嚴(yán)迎燕，王文祥，沈運(yùn)軍，梅煜州，方紅生，項(xiàng)家成

(1 廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院，廣東 佛山 528216；2 佛山市危險廢物安全處置與綜合利用工程技術(shù)研究中心，廣東 佛山 528216；3 廣東智環(huán)創(chuàng)新環(huán)境科技有限公司，廣東 廣州 510030)

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，危險廢物的種類和數(shù)量不斷驟增，部分危險廢物未得到妥善處置，這些危險廢物使得人們賴以生存的自然環(huán)境遭到嚴(yán)重的破壞，人們的健康也遭到嚴(yán)重的威脅。根據(jù)《國家危險廢物名錄》(2021年版)規(guī)定，具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性或者感染性等一種或者幾種危險特性的及不排除具有危險特性，可能對環(huán)境或者人體健康造成有害影響的固廢或液廢均按危廢管理[1-2]。由于危險廢物種類繁多、成分復(fù)雜，其危害具有復(fù)雜性、滯后性和難恢復(fù)性，并直接關(guān)聯(lián)到生態(tài)環(huán)境和人體健康，近年來危險廢物管理已成為我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作關(guān)注的重點(diǎn)，重點(diǎn)推進(jìn)危險廢物堆存減量化工作[3-4]。

當(dāng)前，危險廢物處置主要采用資源化綜合利用、物理法、化學(xué)法、生物法、固化法、焚燒法、熱解法、填埋法等，此外還有利用水泥窯協(xié)同、等離子體熔融、微電解技術(shù)、超零界水氧化技術(shù)等[5]。據(jù)全國固體廢物管理信息系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)顯示，截至2020年底，全國危險廢物利用處置單位數(shù)量約為5000家，但絕大部分企業(yè)呈現(xiàn)規(guī)模較小、處理資質(zhì)少、處理能力弱的特點(diǎn)。為此，我國鼓勵建材、冶金、火電等行業(yè)利用工業(yè)窯爐協(xié)同處置危險廢物。因此有效利用鋼鐵冶煉工業(yè)中種類多，規(guī)模大，分布廣的爐窯協(xié)同處置危險廢物不僅能緩解我國危險廢物處理能力不足，還可以綜合利用危險廢物的有效成份和熱值，也能緩解鋼鐵工業(yè)資源約束和環(huán)境壓力，綜合效益顯著。

1 鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險廢物現(xiàn)狀

在鋼鐵生產(chǎn)高溫窯爐共處置危險廢棄物方面，燒結(jié)爐、高爐、轉(zhuǎn)爐、焦?fàn)t等鋼鐵冶金行業(yè)生產(chǎn)窯爐從原理上具備共處置固體廢物的潛力。鋼鐵生產(chǎn)窯爐共處置危險廢棄物技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用相對較晚。1978年加拿大INCO集團(tuán)在美國建成了一條轉(zhuǎn)底爐工藝(Rotary Hearth Furnace)生產(chǎn)線，可用于處理冶金廠產(chǎn)生的含鐵、鉻、鋅的廢棄物。隨后該技術(shù)在德國、日本、美國逐漸有了更多應(yīng)用[6]。在1995年德國Bremen鋼鐵企業(yè)利用煉鐵高爐協(xié)同處置醫(yī)療廢棄物、廢包裝物等塑料危險廢物，廢塑料經(jīng)破碎、造粒后噴吹進(jìn)入高爐[7]。2005年神霧集團(tuán)突破技術(shù)瓶頸，通過采用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐技術(shù)處理鋼鐵廠粉塵和污泥。2009年該技術(shù)在江蘇沙鋼集團(tuán)建成了一條年產(chǎn)30萬t固廢綜合處理生產(chǎn)線，并推廣應(yīng)用。

國內(nèi)，北京科技大學(xué)的王靜松等通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，采用轉(zhuǎn)底爐工藝處理鋼廠固體廢棄物，其中Zn、K、Na、Pb的脫除率分別達(dá)到98%、80%、88%和85%，較好地解決了鋼鐵廠粉塵危險廢物難以利用的綜合問題[8]。山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)與北京大學(xué)合作建成一條年處理能力為32萬t含鋅粉塵的轉(zhuǎn)底爐直接還原線，二次粉塵經(jīng)過濕法富集鋅的處理后可作鋅資源加以利用，是目前已成為國內(nèi)規(guī)模最大的處理粉塵的工業(yè)生產(chǎn)線[9]。轉(zhuǎn)底爐處理含鋅粉塵工藝已在國內(nèi)多家鋼廠應(yīng)用，包括山東萊鋼、廣東寶鋼湛江等多家鋼廠[10]。不過相比建材生產(chǎn)窯爐共處置技術(shù)，現(xiàn)有的鋼鐵窯爐共處置的危險廢物類別還極為有限。

2 鋼鐵冶煉爐窯協(xié)同處置危險廢物可行性分析

(1)溫度與湍流。高溫是協(xié)同處置的基本條件之一，危險廢物只有在高溫條件下才能發(fā)生焚燒和熱解，達(dá)到減量化和無害化處理[11]。專業(yè)焚燒爐爐膛內(nèi)溫度為850～1200 ℃。在鋼鐵冶煉過程中，包含焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐、高爐、燒結(jié)機(jī)及熱風(fēng)爐都是高溫設(shè)備，均可提供1000 ℃以上高溫處置能力，基本上將有機(jī)物的有害成分徹底分解。在高溫鋼鐵冶煉窯爐內(nèi)，爐料與氣流的運(yùn)行方向相反，使得爐內(nèi)氣體與固體之間相互緊密接觸產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流，可以更好地促進(jìn)相互混合、傳熱、傳質(zhì)，并最大限度實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分解、化合和擴(kuò)散。

(2)具有寬松的造渣制度。廢物的協(xié)同處置通常會對原工藝造成負(fù)面影響，需要對造渣制度進(jìn)行調(diào)節(jié)，將廢物中有害的非目標(biāo)組分去除，從而減輕對原冶煉工藝的擾動。

(3)煙氣停留時間長。鋼鐵爐窯煙氣停留時間長，可有效避免產(chǎn)生二次污染物二噁英的產(chǎn)生。

(4)具有還原或者氧化性氣氛條件。在鋼鐵冶煉的高爐、熱風(fēng)爐和轉(zhuǎn)爐均為高溫還原性氣氛，可以用于處置氧化性的危險廢物，如冶金渣中有價金屬，通過還原反應(yīng)，將有價金屬還原回收利用。焦?fàn)t和燒結(jié)機(jī)具有氧化性氣氛，可對危險廢物進(jìn)行焚燒熱解處理，用于處置還原性的危險廢物。

(5)煙氣治理系統(tǒng)。鋼鐵爐窯中煙氣處理系統(tǒng)具有硫氧化物、氮氧化物、粉塵等污染物治理系統(tǒng)，且能夠適應(yīng)協(xié)同處理時污染物處理量增加的情況，或在原有煙氣治理設(shè)施的基礎(chǔ)上通過技術(shù)升級，可實(shí)現(xiàn)焚燒系統(tǒng)的煙氣排放指標(biāo)滿足《危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18484—2001)煙氣排放的要求。

3 鋼鐵冶煉爐窯協(xié)同處置危險廢物類別判斷

3.1 不適宜鋼鐵冶煉爐窯協(xié)同處理的危險廢物類別

根據(jù)危險廢物特性和鋼鐵冶煉爐窯工藝特點(diǎn)，經(jīng)初步分析、判斷，不適宜協(xié)同處置的危險廢物類別[12-13]主要有：(1)各類爆炸性廢物(HW15)、放射性廢物、新化學(xué)物質(zhì)廢物(HW14)、部分其他廢物(HW49)等；(2)影響鋼鐵冶煉產(chǎn)品質(zhì)量的危險廢物；(3)對鋼鐵冶煉爐窯具有強(qiáng)腐蝕性的危險廢物；(4)協(xié)同處置產(chǎn)生的污染物利用現(xiàn)有環(huán)保設(shè)備無法達(dá)標(biāo)排放的危險廢物。

3.2 適宜鋼鐵冶煉爐窯協(xié)同處理的危險廢物類別

結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，確定可進(jìn)行鋼鐵爐窯協(xié)同處置的高溫爐窯主要為燒結(jié)機(jī)、高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐四類。根據(jù)鋼鐵冶煉爐窯實(shí)際工藝要求，以及相關(guān)研究報道，可確定適宜鋼鐵工業(yè)爐窯協(xié)同處置的危險廢棄物主要包括廢活性炭、焦油渣、石棉廢物、廢油漆桶、含鉻廢物、含礦物煙塵、含礦物污泥、醫(yī)療廢物(塑料類)等，危險廢棄物類別代碼及適用的鋼鐵爐窯類型詳見分類分析表1。

表1 適宜鋼鐵冶煉爐窯協(xié)同處理的危險廢物類別

續(xù)表1

4 鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險廢物的思考與建議

目前來說，我國協(xié)同處理危險廢物正處于起步階段，對于鋼鐵窯爐協(xié)同處理領(lǐng)域相關(guān)研究基礎(chǔ)相對薄弱，一定程度上限制了鋼鐵窯爐協(xié)同處理技術(shù)的應(yīng)用。限制其推廣應(yīng)用的主要因素有：(1)國家為鼓勵企業(yè)開展綠色、循環(huán)、低碳發(fā)展，相繼出臺一系列利好政策來引導(dǎo)和支持固體廢物資源化新技術(shù)、新設(shè)備、新產(chǎn)品應(yīng)用。但主要基于類似水泥窯協(xié)同處置固體廢物的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和細(xì)則，對于鋼鐵企業(yè)對如何處置內(nèi)部產(chǎn)生的危險廢物，甚至消納社會部分危險廢物的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系尚未完善，這也導(dǎo)致各省市鋼鐵企業(yè)開展危險廢物減量化、無害化處置無法可依；(2)鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險廢物的工業(yè)試驗(yàn)點(diǎn)不多，尚未形成與鋼鐵冶煉生產(chǎn)工藝相匹配的危險廢物協(xié)同處置技術(shù)指南和技術(shù)規(guī)范；(3)鋼鐵冶煉企業(yè)的危險廢物貯存設(shè)施的安全性和規(guī)范性，以及危險廢物的管理水平參差不齊。

目前我國鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險廢物尚處于起步階段，需多方協(xié)作共同促進(jìn)其有效實(shí)施。一是政府相關(guān)部門要完善相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，頒布相關(guān)的政策與標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范和引導(dǎo)鋼鐵企業(yè)協(xié)同處置危險廢物。二是科研單位要加快研發(fā)協(xié)同處置新技術(shù)，開展鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險廢物試點(diǎn)示范。三是鋼鐵企業(yè)要提升企業(yè)危險廢物規(guī)范化管理水平，確保生產(chǎn)安全。

5 結(jié) 語

鋼鐵窯爐協(xié)同處置危險廢物是鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的手段之一，對緩解危險廢物處置能力不足所造成的巨大環(huán)境壓力，提高危險廢物資源再生水平和無害化技術(shù)水平，以及鋼鐵冶煉窯爐應(yīng)急處理突發(fā)事件所產(chǎn)生的廢物的能力具有非常重要的意義。目前該技術(shù)尚處于起步階段，缺乏行業(yè)準(zhǔn)入政策、污染控制、風(fēng)險控制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，需要政府、環(huán)境管理部門、企業(yè)、科研單位多方協(xié)作，共同推動該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。