王永利 郭秋月 李其彥 張澤新 李英華＊

（1 吉林金隅冀東環(huán)?？萍加邢薰?，吉林 永吉 132200；2 吉林化工學(xué)院，吉林 吉林132022）

0 引言

“十二五”期間，石油和化工行業(yè)固體廢物產(chǎn)生量極速上升，2015年固體廢物產(chǎn)生量3.7億噸，綜合利用量2.3億噸，綜合利用率60%，其中危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量1164萬噸，綜合利用量640萬噸，綜合利用率55%[1]。國(guó)際能源署（IEA）發(fā)布的《世界能源展望2014年》報(bào)告稱，中國(guó)將在2030年前后成為全球最大石油需求國(guó)?！笆濉逼陂g，石油化工行業(yè)保持較快增速，同時(shí)也面臨環(huán)保趨嚴(yán)和質(zhì)量升級(jí)加快的雙重壓力。2020年，石油化工行業(yè)固體廢物處置利用率需達(dá)到85%，其中綜合利用率達(dá)到70%；危險(xiǎn)廢物處置利用率需達(dá)到100%，其中綜合利用率達(dá)到65%[2]。為完成這個(gè)目標(biāo)，除了強(qiáng)化企業(yè)的源頭管理、進(jìn)行清潔生產(chǎn)減少產(chǎn)生量，還要在提高大宗工業(yè)固體廢物資源化利用、危險(xiǎn)廢物的衛(wèi)生填埋和焚燒能力的同時(shí)發(fā)展新的處理處置技術(shù)。

由于石油化工行業(yè)危險(xiǎn)廢物的成分復(fù)雜，危害嚴(yán)重，本文從危險(xiǎn)廢物的處置入手，著重對(duì)水泥窯協(xié)同處置技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 我國(guó)危險(xiǎn)廢物處置現(xiàn)狀

根據(jù)2018年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》，2017年全國(guó)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量為6936.9萬噸，較2016年增長(zhǎng)29.73%。2012-2017年，危險(xiǎn)廢物產(chǎn)量年復(fù)合增長(zhǎng)率為15%。按照E20環(huán)境研究院等機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2020年，我國(guó)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)量或達(dá)1億噸。根據(jù)《全國(guó)大、中城市固體廢物污染環(huán)境防治年報(bào)》，2016-2018年我國(guó)大、中城市的危險(xiǎn)廢物實(shí)際收集和利用處置規(guī)模和處置方式見表1所示。

表1 2016-2018年中國(guó)大、中城市危險(xiǎn)廢物利用情況(萬噸)

由表1可見，這3年危險(xiǎn)廢物的處置規(guī)模年均增長(zhǎng)500萬噸以上，大多數(shù)處置方式的處置規(guī)模均有提高，綜合利用和水泥窯協(xié)同處置增幅較明顯，2018年的焚燒處置量增加。這說明我國(guó)對(duì)危險(xiǎn)廢物的處理方式基本以無害化處理及資源化利用為主，焚燒項(xiàng)目加速，水泥窯協(xié)同處置作為新興補(bǔ)充技術(shù)占比逐年增加。

在我國(guó)的危險(xiǎn)廢物中，工業(yè)危險(xiǎn)廢物占比最大，在70%以上。根據(jù)《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)》，工業(yè)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量呈逐年增加趨勢(shì)，近5年的處置量和近4年的利用量均在遞增（見圖1）?？梢酝茰y(cè)，2020年工業(yè)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量會(huì)超過7000萬噸，說明有效利用和處置仍是未來處理工業(yè)危險(xiǎn)廢物的主要途徑。

圖1 2011-2016年中國(guó)工業(yè)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量和處置利用情況

隨著我國(guó)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量的激增，工業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的矛盾日益突出。政府出臺(tái)了一系列法律法規(guī)和行業(yè)政策支持、助推危險(xiǎn)廢物處理行業(yè)的快速健康發(fā)展。危險(xiǎn)廢物處理行業(yè)迎接機(jī)遇的同時(shí)，也面臨挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的危險(xiǎn)廢物處置方式中，安全填埋存在費(fèi)用高、占地面積大，選址嚴(yán)格等缺點(diǎn)；焚燒處置在某些發(fā)達(dá)國(guó)家處置率較高，但由于機(jī)器和運(yùn)營(yíng)成本大，在我國(guó)使用比例不高。在這種背景下，新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處置技術(shù)因其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在廢物處理領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注[3]。

2 水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

使用新型干法水泥窯焚燒技術(shù)去除危險(xiǎn)廢物是一種有效的處置方法。與傳統(tǒng)的老式焚燒爐相比，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[4]：

1）處置溫度高

為符合水泥生產(chǎn)中熟料煅燒的要求，水泥窯中的物料燃燒應(yīng)在1450℃左右。當(dāng)溫度足夠高時(shí)，水泥窯中協(xié)同處置的危險(xiǎn)廢物的有害成分能充分去除。而傳統(tǒng)焚化爐的最高溫度約1100℃，少數(shù)物質(zhì)并不能完全分解。

2）焚燒空間大

從實(shí)際應(yīng)用角度看，一般回轉(zhuǎn)窯體直徑為3-5m，長(zhǎng)度為45-100m，轉(zhuǎn)速為100-240r/h。在大空間水泥窯中進(jìn)行焚化可保持相對(duì)穩(wěn)定、均勻和連續(xù)的焚化條件，保證了危險(xiǎn)廢物處置的效率。

3）停留時(shí)間長(zhǎng)

在水泥窯的中高溫區(qū)，危險(xiǎn)廢物從爐尾到爐頭的停留時(shí)間超過半小時(shí)；在1300℃以上的高溫區(qū)的停留時(shí)長(zhǎng)超過5秒鐘，時(shí)間條件進(jìn)一步保證了危險(xiǎn)廢物被充分焚化。

4）處置規(guī)模大

回轉(zhuǎn)窯全年運(yùn)轉(zhuǎn)率通常大于90%，使得水泥窯的年度廢物處理規(guī)模較大。

5）環(huán)境效益高

水泥窯協(xié)同處置技術(shù)可以充分利用危險(xiǎn)廢物中的成分代替部分燃煤而降低能耗，或代替部分水泥生料而減少原料消耗；可固化危險(xiǎn)廢棄物中的重金屬，并在可燃礦物中保持穩(wěn)定狀態(tài)；可有效降低二噁英的產(chǎn)生，避免二次污染。

與傳統(tǒng)的固體廢物處置方法相比，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物的減量化、資源化和無害化，在同時(shí)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益方面具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)[5]。

3 水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 國(guó)外水泥窯協(xié)同處置有機(jī)固廢和危險(xiǎn)廢物的現(xiàn)狀及應(yīng)用

20世紀(jì)70年代，由于化石燃料價(jià)格上漲，國(guó)外水泥廠開始研究水泥窯協(xié)同處置廢物，目的是尋找具有熱值的廢物以替代傳統(tǒng)燃料以緩解能源危機(jī)。加拿大Lawrence水泥廠率先進(jìn)行了可替代燃料和垃圾飛灰等危險(xiǎn)廢物固化研究，其他國(guó)家也紛紛跟進(jìn)。荷蘭是當(dāng)前世界上水泥行業(yè)使用燃料替換率最高的國(guó)家；瑞士的燃料替代率也高達(dá)50%以上[6]；日本水泥廠在廢物利用和處理方面處于世界前列，廢物利用量持續(xù)增長(zhǎng)，在替代原料中，高爐礦渣占比最多，占日本高爐礦渣總量的50%，其次是粉煤灰，占日本粉煤灰總量的60%，副產(chǎn)石膏利用量相當(dāng)于日本水泥企業(yè)所需石膏用量的90%[7]。

3.2 國(guó)內(nèi)水泥窯協(xié)同處置有機(jī)固廢和危險(xiǎn)廢物的現(xiàn)狀及應(yīng)用

我國(guó)在這方面起步較晚，現(xiàn)在的協(xié)同處理行業(yè)情況依舊不能滿足廢物控制的需求，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距[8]。1998年，北京水泥廠有限公司首先嘗試使用回轉(zhuǎn)水泥窯去除有害廢料，例如油墨渣、樹脂渣、油漆渣和有機(jī)液體廢渣，并建造了我國(guó)危險(xiǎn)廢物處置行業(yè)的第一條環(huán)境保護(hù)示范線。水泥生產(chǎn)中危險(xiǎn)廢物處置技術(shù)和熟料煅燒技術(shù)有機(jī)結(jié)合的成功在全國(guó)有效處理危險(xiǎn)廢物方面發(fā)揮了帶頭作用，在一些發(fā)達(dá)省份，水泥窯協(xié)同處置發(fā)展迅速，例如，截至2015年底，浙江省水泥窯的協(xié)同處置能力為18萬噸/年，占全省焚燒填埋處置能力和生產(chǎn)能力的50.67%[5]。2015年4月1日實(shí)施的《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了水泥窯協(xié)同處置固體廢物的鑒別和檢測(cè)、處置工藝技術(shù)和管理要求，規(guī)范了我國(guó)水泥行業(yè)在該領(lǐng)域的規(guī)范化和規(guī)?；l(fā)展。2017年，全國(guó)水泥窯協(xié)同處置創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)公布了我國(guó)已建成約80條水泥窯處理線，批準(zhǔn)的使用水泥窯處理危險(xiǎn)廢物的能力每年超過150萬噸，截至2018年底，比上一年累計(jì)規(guī)模增加262萬噸[9]，除了處置規(guī)模，水泥窯協(xié)同處置的固體廢物的種類也在不斷增加。該技術(shù)不僅可以有效處理城市垃圾與污泥等一般固體廢物，也可以處理高爐礦渣和粉煤灰等工業(yè)固體廢物，還能為三峽庫(kù)區(qū)的漂浮物和突發(fā)事件產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物提供安全環(huán)保的終端處理方法[7]。目前，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)已經(jīng)申請(qǐng)獲批危險(xiǎn)廢物經(jīng)營(yíng)許可證，可以從事《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》中多項(xiàng)危險(xiǎn)廢物的收集和處置。

水泥窯協(xié)同處置技術(shù)為水泥制造企業(yè)提供了技術(shù)創(chuàng)新路徑，不僅解決了固體廢物處置難、污染重的問題，且投資少，運(yùn)行成本低，這使得該行業(yè)在環(huán)保領(lǐng)域進(jìn)行自我改造，并開始扮演“政府好幫手、城市凈化器”的角色。盡管我國(guó)此項(xiàng)技術(shù)還存在燃料替換率低、固廢預(yù)處理技術(shù)水平較低、制度不健全等不足，但相信會(huì)不斷發(fā)展。

4 石油化工行業(yè)固體廢物的水泥窯協(xié)同處置前景分析

石油化工行業(yè)的固體廢物產(chǎn)量大、種類多、危害大、處置難，如果處置不當(dāng)，會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，制約可持續(xù)發(fā)展。目前，針對(duì)性質(zhì)不同的石油化工行業(yè)固體廢物，一般采取資源回收利用、填埋和焚燒等處置方式。對(duì)不能回收的危險(xiǎn)廢物，很多歐洲國(guó)家采取焚燒處理的措施，日本的焚燒處理率也高達(dá)55%[2]。結(jié)合我國(guó)國(guó)情，傳統(tǒng)技術(shù)還不能完全滿足該行業(yè)迅猛發(fā)展帶來的危險(xiǎn)廢物處置需求，需不斷技術(shù)創(chuàng)新，補(bǔ)充或替代原有技術(shù)。利用水泥窯協(xié)同處置石油與化工行業(yè)的危險(xiǎn)廢物，含有大量有機(jī)物的，如油泥、廢活性炭，具有一定的熱值，可以替代部分燃料，可降低水泥窯協(xié)同處置的能耗；含有無機(jī)組分的，如廢催化劑、分子篩，可替代部分原料，能節(jié)約水泥生產(chǎn)的原料成本；含有氨基成分的，在水泥窯系統(tǒng)內(nèi)釋放出NH3與水泥窯內(nèi)NOx發(fā)生反應(yīng)，從而降低煙氣中NOx的含量，可減少脫硝原料氨水的環(huán)保投入，同時(shí)，還從根本上降低了危險(xiǎn)廢物二次污染的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。以吉林某石化企業(yè)為例，在年均30萬噸的危險(xiǎn)廢物中，有5.4萬噸符合用該技術(shù)進(jìn)行處置的條件，如應(yīng)用，一方面該企業(yè)18%的危險(xiǎn)廢物可得到高效解決，并節(jié)省大約1.3億的處置費(fèi)用，另一方面協(xié)同處置企業(yè)不僅可以替代部分燃煤，節(jié)約成本，又可以創(chuàng)造效益，綜合利潤(rùn)在3000萬元以上。這種合作不僅推進(jìn)水泥工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，也符合大多數(shù)石油化工企業(yè)清潔生產(chǎn)的規(guī)范條件，可實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展，又改善環(huán)境質(zhì)量。

隨著我國(guó)原油加工量的增長(zhǎng)、環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻和環(huán)保監(jiān)管力度的不斷加強(qiáng)，危險(xiǎn)廢物處理能力的提升空間還較大，這給危險(xiǎn)廢物處理行業(yè)帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。國(guó)企背景的水泥窯協(xié)同處置企業(yè)具有明顯優(yōu)勢(shì)，行業(yè)前景可觀。