水泥窑共处置技术在污染土壤修复中的应用

卢志伟

（苏交科集团股份有限公司南京211112）

摘要：水泥窑协同处置是一种将污染土壤作为原料生产水泥的“变废为宝”的技术。

关键词：水泥窑；土壤修复；挥发性有机化合物

水泥的生产过程是利用含碳酸钙、二氧化硅以及铁、铝氧化物等原料（主要为石灰石和粘土）经破碎后，按一定比例配合、磨细并调配为成分合适、质量均匀的生料，在1400℃以上的水泥窑内煅烧至部分熔融，生成具有水硬特性的以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，再加入适量石膏、混合材料、添加剂共同磨细成为水泥产品。水泥窑协同处置技术是指将满足或经过前处置后满足入窑要求的固体废物投入水泥窑，在进行水泥熟料生产的同时实现废物的无害化处置的过程。固体废物作为水泥组分直接进入到水泥熟料产品中，实现资源化同时做到污染物的彻底去除。

水泥窑协同处置作为水泥生产的附加功能，需要对投料点进行合理设计，以确保污染物的彻底分解和尾气的达标排放。对于污染土壤，水泥回转窑可在物料粉磨、上升烟道、分解炉、窑门罩或窑尾烟室处设置物料投加点，可根据土壤污染物的理化特性和水泥窑煅烧过程选择合适的投料点。

水泥生产在高温条件下完成，水泥窑内气体和物料温度分别可以达到1050℃和1400℃。焚烧过程的废气则通过水泥生产固有的高效快速气固换热、布袋除尘器、增湿塔等快速降温等净化措施后排放，不会对大气产生二次污染。

1.技术评估

1.1水泥窑协同处置技术的可行性

协同处置过程必须不影响水泥产品质量，并保持水泥窑内的正常运行工况。通常认为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3含量大于40%的土壤具有替代原料价值。江南地区大部分土壤为粉质粘土，根据工程经验，CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3含量一般不低于40%，可以满足进场要求。

《水泥窑协同处置危险废物环境保护技术规范》（HJ662-2013）中对投加重金属有明确的要求（见下表），根据此要求，有机污染土壤以及重金属含量不超过下表限值的污染土壤都可进入水泥窑协同处置。

重金属最大允许投加量限值

1.2水泥窑投加位置选择

水泥窑协同处置技术的难点是如何解决污染土壤的预处置和投加进料问题，以防止污染物在进入水泥窑高温段前挥发。有机污染土壤中的绝大部分具有挥发性或半挥发性，如果与生料混在一起入窑，在还未达到污染物被分解破坏的温度时，就已挥发而随烟气进入大气造成二次污染，达不到无害化处置的目的。因此，污染土壤必须从窑尾高温段加入，该段烟气停留时间较长，在大于1800℃段烟气停留时间5-6秒，在大于1200℃段烟气停留时间12-15秒，有机物可以完全裂解。根据以上分析，水泥窑协同处置宜选择水泥厂已改造的窑尾分解炉作为污染土壤的投加点。

在投加过程中采用密闭进料的方式，实现自动进料，配置可调节投加速率的电子皮带秤进行定量投料。自动投料设备具有自动联机停机功能，当水泥窑或烟气处理设施因故障停止运转，或者当窑内温度、压力、窑转速、烟气含氧量等运行参数偏离设定值时，或者烟气排放超过标准设定值时，可自动停止污染土壤投加。

1.3二次污染控制

污染土壤在烘干、破碎、筛分等预处置环节可能会产生粉尘或挥发性有机物，因此预处置设施应具备良好的密闭性，保证与操作人员隔离。

建议污染土壤采用全封闭贮存仓库并设有负压、引风系统，通过在整个密闭贮存仓库内形成微负压防止异味气体的扩散，经引风机收集后通过管道引至袋式除尘器除尘，除尘后可全数作为水泥窑送风，利用水泥窑高温将有机物结构破坏，破坏机理包括氧化、热裂解和热分解，从而达到治理废气的目的。

水泥窑配备袋式除尘器，保证排放烟气粉尘浓度满足《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》（GB30485-2013）的要求。水泥窑配备窑灰返窑装置，将除尘器等烟气处理装置收集的窑灰返回生料入窑系统。

1.4烟气及水泥熟料检测

水泥的生产工艺并非为处置污染土壤设计，作为水泥生产的附加功能，对投料点进行合理设计，以确保污染物的彻底分解和尾气的达标排放。

拟采用协同处置的水泥窑需配备在线监测设备，保证运行工况的稳定:包括窑头烟气温度、压力；窑表面温度；窑尾烟气温度、压力、CO2浓度；分解炉或最低一级旋风筒出口烟气温度、压力、O2浓度；顶级旋风筒出口烟气温度、压力、O2、CO浓度。采用的除尘器可以保证排放烟气颗粒物浓度满足《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》（GB30485-2013)的要求。窑尾排气筒配备颗粒物、NOx、SO2、HCL、CO浓度在线监测设备，且连续监测装置满足HJ/T76的要求，并与当地监控中心联网。在确保协同处置过程不会污染周围环境的和污染土壤无害化的过程中，同时保证了所生产水泥的质量。

在水泥窑协同处置过程中，每季度至少进行一次由第三方完成的熟料产品质量检测。在出窑熟料皮带上每小时采集熟料样品一次，将每小时的样品合并、缩分为全天综合样，掺入5%石膏，小型球磨机粉磨送检。水泥产品质量检测结果根据国标《GB175-2007通用硅酸盐水泥》中限值进行合格判定。

2.水泥窑共处置技术的效益

2.1环境效益

水泥窑协同处置技术工艺简单，在治理过程中，解决好污染土壤临时堆放问题和水泥窑尾气收集处理问题后，基本不会产生二次污染。此外，水泥窑协同处置污染土壤在水泥厂内部处理，水泥厂周边至少设置了300m以上的卫生防护距离，水泥烧制过程中对周边居民的环境影响很小。

2.2经济效益

水泥窑协同处置是一种将污染土壤作为原料生产水泥的“变废为宝”的技术，按照一立方水泥约1.3吨计算，目前市场上普通水泥的售价约为350元/吨，每立方水泥中粘土的含量约为20%～40%之间，因此，每利用1m3的污染土壤可以产生直接经济效益约为91～182元之间。

2.3社会影响

水泥窑协同处置技术将污染土壤中的有机污染物质彻底去除，不存在治理完成后土壤处置问题，污染场地在治理完成后土地利用不再受到限制，且可彻底解除场地开发后居民对土壤健康安全的疑虑。

3.技术应用前景

我国水泥工业仍是社会关注的典型“两高一资”产业，是“十二五”期间国家节能减排的重点行业。大力推进水泥窑协同处置废弃物，无论是促进水泥工业节能减排，还是发展循环经济，或促进部分企业实现向环境保护产业的转型都具有重大战略意义，是水泥工业实现绿色发展、可持续发展的必然选择。

水泥窑协同处置污泥技术，通过对废物资源的转化利用，改善了环境质量，节约了社会资源和自然能源，提高了社会资金的运行效率，为社会经济的稳步增长提供了良好的保证，并通过优化水泥行业及污水处理行业的生产运行，降低了各自企业的生产运行成本，提高行业的竞争力，保证了行业的持续发展。

作者简介：姓名：卢志伟；性别：男，籍贯：江苏镇江；现有职称：工程师；研究方向：环境工程