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利用水泥回转窑处置表面处理废物的研究

文档作者：王立红，金宜英，张俊丽文档来源： I．宁波市固体废物管理中心，浙江宁波315012；2．清华大学环境科学与工程系固体废物处理处厦与资源化研究所，		点击数：	更新时间： 2022年08月31日
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第18卷第4期
2006年12月
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宁波工程学院学报
JOURNA1 OF NINGBO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
VOl l 8 NO．4
D12,C．2006
利用水泥回转窑处置表面处理废物的研究
王立红 ，金宜英 ，张俊丽
(I．宁波市固体废物管理中心，浙江宁波315012；2．清华大学环境科学与工程系固体废物处理处厦与资源化研究
所，北京．100084)
摘 要：宁波地区发达的电镀和币锈钢工业绐当地环境特来了大量的表面处理废物。宁波舜江水泥公司采用水泥回
转窑焚烧处置此类废物，本文从技术可行性、生产过程污染排放控制、产品安全性、经济效益等方面进行了分析评价，表
明利用水泥回转窑焚烧表面处理废物是一种符合当地情况，安全有效的危险废物处置方法。
关键词：水泥回转窑；表面处理废物；舜江水泥公司
中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1008—7109(2006)04—0015一O4
《危险废物污染防治技术政策》指出：危险废物的焚烧宜采用以旋转窑、炉为基础的焚烧技术，可根
据危险废物利 类和特征选用其他不同炉型，鼓励改造并采用生产水泥的旋转窑、炉附烧或专烧危险废
物。发达 家利用水泥窑焚烧废物已经有20多年的历史，形成了一定的产业规模，积累了丰富的经验，
在发达 家的危险废物处理工作中发挥着重要作用。随着水泥窑焚烧废物的理论与实践的发展及国内
相关环保法规的健全，该项技术在环境性和经济性两方面都表现出了明显优势。
1研究背景
宁波地区的电镀和不锈钢 1 业比较发达，对发展地区经济和提高社会经济整体水平起着积檄作川，
但伴随 来的电镀工业和不锈钢工业污泥也构成了污染环境的重要凶素。电镀和不锈钢 泥已被列入
国家危险废物名录，属第l9类表面处理废物。2004年，宁波市环保局对本地区17家产生电镀及不锈
钢污泥的企业进行了初步调查，结果表明月产生含水率80％ 的污泥量约为1451．4吨，统计量约为本地
区产生总艇的三分之一，即本地区这种污泥的产生总量约为4354．2吨／月，相当于52250吨／年。
这 表面处理废物含有难以降解的有害重金属，如果不加处理即任意堆放或处簧不当将很有可能
对人体和生态环境造成严重且长期的二次污染。若将表面处理废物厢作水泥 业原料，通过这一途径
将其资源化利用，则既能有效消除此类危险废物的危害，又能带来一定的经济效益，符合当今社会』i义
可持续发展观的要求。 -
2技术可行性
首先，水泥回转窑处髓危险废物时具有比焚烧炉更加理想的焚烧条件 一：焚烧温度蜓离，气体和
物料的停留时问更长，焚烧状态更稳定，不会因为废物投入量或性质的变化而造成较火温度波动；窑
高濉气体湍流强烈，使废弃物焚烧更彻底；另外焚烧处置点多，适应性强。其次，征环境保护方 ，水泥
窑的 个系统在负压 运行，有毒有害气体不会溢出，．同．除尘效率高；水泥熟料煅烧魁在碱性气氛F进
行的，使订诲有害废弃物中的氯、硫和氟等在窑内基本被完全中和吸收，转化成无毒的氯化钙、硫酸钙和
氟化钙，便于其废气的净化(脱酸)处理，而且可以与水泥工艺过程一并进行；焚烧废物的残渣进入水泥
熟料，绝大部分萤金属元素固定在熟料中，经验证对水泥产品质量一般无不良影响，可燃性废弃物还可
收稿臼期：2006—06—21
作者简介： 立红，男，宁波市固体废物管理中心工程师
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l6 宁波工程学院学报 2006年第4期
代替部分燃煤和燃油，既处置了废物，又节约了能源，一举两得。
利用水泥窑煅烧处理含微量重金属的废弃物时，宜选用新型干法水泥窑。新型干法窑的预热器内
可在高温和高浓度粉尘快速运动的条件下。形成大量的离子、电子云。重金属微粒在电负性环境中与生
料粉尘吸附，一同进入水泥回转窑。预热器与回转窑之间的循环称之为内循环，一般90％ 以上的工业
污染物在内循环过程中被一次性带入回转窑煅烧。固溶于水泥熟料的晶格组织中 。少量重金属微粒
会从预热器系统溢出随窑尾废气经增湿塔后进入集尘器，重金属微粒和生料粉尘被收集后又返回生料
系统．最终与新加人生料一起，再次进入水泥回转窑煅烧。这一过程称之为外循环。因此微量的重金属
元素最后几乎全部固溶于水泥熟料晶格结构中。这一优势是一般专业焚烧炉和其它水泥窑型所无法相
比的。
舜江水泥有限公司日产2500t生产线是宁波地区唯一的一条新型干法水泥生产线。2004年，宁波
舜江水泥有限公司在宁波市环保局的鼓励支持下，开始进行利用水泥回转窑焚烧表面处理废物的研究，
经一年的实验室实验和工业试验，2005年获批准立项，省环保局为其核发危险废物经营许可证。开始进
行工业化处理。
3生产过程污染控制
表而处理废物在水泥回转窑内煅烧过秤中产生的有害重金属微粒，会以富集的形式与工业粉尘一
起排放。利用水泥同转窑处置危险废物应在污染物排放限量允许的前提下进行¨l。2004年10月28日
至l1月2日，舜江水泥有限公司进行了表面处理废物的试烧工作，生料中的废物掺加量为0．65％ ，当
地环境雌测部门对窑头、窑尾进行了污染源排放监测，排气中颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物、二恶
英均低于《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915—2004)中的规定，对于cu、zn、Ni、Cr、Cd、Pb等六
项重金属污染物，监测结果见表1。
表1 重金属污染源排放监测 单位：mg／m
监测结果表明，各项污染物排放值均低于危险废物焚烧排放标准。表面处理废物的水分中含有硫
酸钠、硝酸钠，固体物中含有氟化钙、各种金属盐及微量重金属元素。在水泥回转窑内煅烧处理过程中，
硝酸钠被高温分解后。其中的氮排人大气，其余各项物质分解后分别成为水泥原料组分。煅烧生成水泥
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王立红等：利用水泥回转窑处鬣表面处理废物的研究 17
熟料。在危险废物无害化处理的同时。使废弃物得到最大程度的资源化利用。
4产品安全性评价
混烧危险废物所生产的水泥产品在使用过程中是否会给环境带来安全方面的风险，这是目前普遍
关注的问题。受委托。清华大学环境工程系对舜江水泥有限公司掺加0．65％ 表面处理废物试烧的水泥
产品采样后，建立给水工程模型和健康风险评价模型定量评价了将该水泥产品应用于饮用水领域时可
能产生的环境风险。
设定一个主要由管网和调节池组成的给水系统。处理后的清水流经使用该水泥的管网和调节池，假
定处理后清水中评价元素的浓度为零，配送水过程中重金属完全由该水泥制品浸出释放贡献，由给水工
程模型町计算出没定的给水系统最终到人群饮用时的浓度。由健康风险评价模型可以评价【乇期饮用使
用泼水泥的给水系统供给的水对人体可能产生的健康风险。 ’
表2 掺加表面处理废物试烧制成的水泥应用于给水系统时的环境风险表征
埘1 饮用水中各重金属元素所引起的整体健康风险。假设各有害物质对人体健康危害的毒性作用
皋相加关系。丽不考虑协同或拈抗关系，则饮用水总的致癌风险为：成人为3．40 l0一，6一l2岁儿童8．
21×10一，2—6岁儿童7．44×10～；Ni、Cu、Zn、Pb总的非致癌风险指数为：成人为2．02×l0一，6—12
岁儿童4．87×l0一，2—6岁儿童4．41×10一。
在美国环保局(EPA)的致癌风险评价指南中，认为当年风险水平处于l0“时。该风险是可以接受
的 。本研究采用了国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的标准5．0×10～ ·a～。该标准婴较EPA的可
接受风险水平严格 ‘。从表2町以看出将掺加0．65％ 表面处理废物试烧制成的水泥用于陔设定给水
系统的敛癌风险及总的非致癌风险值均低于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险水
5．0×l0 ·a 。也就是说。从重金属溶出的角度看。即使是在最敏感的饮用水应用领域。使用焚烧表
丽处理废物制成的水泥、混凝土等水泥产品也是安全的。
5经济性分析
要达到《危险废物污染防治技术政策》中针对焚烧处置的要求，建造一条规范的危险废弃物专用焚
烧处理线，单位基建投资额一般为200万元／吨·日。利用水泥回转窑处理危险废物，可大幅度节约基
本建}殳投资，北京水泥厂在这方而的单位投资额为50万元／吨·rJ。舜江水泥有限公司处理表面废物项
目的单位投资额为l5万元／吨-日。
专业焚烧炉要维持焚烧温度l 100oc以上、物料停留时间2s的工况条件。需耗用大最柴油，导致运
行费用居高难下，单位处理费一般为3200元／吨。北京水泥厂的单位处理费为1400元／吨，本项目设定
的单位处坪赞为小于1000元／吨。
通过以』 分析可以看出，利用水泥网转寤处理工业危险废物，在经济性方而有 蒋的优越性，其他
处娜力‘式卜j之无法相比。
6结论
宁波舜江水泥有限公司进行的表面处理废物混烧研究表明，在掺加0．65％表面处理废物试烧水泥
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18 宁波工程学院学报 2006年第4期
熟料的过程中，六种重金属元素的固定源排放浓度都小于《水泥工业大气污染物排放标准》规定的排放
限值。无组织排放源在试烧前后浓度变化也极小，对环境影响很小。 ‘
将掺加0．65％的表面处理废物试烧制成的水泥产品用于给水系统的环境风险分析表明。其致癌风
险及总的非致癌风险值均低于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险水平。因此。从重金
属溶出释放的角度看，即使在最敏感的饮用水应用领域，混烧表面处理废物制成的水泥也是可以放心使
用的。
我国已经把危险废物管理、处理、处置和利用研究列为国家科技发展的重点之一。在采用焚烧技术
处娜危险废物的问题上，目前基本有两个发展方向，一是投大量资金建专业焚烧炉，另～ 个是利用水泥
回转窑煅烧工岂。由：|f水泥企业在生产过程中具有处理废物量大、投资少、运行费低、和窑内气体温度
高、滞留时间长、自净化程度好、无二次污染、资源化利用等无可比拟的优点。随着有关理沦与实践的发
展和成熟，后者在经济性、防止二次污染、危险废物无害化处理等方面会显示出越来越大的优势。
参考文献：
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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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