本文詳細介紹了運用水泥窯協(xié)同處置技術處理污染土壤的情況

1 技術名稱：水泥窯協(xié)同處置

英文名稱：Co-processing in Cement Kiln

2 技術適用性

2.1 適用的介質：污染土壤。

2.2 可處理的污染物類型：有機污染物及重金屬。

2.3 應用限制條件

不宜用于汞、砷、鉛等重金屬污染較重的土壤;由于水泥生產(chǎn)對進料中氯、硫等元素的含量有限值要求，在使用該技術時需慎重確定污染土的添加量。

3 技術介紹

3.1 原理

利用水泥回轉窯內的高溫、氣體長時間停留、熱容量大、熱穩(wěn)定性好、堿性環(huán)境、無廢渣排放等特點，在生產(chǎn)水泥熟料的同時，焚燒固化處理污染土壤。有機物污染土壤從窯尾煙氣室進入水泥回轉窯，窯內氣相溫度最高可達1800℃，物料溫度約為1450℃，在水泥窯的高溫條件下，污染土壤中的有機污染物轉化為無機化合物，高溫氣流與高細度、高濃度、高吸附性、高均勻性分布的堿性物料(CaO、CaCO3 等)充分接觸，有效地抑制酸性物質的排放，使得硫和氯等轉化成無機鹽類固定下來;重金屬污染土壤從生料配料系統(tǒng)進入水泥窯，使重金屬固定在水泥熟料中。

3.2系統(tǒng)構成和主要設備

水泥窯協(xié)同處置包括污染土壤貯存、預處理、投加、焚燒和尾氣處理等過程。在原有的水泥生產(chǎn)線基礎上，需要對投料口進行改造，還需要必要的投料裝置、預處理設施、符合要求的貯存設施和實驗室分析能力。

水泥窯協(xié)同處置主要由土壤預處理系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、水泥回轉窯及配套系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)組成。

土壤預處理系統(tǒng)在密閉環(huán)境內進行，主要包括密閉貯存設施(如充氣大棚)，篩分設施(篩分機)，尾氣處理系統(tǒng)(如活性炭吸附系統(tǒng)等)，預處理系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過尾氣處理系統(tǒng)后達標排放。

上料系統(tǒng)主要包括存料斗、板式喂料機、皮帶計量秤、提升機，整個上料過程處于密閉環(huán)境中，避免上料過程中污染物和粉塵散發(fā)到空氣中，造成二次污染。

水泥回轉窯及配套系統(tǒng)主要包括預熱器、回轉式水泥窯、窯尾高溫風機、三次風管、回轉窯燃燒器、篦式冷卻機、窯頭袋收塵器、螺旋輸送機、槽式輸送機。監(jiān)測系統(tǒng)主要包括氧氣、粉塵、氮氧化物、二氧化碳、水分、溫度在線監(jiān)測以及水泥窯尾氣和水泥熟料的定期監(jiān)測，保證污染土壤處理的效果和生產(chǎn)安全。

3.3 關鍵技術參數(shù)或指標

影響水泥窯協(xié)同處置效果的關鍵技術參數(shù)包括：水泥回轉窯系統(tǒng)配置、污染土壤中堿性物質含量、重金屬污染物的初始濃度、氯元素和氟元素含量、硫元素含量、污染土壤添加量。

(1)水泥回轉窯系統(tǒng)配置

采用配備完善的煙氣處理系統(tǒng)和煙氣在線監(jiān)測設備的新型干法回轉窯，單線設計熟料生產(chǎn)規(guī)模不宜小于2000噸/天。

(2)污染土壤中堿性物質含量

污染土壤提供了硅質原料，但由于污染土壤中K2O、Na2O含量高，會使水泥生產(chǎn)過程中中間產(chǎn)品及最終產(chǎn)品的堿當量高，影響水泥品質，因此，在開始水泥窯協(xié)同處置前，應根據(jù)污染土壤中的K2O、Na2O含量確定污染土壤的添加量。

(3)重金屬污染物初始濃度

入窯配料中重金屬污染物的濃度應滿足《水泥窯協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護技術規(guī)范》(HJ622)的要求。
(4)污染土壤中的氯元素和氟元素含量

應根據(jù)水泥回轉窯工藝特點，控制隨物料入窯的氯和氟投加量，以保證水泥回轉窯的正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質量符合國家標準，入窯物料中氟元素含量不應大于0.5%，氯元素含量不應大于0.04%。

(5)污染土壤中硫元素含量

水泥窯協(xié)同處置過程中，應控制污染土壤中的硫元素含量，配料后的物料中硫化物硫與有機硫總含量不應大于0.014%。從窯頭、窯尾高溫區(qū)投加的全硫與配料系統(tǒng)投加的硫酸鹽硫總投加量不應大于3000mg/kg。

(6)污染土壤添加量

應根據(jù)污染土壤中的堿性物質含量、重金屬含量、氯、氟、硫元素含量及污染土壤的含水率，綜合確定污染土壤的投加量。

4 技術應用基礎和前期準備

在利用水泥窯協(xié)同處置污染土壤前，應對污染土壤及土壤中污染物質進行分析，以確定污染土壤的投加點及投加量。污染土壤分析指標包括污染土壤的含水率、燒失量、成分等，污染物質分析指標包括：污染物質成分、氯、氟、硫濃度，重金屬、氯、氟、硫元素含量等。

5 主要實施過程

(1)將挖掘后的污染土壤在密閉環(huán)境下進行預處理(去除掉磚頭、水泥塊等影響工業(yè)窯爐工況的大顆粒物質);

(2)對污染土壤進行檢測，確定污染土壤的成分及污染物含量，計算污染土壤的添加量;

(3)污染土壤用專門的運輸車轉運到喂料斗，為避免卸料時揚塵造成的二次污染，卸料區(qū)密封;

(4)計量后的污染土壤經(jīng)提升機由管道進入喂料點，送入窯尾煙室高溫段處置;

(5)定期監(jiān)測水泥回轉窯煙氣排放口污染物濃度及水泥熟料中污染物含量。

6 運行維護和監(jiān)測

因水泥窯協(xié)同處置是在水泥生產(chǎn)過程中進行的，協(xié)同處置不能影響水泥廠正常生產(chǎn)、不能影響水泥產(chǎn)品質量、不能對生產(chǎn)設備造成損壞，因此水泥窯協(xié)同處置污染土壤過程中，除了需按照新型干法回轉窯的正常運行維護要求進行運行維護外，為了掌握污染土壤的處置效果及對水泥品質的影響，還需定期對水泥回轉窯排放的尾氣和水泥熟料中特征污染物進行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結果采取應對措施。

7 修復周期及參考成本

水泥窯協(xié)同處置技術的處理周期與水泥生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力及污染土壤投加量相關，而污染土壤投加量又與土壤中污染物特性、污染程度、土壤特性等有關，一般通過計算確定污染土壤的添加量和處理周期，添加量一般低于水泥熟料量的4%。水泥窯協(xié)同處置污染土壤在國內的工程應用成本為800-1000元/m3。

8 國外應用情況

水泥窯是發(fā)達國家焚燒處理工業(yè)危險廢物的重要設施，已得到了廣泛應用，即使難降解的有機廢物(包括POPs)在水泥窯內的焚毀去除率率也可達到99.99%到99.9999%。從技術上水泥窯協(xié)同處置完全可以用于污染土壤的處理，但由于國外其它污染土壤修復技術發(fā)展較成熟，綜合社會、環(huán)境、經(jīng)濟等多方面考慮，在國外水泥窯協(xié)同處置技術在污染土壤處理方面應用相對較少。下表列出的是國外水泥窯協(xié)同處置技術在污染土壤修復方面的應用情況。