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污染土壤水泥窯協(xié)同處置技術(shù)

　　1 技術(shù)名稱：水泥窯協(xié)同處置

　　英文名稱：Co-processing in Cement Kiln

　　2 技術(shù)適用性

　　2.1 適用的介質(zhì)：污染土壤。

　　2.2 可處理的污染物類型：有機(jī)污染物及重金屬。

　　2.3 應(yīng)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(duì)進(jìn)料中氯、硫等元素的含量有限值要求，在使用該技術(shù)時(shí)需慎重確定污染土的添加量。

　　3 技術(shù)介紹

　　3.1 原理

　　利用水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的高溫、氣體長(zhǎng)時(shí)間停留、熱容量大、熱穩(wěn)定性好、堿性環(huán)境、無(wú)廢渣排放等特點(diǎn)，在生產(chǎn)水泥熟料的同時(shí)，焚燒固化處理污染土壤。有機(jī)物污染土壤從窯尾煙氣室進(jìn)入水泥回轉(zhuǎn)窯，窯內(nèi)氣相溫度最高可達(dá)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(jī)污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)化合物，高溫氣流與高細(xì)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(zhì)的排放，使得硫和氯等轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)鹽類固定下來(lái);重金屬污染土壤從生料配料系統(tǒng)進(jìn)入水泥窯，使重金屬固定在水泥熟料中。

　　3.2系統(tǒng)構(gòu)成和主要設(shè)備

　　水泥窯協(xié)同處置包括污染土壤貯存、預(yù)處理、投加、焚燒和尾氣處理等過(guò)程。在原有的水泥生產(chǎn)線基礎(chǔ)上，需要對(duì)投料口進(jìn)行改造，還需要必要的投料裝置、預(yù)處理設(shè)施、符合要求的貯存設(shè)施和實(shí)驗(yàn)室分析能力。

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

　　土壤預(yù)處理系統(tǒng)在密閉環(huán)境內(nèi)進(jìn)行，主要包括密閉貯存設(shè)施(如充氣大棚)，篩分設(shè)施(篩分機(jī))，尾氣處理系統(tǒng)(如活性炭吸附系統(tǒng)等)，預(yù)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過(guò)尾氣處理系統(tǒng)后達(dá)標(biāo)排放。

　　上料系統(tǒng)主要包括存料斗、板式喂料機(jī)、皮帶計(jì)量秤、提升機(jī)，整個(gè)上料過(guò)程處于密閉環(huán)境中，避免上料過(guò)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(zhuǎn)窯及配套系統(tǒng)主要包括預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)式水泥窯、窯尾高溫風(fēng)機(jī)、三次風(fēng)管、回轉(zhuǎn)窯燃燒器、篦式冷卻機(jī)、窯頭袋收塵器、螺旋輸送機(jī)、槽式輸送機(jī)。監(jiān)測(cè)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(cè)以及水泥窯尾氣和水泥熟料的定期監(jiān)測(cè)，保證污染土壤處理的效果和生產(chǎn)安全。

　　3.3 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)或指標(biāo)

　　影響水泥窯協(xié)同處置效果的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)包括：水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)配置、污染土壤中堿性物質(zhì)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(zhuǎn)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(cè)設(shè)備的新型干法回轉(zhuǎn)窯，單線設(shè)計(jì)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(zhì)含量

　　污染土壤提供了硅質(zhì)原料，但由于污染土壤中K2O、Na2O含量高，會(huì)使水泥生產(chǎn)過(guò)程中中間產(chǎn)品及最終產(chǎn)品的堿當(dāng)量高，影響水泥品質(zhì)，因此，在開(kāi)始水泥窯協(xié)同處置前，應(yīng)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(yīng)滿足《水泥窯協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范》(HJ622)的要求。

　　(4)污染土壤中的氯元素和氟元素含量

　　應(yīng)根據(jù)水泥回轉(zhuǎn)窯工藝特點(diǎn)，控制隨物料入窯的氯和氟投加量，以保證水泥回轉(zhuǎn)窯的正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，入窯物料中氟元素含量不應(yīng)大于0.5%，氯元素含量不應(yīng)大于0.04%。

　　(5)污染土壤中硫元素含量

　　水泥窯協(xié)同處置過(guò)程中，應(yīng)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(jī)硫總含量不應(yīng)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(yīng)大于3000mg/kg。

　　(6)污染土壤添加量

　　應(yīng)根據(jù)污染土壤中的堿性物質(zhì)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(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)和前期準(zhǔn)備

　　在利用水泥窯協(xié)同處置污染土壤前，應(yīng)對(duì)污染土壤及土壤中污染物質(zhì)進(jìn)行分析，以確定污染土壤的投加點(diǎn)及投加量。污染土壤分析指標(biāo)包括污染土壤的含水率、燒失量、成分等，污染物質(zhì)分析指標(biāo)包括：污染物質(zhì)成分、氯、氟、硫濃度，重金屬、氯、氟、硫元素含量等。

　　5 主要實(shí)施過(guò)程

　　(1)將挖掘后的污染土壤在密閉環(huán)境下進(jìn)行預(yù)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(zhì));

　　(2)對(duì)污染土壤進(jìn)行檢測(cè)，確定污染土壤的成分及污染物含量，計(jì)算污染土壤的添加量;

　　(3)污染土壤用專門(mén)的運(yùn)輸車轉(zhuǎn)運(yùn)到喂料斗，為避免卸料時(shí)揚(yáng)塵造成的二次污染，卸料區(qū)密封;

　　(4)計(jì)量后的污染土壤經(jīng)提升機(jī)由管道進(jìn)入喂料點(diǎn)，送入窯尾煙室高溫段處置;

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

　　6 運(yùn)行維護(hù)和監(jiān)測(cè)

　　因水泥窯協(xié)同處置是在水泥生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)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(zhì)量、不能對(duì)生產(chǎn)設(shè)備造成損壞，因此水泥窯協(xié)同處置污染土壤過(guò)程中，除了需按照新型干法回轉(zhuǎn)窯的正常運(yùn)行維護(hù)要求進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)外，為了掌握污染土壤的處置效果及對(duì)水泥品質(zhì)的影響，還需定期對(duì)水泥回轉(zhuǎn)窯排放的尾氣和水泥熟料中特征污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果采取應(yīng)對(duì)措施。

　　7 修復(fù)周期及參考成本

　　水泥窯協(xié)同處置技術(shù)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(guān)，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(guān)，一般通過(guò)計(jì)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(guó)內(nèi)的工程應(yīng)用成本為800-1000元/m?。

　　8 國(guó)外應(yīng)用情況

　　水泥窯是發(fā)達(dá)國(guó)家焚燒處理工業(yè)危險(xiǎn)廢物的重要設(shè)施，已得到了廣泛應(yīng)用，即使難降解的有機(jī)廢物(包括POPs)在水泥窯內(nèi)的焚毀去除率率也可達(dá)到99.99%到99.9999%。從技術(shù)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(guó)外其它污染土壤修復(fù)技術(shù)發(fā)展較成熟，綜合社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等多方面考慮，在國(guó)外水泥窯協(xié)同處置技術(shù)在污染土壤處理方面應(yīng)用相對(duì)較少。下表列出的是國(guó)外水泥窯協(xié)同處置技術(shù)在污染土壤修復(fù)方面的應(yīng)用情況。