬多噸/年。其中很大數(shù)量提供給鄉(xiāng)鎮(zhèn)磚瓦廠作燃料，也有了焚燒爐焚燒。但這些焚燒爐中，除少數(shù)外，普遍存在規(guī)模小、技術(shù)落后、管理不嚴(yán)等問題，這些處置方式不可避免地對環(huán)境造成污染。
　　國外工業(yè)化國家從七十年代開始采用水泥回轉(zhuǎn)窯處置工業(yè)危險廢物。大量的研究與實踐表明，水泥回轉(zhuǎn)窯燃燒溫度高，物料在窯內(nèi)停留時間長，又處在負(fù)壓狀態(tài)下運行，工況穩(wěn)定。大量有害物質(zhì)在窯內(nèi)被降解，廢氣排放符合不環(huán)保規(guī)定，又不向外排出廢渣。同時，這種處置過程是利用水泥生產(chǎn)過程同步進(jìn)行，處置成本低，因此被國外專家認(rèn)為是種合理的處置方式。
二、國內(nèi)外利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置危險廢物現(xiàn)狀
　　水泥窯處置危險廢物技術(shù)在發(fā)達(dá)國家如美國、加拿大、日本等國早在七十年代就已開始采用。以美國為例，已有幾十家水泥廠將危險廢物作為替代燃料在水泥窯上進(jìn)行焚燒處置，其替代量一般在20—60%。
　　美國國家環(huán)境保護(hù)局對水泥回轉(zhuǎn)窯的監(jiān)測結(jié)果表明，水泥回轉(zhuǎn)窯使用危險廢物為替代燃料，不僅對環(huán)境沒有危害，而且被列為最佳示范現(xiàn)有技術(shù)。根據(jù)日本麻省水泥株式會社的一份資料上顯示，日本在水泥窯上處置工業(yè)危險廢物具有面廣、量多的特點，目前已能處置包括生活污泥在內(nèi)的多種危險廢物。
　　日本某水泥廠處置廢物系統(tǒng)圖：
　　我國目前危險廢物的利用和處置工作水平較低。普遍存在著處置不合理的地方，特別在將廢物作為能源使用的場合，這一點尤為特出。
　　我公司從95年開始，研究利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置危險廢物的工作，96年進(jìn)行了試燒工作，97年被列為上海建材集團(tuán)重點科研項目，對該技術(shù)進(jìn)行了較全面的探索和研究。
三、試燒工作
　　危險廢物中通常都含有一定量的有毒有害成份，焚燒后有可能造成環(huán)境污染。對于在水泥窯上進(jìn)行處置，還應(yīng)考慮對水泥生產(chǎn)及質(zhì)量的影響。所以項目研究的重點為以下幾個方面：
1、處置危險廢物后對環(huán)境的影響
2、處置危險廢物后對水泥生產(chǎn)及質(zhì)量的影響
3、進(jìn)廠危險廢物的控制
4、處置危險廢物的工藝方案及關(guān)鍵設(shè)備研究
　　為了給研究提供較為完整的數(shù)據(jù)，有必要進(jìn)行試燒工作。1996年10月，我公司與中美合資上海先靈葆雅制藥有限公司合作，由對方提供氟洛氛生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氟洛氛廢液（含氟異丙醇）在我公司水泥回轉(zhuǎn)窯中替代燃料進(jìn)行試燒。
含氟異丙醇成份組成：
（1）異丙醇 （CH）2CHOH 70 80%
（2）水 份 H2O 10 20%
（3）Ishikawa（IA） CF3CHFCON（C2H5）2 8%
（4）氟代異丙醇（F） （CH3）2CHF 0.5%
（5）中間體（FFC-GH）
　　其中異丙醇屬易燃、易燃、微毒類化學(xué)物品。氟代異丙醇，因異丙醇分子結(jié)構(gòu)中的氫離子被氟離子取代，毒性較異丙醇增加。IshiKawa胺的毒性與氟代異丙醇相近，但它在600—800℃高溫下會分解，產(chǎn)生含極毒物質(zhì)氰化物的煙霧，進(jìn)入人體會使人體細(xì)胞內(nèi)氧化酶失去活性，產(chǎn)生呼吸內(nèi)窒息，對人有害。顯然氟洛氛廢液是一種典型的危險廢物，氟洛氛廢液中含有10—20%水份，及F、S等微量元素，將其進(jìn)行試燒，具有較強(qiáng)的代表性。
　　在試燒準(zhǔn)備階段，我們委托美國波特蘭水泥協(xié)會（CTL）對該項目進(jìn)行了論證。（CTL）的論證結(jié)論認(rèn)為，氟洛氛廢液作為燃料進(jìn)入水泥窯焚燒不存在問題，只是在窯的操作方面可能有些影響。
　　96年5月進(jìn)行了上次預(yù)試燒，驗證試燒工藝的可靠性。
　　96年10月5日，正式進(jìn)行試燒，地點在上海萬安企業(yè)總公司∮3.5×88m四級懸浮預(yù)熱器窯。
　生產(chǎn)數(shù)據(jù)如下：
　使用廢液前:窯產(chǎn)量(噸/時)43.7窯速(rpm)2.3廢液噴入量(噸/時)0減煤量(噸/時)0
　使用廢液后:窯產(chǎn)量(噸/時)43.7窯速(rpm)2.3廢液噴入量(噸/時)1減煤量(噸/時)1.2
　　試燒過程中熟料送中國建材設(shè)計研究院檢驗，廢氣排放由上海環(huán)境監(jiān)測中心測試。
　　在試燒先靈葆雅公司氟洛氛廢液取得成功經(jīng)驗后，我們對上海也斯夫梁料公司的固體廢梁料通過煤粉制備系統(tǒng)進(jìn)行了試燒，后又繼續(xù)對上海展華公司的半固態(tài)二甲苯精餾殘渣，美國蓓亞公司的含油硅藻土進(jìn)行試燒，以研究各種形態(tài)的廢物在水泥窯進(jìn)行處置的可能性。
　　為了進(jìn)一步的掌握焚燒其它危險廢物對環(huán)境污染的影響，我們將三種廢物：含氟異丙醇，廢丁苯膠乳、含油硅藻土同時噴入窯中焚燒，并請上海建材待業(yè)環(huán)境監(jiān)測站進(jìn)行了廢氣排放測試，這次測試還增加了有機(jī)三苯的項目，以觀察處置效果。
生產(chǎn)數(shù)據(jù)如下：
使用廢液前:窯產(chǎn)量(噸/時)44運速(rpm)2.3含氟異丙醇噴入量(噸/時)0廢丁苯膠乳噴入量(噸/時)0含油硅藻土噴入量(噸/時)0
使用廢液后:窯產(chǎn)量(噸/時)44運速(rpm)2.3含氟異丙醇噴入量(噸/時)1.0丁苯膠乳噴入量(噸/時)0.3含油硅藻土噴入量(噸/時)0.2
　　由于輸送固體物料設(shè)備能力有限，廢丁苯膠乳和含油硅藻土的噴入量較小。
四、對環(huán)境影響
　　利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置危險廢物是一種環(huán)境保護(hù)措施，那么工業(yè)危險廢物在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焚燒以后竟是否會對環(huán)境造成二次污染？
　　一般用焚燒方法處置有機(jī)碳?xì)浠衔镯殞U物置于1000℃的高溫下持續(xù)2秒鐘，才能達(dá)到99.99%的完全處理。對于鹵素有機(jī)化合物，需要1200℃以上高溫。水泥回轉(zhuǎn)窯是一種體積較大的工業(yè)窯爐。以萬安企業(yè)總公司為例，窯型為∮3 .5×88米，物料在窯內(nèi)有充分停留時間，物料從進(jìn)口到出口需1小時以上，氣體在窯內(nèi)的停留時間也在8秒左右。回轉(zhuǎn)窯正常運轉(zhuǎn)時，窯內(nèi)最高溫度達(dá)1650℃。窯內(nèi)供氧充分，使廢物有充分的燃燒時間、空間和溫度，保證有機(jī)物99.99%以上被燒毀，即使是最穩(wěn)定的有機(jī)物也無一例外。
　　由于水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)呈堿性工作狀態(tài)，所以廢料中酸性物質(zhì)可以和窯內(nèi)堿性物料中和，如HC1、HF和堿性物料生成鹽類物質(zhì)固熔在熟產(chǎn)熔體內(nèi)。水泥熟料形成的化學(xué)反應(yīng)過程，包括無機(jī)化合物與熟料熔體結(jié)合的過程。無機(jī)化合物與熟料熔體或粉塵結(jié)合意味著不單獨產(chǎn)生有毒無機(jī)化合物，這些都是其它焚燒爐做不到的。
　　以氟洛氛廢液為例，氟洛氛廢液中主要成份是有機(jī)醇類化學(xué)物，這類物質(zhì)在1000℃以上高溫焚燒成，變成了CO2和H2O。由于利用廢料代替了煤，等于焚燒廢料產(chǎn)生的CO2被水泥窯接收，所以不但對環(huán)境沒有污染，地球上排出的CO2還可以減少。其中含量較高鹵族元素氟，根據(jù)美國CTL的咨詢報告，焚燒后88—98%，被熟料吸收成為鹽類固定下來，也不會造成污染。這在廢氣監(jiān)測報告中可以看出，是否參燒廢液對廢氣中F的含量幾乎沒有影響。
　　在試燒氟洛氛廢液時，我公司對不摻燒廢液的工況（工況1）與摻燒廢液的工況（工況2），請上海市環(huán)境保護(hù)局監(jiān)測中心對尾氣排放進(jìn)行昆對此監(jiān)測。
　　監(jiān)測結(jié)果表明：（1）我公司回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)排放的尾氣，其有害氣體的排放量均低于上海市的排放標(biāo)準(zhǔn)；（2）在摻燒一定比例的氟洛氛廢液以后，尾氣的有害氣體成份非但沒有上升，反而有所下降，不存在加大對大氣二次污染的問題。
　　美國有關(guān)水泥廠在摻燒廢有機(jī)溶劑后，也得出了類似的結(jié)論。
試燒氟洛氛廢液廢氣排放對照表：
有害物質(zhì)排放量（kg/h）
工況1:H2S--0.0024 F--0.671 NO2--18.9 Cl2--0.036 HC1--1.95
工況2:H2S--0.0021 F--0.641 NO2--9.79 Cl2--0.058 HC1--1.18
排放標(biāo)準(zhǔn):H2S--2.2 F--3.9 NO2--31.0 Cl2--20.0 HC1--10.0