竹 濤，范詩(shī)晗，李芙蓉，劉海兵

（1. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2. 生態(tài)環(huán)境部 固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心，北京 100029）

人口的快速增長(zhǎng)和城市化的快速發(fā)展對(duì)可持續(xù)發(fā)展提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。一方面，能源消費(fèi)的增加及其相關(guān)問(wèn)題推動(dòng)了對(duì)燃料和能源多樣化以及清潔和可再生能源技術(shù)的需求；另一方面，產(chǎn)生的固體廢物不斷增加，不僅需要適當(dāng)?shù)墓芾碚?，還需要更好的處理技術(shù)［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年，我國(guó)一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量達(dá)3.97 Gt，工業(yè)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量為86.536 Mt［2］，且固體廢物量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，因此，需要找到廢物處置和緩解能源短缺的有效途徑。

相關(guān)專(zhuān)家學(xué)者在固廢處置利用方面做了很多研究工作，但固體廢物的利用率仍有待提高。工業(yè)和信息化部印發(fā)的《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》支持鼓勵(lì)企業(yè)實(shí)施燃料替代，推進(jìn)再生資源高效循環(huán)利用，對(duì)固廢的綜合利用提出了新的目標(biāo)和規(guī)劃。工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物是指利用高溫工業(yè)窯爐將固體廢物與其他原料或燃料混合共同處置，利用廢物焚燒產(chǎn)生的熱能替代部分燃料產(chǎn)生的熱能，以達(dá)到廢物無(wú)害化處置和資源化利用的目的，是替代廢物焚燒和填埋的有效手段。與傳統(tǒng)固體廢物處理方法填埋和焚燒相比，工業(yè)窯爐協(xié)同處置具有很大優(yōu)勢(shì)，不僅可以從固體廢物中回收有用的能量值，大幅降低處理成本，還可減少最終送往填埋場(chǎng)的廢物量，甚至實(shí)現(xiàn)廢物的完全和安全銷(xiāo)毀，做到減污、降碳協(xié)同增效，全面提高資源利用效率［3］。

綠色循環(huán)低碳發(fā)展是當(dāng)今時(shí)代科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的方向，工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物技術(shù)正在蓬勃發(fā)展［4］。但該技術(shù)在我國(guó)起步較晚，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系不夠完善，缺乏具體的政策指導(dǎo)。本文介紹了水泥窯、電廠燃煤鍋爐、鋼鐵冶煉窯爐、煤氣化爐等工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物技術(shù)的現(xiàn)狀，指出了當(dāng)前存在的問(wèn)題，并展望了該技術(shù)的發(fā)展方向。

1 工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物現(xiàn)狀

生態(tài)環(huán)境部等18部委聯(lián)合印發(fā)的《“十四五”時(shí)期“無(wú)廢城市”建設(shè)工作方案》中提出，推動(dòng)利用水泥窯、燃煤鍋爐等協(xié)同處置固體廢物。在2021年至2022年期間，我國(guó)主要的廢物處置企業(yè)已啟動(dòng)了近20個(gè)協(xié)同處置項(xiàng)目。

1.1 水泥窯協(xié)同處置固體廢物

1.1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

水泥窯協(xié)同處置固體廢物是我國(guó)《國(guó)家工業(yè)節(jié)能技術(shù)裝備推薦目錄（2020）》中的推薦性技術(shù)，是《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》等政策中鼓勵(lì)實(shí)施的節(jié)能措施，《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》中也提出推動(dòng)鋼鐵窯爐、水泥窯、化工裝置等協(xié)同處置固廢，并且《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》中明確提出“鼓勵(lì)多產(chǎn)業(yè)協(xié)同利用，推進(jìn)大宗固廢綜合利用產(chǎn)業(yè)與上游煤電、鋼鐵、有色、化工等產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展”［4］。在滿足水泥生產(chǎn)對(duì)原料或燃料的基本特性要求，且不會(huì)對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程、水泥產(chǎn)品質(zhì)量以及環(huán)境安全帶來(lái)不利影響的情況下，可在水泥生產(chǎn)中將城市垃圾、污泥、危險(xiǎn)廢物等固廢作為替代原料或替代燃料參與煅燒，投入水泥生產(chǎn)中，避免了這些固廢的填埋和焚燒，是實(shí)現(xiàn)廢棄物減量化、資源化和無(wú)害化的有效措施。1974年，加拿大學(xué)者利用水泥窯處理化工廢料，證明了水泥窯協(xié)同處置的可行性；2000年，歐盟頒布了與水泥窯協(xié)同處置相關(guān)的《廢物焚燒指令》；目前水泥窯協(xié)同處置技術(shù)已在德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)得到普遍推廣和應(yīng)用，其中荷蘭水泥生產(chǎn)的燃料替代率高達(dá)83%［5-6］。

我國(guó)自20世紀(jì)90年代開(kāi)始水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的研究，2005年北京水泥廠建成了我國(guó)第一個(gè)水泥窯協(xié)同處置項(xiàng)目，隨著我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的不斷完善，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)得到較好應(yīng)用［7］。水泥窯協(xié)同處置技術(shù)作為一種廢棄物處理手段，也可用于醫(yī)療廢物處置。2020年新冠肺炎疫情期間產(chǎn)生大量醫(yī)療廢物，南京中聯(lián)水泥有限公司利用水泥窯協(xié)同處置隔離區(qū)的生活垃圾和醫(yī)療廢物，處置量可達(dá)5～6 t/d。金隅冀東水泥（唐山）有限責(zé)任公司水泥窯協(xié)同處置污泥工程作為國(guó)內(nèi)最大的水泥窯協(xié)同處置污泥項(xiàng)目，日處理污泥能力達(dá)800 t，充分實(shí)現(xiàn)了變污泥為水泥、減少土地占用并將資源利用率最大化的目的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2022年底，全國(guó)共有360條水泥窯協(xié)同處置固廢項(xiàng)目，其中處置生活垃圾窯線83條，年處置能力達(dá)8 300 kt［8］。研究表明，利用水泥窯系統(tǒng)處置廢物，對(duì)大氣和水泥產(chǎn)品質(zhì)量基本沒(méi)有影響，可有效解決廢物無(wú)害化處置問(wèn)題，緩解固廢處置壓力，對(duì)實(shí)現(xiàn)固體廢物處理的減量化、無(wú)害化和資源化具有十分重要的意義［9-12］。

1.1.2 污染物排放

固體廢物中含有大量的有毒有害物質(zhì)，水泥窯協(xié)同處置固體廢物過(guò)程中產(chǎn)生的污染物排放問(wèn)題不容忽視。例如，在協(xié)同處置過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生二口惡英；由于固體廢棄物中還含有大量的氯、硫、重金屬等元素，在水泥窯協(xié)同處置過(guò)程中可能形成HCl、Cl2、SO2等氣體，造成管道設(shè)備腐蝕、結(jié)垢等問(wèn)題，部分重金屬在水泥窯高溫環(huán)境下?lián)]發(fā)隨煙氣排入大氣中，危害周?chē)恋丨h(huán)境及農(nóng)作物，且研究認(rèn)為高溫條件下硫、氯、堿等會(huì)影響重金屬的揮發(fā)特性［13］。本小節(jié)主要針對(duì)多氯代二苯并-對(duì)-二口惡英/多氯代二苯并呋喃（PCDDs/PCDFs，簡(jiǎn)寫(xiě)為PCDD/Fs）和重金屬兩類(lèi)污染物進(jìn)行分析。

1.1.2.1 PCDD/Fs

有研究認(rèn)為，水泥窯協(xié)同處置固廢可以很好的遏制二口惡英的產(chǎn)生，降低污染物排放濃度，對(duì)于廢物中有機(jī)污染物具有很好的去除效果，并且可將有害重金屬固化［14］。垃圾焚燒帶來(lái)的二口惡英問(wèn)題日益嚴(yán)重，而水泥窯協(xié)同處置對(duì)入窯飛灰中二口惡英的消減率可達(dá)99%［15］。LIU等［16］分析了水泥制造過(guò)程中原料與垃圾焚燒飛灰共燃過(guò)程中向大氣排放的PCDD/Fs水平，發(fā)現(xiàn)排放量低于歐盟對(duì)水泥窯的限值，水泥窯消除了進(jìn)料中約94%的PCDD/Fs，表明利用水泥窯處理固體廢物是一種有前景的技術(shù)。CONESA等［17］使用固體回收燃料、汽車(chē)粉碎殘?jiān)?、污水污泥、廢輪胎以及肉和骨粉等廢物作為替代燃料，能源替代率約為40%，監(jiān)測(cè)水泥窯PCDD/Fs長(zhǎng)期排放情況，發(fā)現(xiàn)全年的排放水平遠(yuǎn)低于排放限值。YE等［18］取固化粉煤灰、電鍍污泥、工業(yè)廢渣3種典型固體廢物與水泥熟料協(xié)同處置，發(fā)現(xiàn)固體廢物協(xié)同處置對(duì)二口惡英的排放有一定影響，但仍處于較低水平。

綜上，水泥窯協(xié)同處置固廢時(shí)二口惡英的排放濃度較低，符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)，但發(fā)展中國(guó)家水泥窯協(xié)同處置固廢時(shí)二口惡英的排放濃度略高于發(fā)達(dá)國(guó)家（如表1所示，I-TEQ為國(guó)際毒性當(dāng)量），并且水泥生產(chǎn)過(guò)程中煙氣產(chǎn)生量巨大。隨著煙氣量的增大，二口惡英的生成量會(huì)顯著提高，協(xié)同處置固廢的水泥窯是二口惡英不可忽視的來(lái)源。因此，我國(guó)需要加強(qiáng)對(duì)污染物的監(jiān)測(cè)工作，對(duì)廢物進(jìn)行預(yù)處理，從源頭上控制污染物的排放。

表1 水泥窯協(xié)同處置固體廢物時(shí)二口惡英的排放水平

1.1.2.2 重金屬

工業(yè)窯爐的高溫環(huán)境不僅可以消除二口惡英，還可以降低重金屬的遷移率，從而降低滲濾液中的重金屬濃度［25］。張俊麗等［26］將水泥固化/穩(wěn)定化技術(shù)與水泥窯協(xié)同處置對(duì)重金屬的固定效果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)水泥窯協(xié)同處置對(duì)重金屬的固定效果優(yōu)于水泥固化/穩(wěn)定化，水泥窯協(xié)同處置可將大部分重金屬固定在熟料中，降低隨煙氣排入大氣的重金屬量。原材料和含有重金屬的燃料是水泥窯排放重金屬的主要來(lái)源，重金屬進(jìn)入窯內(nèi)在高溫條件下會(huì)揮發(fā)或固化，通過(guò)一系列物理化學(xué)反應(yīng)參與熟料的燒制過(guò)程。不同重金屬揮發(fā)的難易程度不同［19］，表2列出了具有不同揮發(fā)特性的重金屬的最終遷移位置。汞作為高揮發(fā)性重金屬，在很大程度上以氣態(tài)形式排放，水泥窯協(xié)同處置廢物時(shí)會(huì)加大汞排放超標(biāo)的壓力［25］。合肥水泥研究設(shè)計(jì)院利用新型干法水泥窯協(xié)同處置工藝處理垃圾焚燒飛灰，以不摻燒飛灰作為空白對(duì)照，結(jié)果顯示，無(wú)論是空白試驗(yàn)還是試燒試驗(yàn)，廢氣中汞的排放濃度均超過(guò)了《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 30485—2013）中的限值0.05 mg/m3，且摻燒后汞的排放濃度達(dá)到0.11 mg/m3［27］。因此，應(yīng)限制替代燃料中進(jìn)入系統(tǒng)的Hg含量，以達(dá)到降低摻燒后汞排放濃度的目的。SHIH等［28］研究發(fā)現(xiàn)：在燒結(jié)過(guò)程中，90%以上的Pb會(huì)在高溫下蒸發(fā)，Cu、Cr、Ni等低揮發(fā)性重金屬幾乎全部被截留在熟料中，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成浸出危害；當(dāng)替代率增大到15%或以上時(shí)，原料混合物中Ni和Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于1%，此時(shí)，高含量的Ni和Cr可能會(huì)摻入熟料中，摻入的重金屬可能導(dǎo)致C3S多晶型的轉(zhuǎn)變、C3S的分解或新化合物的形成，改變?cè)惺炝舷唷Ｖ亟饘俚暮繘Q定了熟料燒制的最終產(chǎn)物，低含量的重金屬基本不會(huì)誘發(fā)新相生成。水泥窯協(xié)同處置過(guò)程中重金屬的揮發(fā)與固化不僅與處置方式、廢棄物種類(lèi)、重金屬含量有關(guān)，還受廢棄物中微量組分的影響，在燒制過(guò)程中，揮發(fā)的重金屬易與氣氛中的微量元素反應(yīng)生成新的重金屬化合物，影響重金屬的揮發(fā)。張賓［29］研究了硫、氯、堿對(duì)重金屬遷移規(guī)律的影響，證明氯化物對(duì)重金屬Pb、Cu、Cd的揮發(fā)具有促進(jìn)作用，使重金屬氧化物最終以氯化物的形態(tài)揮發(fā)，硫的存在可以提高對(duì)揮發(fā)性重金屬Pb和Cd的固化能力。

表2 水泥窯中重金屬的最終遷移位置

綜上，水泥窯協(xié)同處置固體廢物對(duì)環(huán)境的影響不容忽視，尤其當(dāng)廢物中含有大量的硫、氯、堿、重金屬等元素時(shí)更應(yīng)該引起重視，在水泥窯協(xié)同處置過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制物料中硫、氯、堿以及重金屬含量。

1.2 電廠燃煤鍋爐

1.2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

燃煤電廠在我國(guó)電力供應(yīng)中占主導(dǎo)地位，滿足了全國(guó)64%以上的電力需求，據(jù)預(yù)測(cè)，到2023年煤炭對(duì)全國(guó)電力供應(yīng)的貢獻(xiàn)仍將超過(guò)50%［30］。固體廢物在材料和能源回收方面具有巨大潛力，將固體廢物與煤共燃，使廢物轉(zhuǎn)化為能源，以達(dá)到資源最大化、廢物最小化的目的［31］。燃煤鍋爐中用于協(xié)同處置固體廢物的爐型主要為煤粉鍋爐和流化床鍋爐。

近年來(lái)，我國(guó)電廠鍋爐協(xié)同處置一般固體廢物已有應(yīng)用，全國(guó)約數(shù)十個(gè)項(xiàng)目，協(xié)同處置的固體廢物類(lèi)別主要包括污泥、藥渣、生物質(zhì)廢棄物、垃圾衍生燃料等。LU等［32］對(duì)流化床鍋爐中城市生活垃圾與煤的共燃特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試和建模分析，研究顯示，將城市固體廢物作為替代燃料，30%的替代率是可行的。2017年，中國(guó)石化荊門(mén)石化公司利用現(xiàn)有的流化床鍋爐摻燒含油污泥，且鍋爐所產(chǎn)生的一般工業(yè)固體廢物均得到有效的回收利用或處置。2018年，河南華潤(rùn)電力古城有限公司成為我國(guó)首個(gè)火電廠協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物企業(yè)，將藥渣與原煤摻燒，每年可處理利用藥渣150 kt；2020年該單位擴(kuò)建協(xié)同資源化綜合利用危險(xiǎn)廢物項(xiàng)目50 kt/a，可替代原煤用量30.9 kt/a，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益的共同提升［33］。2020年，伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司利用自有煤粉鍋爐協(xié)同處置煤化工生化污泥和焦油煤粉，煤粉鍋爐內(nèi)部的高溫環(huán)境為協(xié)同處置固體廢物提供了可能，通過(guò)共同處置實(shí)現(xiàn)了綜合治理的協(xié)同增效。

1.2.2 污染物排放

燃煤鍋爐協(xié)同處置技術(shù)不僅可以從固體廢物中回收能量，還可以有效減少污染排放，并且生物質(zhì)與煤炭的協(xié)同利用已被證明是減少溫室氣體排放的有效方法［34］。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)燃煤鍋爐協(xié)同處置技術(shù)的研究主要包括兩部分：一部分是運(yùn)行工況的研究，一部分是污染物排放的研究［35］，如表3所示。在實(shí)際運(yùn)行中，鍋爐可通過(guò)調(diào)整配風(fēng)情況，使燃料充分燃燒，消除有毒有害物質(zhì)，從而使污染物排放得到有效控制；但富集的重金屬可通過(guò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)排放，有機(jī)污染物也可能無(wú)法徹底分解。本小節(jié)針對(duì)PCDD/Fs和重金屬兩類(lèi)污染物分別展開(kāi)敘述。

表3 電廠燃煤鍋爐協(xié)同處置固體廢物的研究方向

1.2.2.1 PCDD/Fs

鍋爐燃燒過(guò)程中二口惡英的生成情況相當(dāng)復(fù)雜，減少二口惡英排放需要控制溫度大于850 ℃、氧氣體積分?jǐn)?shù)大于6%、停留時(shí)間大于2 s，以達(dá)到分解二口惡英的目的［36］。預(yù)處理后的污泥可與煤炭一起作為燃料在鍋爐中燃燒，解決了污泥由于熱值低不能進(jìn)行穩(wěn)定單燃燒的問(wèn)題，并且可以去除污泥中大量的有毒有害物質(zhì)［37-39］。目前，在全國(guó)范圍內(nèi)大規(guī)模污泥處理的案例還很少。張建龍［40］研究了燃煤鍋爐協(xié)同處置污泥的二口惡英排放水平，濕污泥處理能力為250 t/d，分別在未摻混污泥和摻混污泥工況下進(jìn)行試驗(yàn)，其中摻混燃燒過(guò)程中二口惡英排放的I-TEQ濃度為0.032 6 ng/m3，略高于未摻燒工況下的0.021 9 ng/m3，但仍符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明摻混對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響較小，有機(jī)物可以得到較為徹底的降解。污泥的供能比控制在煤炭發(fā)電量的10%以內(nèi)，燃燒效果不會(huì)受到影響，各種污染物的排放量能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求［41］。楊占斌［42］研究了煤粉鍋爐在空白工況和協(xié)同處置工況（摻燒廢活性炭）下PCDD/Fs的排放情況，結(jié)果顯示，兩種工況下PCDD/Fs濃度均低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值，煤粉鍋爐協(xié)同處置廢物并未增加二口惡英的排放風(fēng)險(xiǎn)。

燃煤發(fā)電站煙氣中的PCDD/Fs濃度非常低，但PCDD/Fs的總排放量不可忽視，因?yàn)槊禾肯牧看?，氣體排放量大，因此，應(yīng)將PCDD/Fs的排放系數(shù)加以量化，以估算PCDD/Fs的總排放量［43］。

1.2.2.2 重金屬

我國(guó)危險(xiǎn)廢物中含量多、危害大的是揮發(fā)和半揮發(fā)性重金屬元素，影響重金屬揮發(fā)和固化的主要因素是溫度和時(shí)間，同時(shí)，堿度對(duì)重金屬揮發(fā)和固化也具有一定的影響。楊占斌［42］利用高溫管式爐模擬煤粉鍋爐協(xié)同處置固廢，研究了CaO和SiO2對(duì)Pb、Zn、Cd、As等4種重金屬揮發(fā)率的影響，從整體上看，堿性化合物對(duì)重金屬具有一定的固化作用。煤和生物質(zhì)共燃可降低微量元素釋放到自然環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)［44］。WANG等［45］選用不同生物質(zhì)與煤共燃，研究了生物質(zhì)中金屬氧化物和揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)砷釋放的影響，發(fā)現(xiàn)礦物金屬（Na、K、Mg、Ca、Al和Fe）與有機(jī)硅在共燃過(guò)程中對(duì)砷的釋放起著重要作用，生物質(zhì)的添加可抑制煤燃燒過(guò)程中砷的釋放。污泥是一種有吸引力的能源燃料，其熱值與低級(jí)燃料相當(dāng)［46］。DONG等［47］在嘉興市某電廠的工業(yè)循環(huán)床鍋爐中進(jìn)行了制革廠污泥與煤炭的共燃試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)排放的顆粒物被控制在低水平，焚燒廢物時(shí)有毒有機(jī)化合物排放量非常低，且重金屬排放濃度也低于我國(guó)和歐盟標(biāo)準(zhǔn)的限值，即使是袋式除塵器前的濃度。

因缺乏基礎(chǔ)理論的支撐，我國(guó)電廠燃煤鍋爐協(xié)同處置固廢技術(shù)的應(yīng)用和推廣受到制約，但發(fā)展?jié)摿薮蟆＠霉腆w廢物與燃煤鍋爐中的煤炭共燃，將固體廢物轉(zhuǎn)化為固體燃料，從廢物中回收能量，能夠在很大程度上減少?gòu)U物并節(jié)省煤炭資源的消耗，促進(jìn)能源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

1.3 鋼鐵冶煉窯爐

與電廠燃煤鍋爐、水泥窯相比，鋼鐵冶煉窯爐同樣具備協(xié)同處置固體廢物的特征，鋼鐵行業(yè)中燒結(jié)爐、轉(zhuǎn)爐、高爐、回轉(zhuǎn)窯爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)底爐等多種高溫窯爐均具備協(xié)同處置固廢的潛力［48］。1995年，德國(guó)一家鋼鐵企業(yè)進(jìn)行了最早的鋼鐵冶煉窯爐協(xié)同處置廢塑料試驗(yàn)。美國(guó)鋼鐵業(yè)利用鋼鐵冶煉窯爐協(xié)同處置塵泥類(lèi)危險(xiǎn)廢物，有效減少了燃料的使用［49］。我國(guó)在鋼鐵冶煉窯爐協(xié)同處置固廢方面也做了相關(guān)研究。廣東韶鋼松山股份有限公司某協(xié)同處置項(xiàng)目，利用轉(zhuǎn)爐和轉(zhuǎn)底爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物，處理量可達(dá)180 kt/a，包括廢活性炭20 kt/a、鋼廠煙塵灰110 kt/a以及廢鐵質(zhì)包裝桶50 kt/a。劉劍平等［50］利用轉(zhuǎn)爐容量大、焚燒溫度高等特點(diǎn)協(xié)同處置廢油漆涂料桶，其中的有機(jī)物被徹底分解，殘留廢鋼可進(jìn)入鐵水中作為原料補(bǔ)充，處置過(guò)程中污染物排放水平低，固廢中重金屬浸出濃度低于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值。利用鋼鐵冶煉窯爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物是實(shí)現(xiàn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的手段之一，但目前該技術(shù)協(xié)同處置的危險(xiǎn)廢物類(lèi)別還很有限，在一定程度上限制了該技術(shù)的應(yīng)用［47］。

對(duì)于常見(jiàn)的鋼鐵冶煉窯爐，其協(xié)同處置固體廢物的情況總結(jié)如下。

1）燒結(jié)爐。處置垃圾焚燒飛灰、高爐灰、污泥、廢催化劑等。中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司通過(guò)試驗(yàn)研究，證明了燒結(jié)協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰的可行性。飛灰可以作為燒結(jié)過(guò)程的熔劑，燒結(jié)過(guò)程中溫度可達(dá)1 300 ℃以上，具有與高溫熔融相似的環(huán)境，促進(jìn)二口惡英分解。但進(jìn)入爐中協(xié)同處置的固廢揮發(fā)分不能過(guò)高，含過(guò)高F、Cl、K、Na等元素易導(dǎo)致篦條腐蝕、糊堵。

2）高爐?？商幹脧U塑料、廢布料、廢橡膠、污泥、稻殼、甘蔗渣、桉樹(shù)皮等固廢。寧波鋼鐵有限公司工業(yè)爐窯協(xié)同處置金屬表面廢物項(xiàng)目是全國(guó)首例運(yùn)用該技術(shù)處置危廢的試點(diǎn)項(xiàng)目，主要協(xié)同處置鐵皮桶，處置量4 500 t/a。爐料經(jīng)加熱、還原、熔化、脫硫等一系列物理化學(xué)過(guò)程，最后生成生鐵、爐渣、煤氣等。該技術(shù)對(duì)外來(lái)雜質(zhì)的承受限度較低，高濃度的F、Cl等元素易導(dǎo)致管道腐蝕。

3）轉(zhuǎn)爐。處置焦油渣、含油污泥、廢油漆涂料桶、保溫棉等。寶武集團(tuán)環(huán)境資源科技有限公司利用轉(zhuǎn)爐協(xié)同處置除塵布袋、含油濾布、保溫棉等廢棄物。寶鋼股份煉鋼廠利用轉(zhuǎn)爐處理廢油漆涂料桶，涂料中的有機(jī)物高溫分解，鐵元素進(jìn)入鐵水中成為煉鋼原料的一部分，但異味問(wèn)題較難控制［42］。

4）焦?fàn)t。處置焦油渣、生化污泥、廢油漆桶、鋼渣、醫(yī)療廢物等。山東榮信集團(tuán)焦?fàn)t協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物項(xiàng)目，處理量達(dá)50 kt/a。焦化有機(jī)固廢中的長(zhǎng)鏈烷烴和芳香烴組分具有黏結(jié)作用，可作為黏結(jié)劑與煤粉充分混合，制得型煤，然后作為煉焦配煤的一部分進(jìn)入焦?fàn)t煉焦，通過(guò)焦?fàn)t高溫炭化［51］。該技術(shù)存在預(yù)處理技術(shù)不成熟、VOCs治理不完善、二次污染等問(wèn)題［51］。

5）轉(zhuǎn)底爐。處置含鋅粉塵、含鉻廢渣、廢舊活性炭、含鐵固廢等。寶鋼湛江鋼鐵含鐵固廢處置中心利用轉(zhuǎn)底爐處理含鐵固廢，實(shí)現(xiàn)了含鐵廢棄物的廠內(nèi)循環(huán)利用和無(wú)害化處置。但高濃度F、Cl等元素易導(dǎo)致設(shè)備腐蝕。

1.4 煤氣化爐

煤氣化是煤炭轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N清潔產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)中的基礎(chǔ)和核心。進(jìn)入21世紀(jì)，煤與固體廢物共氣化的提出使氣化技術(shù)更加環(huán)保［52］。根據(jù)原料與氣化氣的接觸方式不同，煤氣化爐可分為固定床、氣流床、流化床3種，氣化爐對(duì)原料具有極強(qiáng)適應(yīng)性，具備協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物的能力［53］。內(nèi)蒙古伊泰化工有限責(zé)任公司利用現(xiàn)有粉煤氣化裝置及水煤漿氣化裝置協(xié)同處置污水處理站產(chǎn)生的生化污泥，處理量6 720 t/a，最終可將有機(jī)成分及所含水分轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃夂投趸?，?shí)現(xiàn)了固體廢物的資源化利用。LI等［54］對(duì)德士古水煤漿氣化爐協(xié)同處置煤液化殘?jiān)^(guò)程中有機(jī)污染物的排放特征和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，污染物排放濃度有所增加，但總毒性當(dāng)量濃度仍遠(yuǎn)低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值，協(xié)同處置過(guò)程中環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較低。李雪冰［55］對(duì)德士古水煤漿氣化爐協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物過(guò)程中有機(jī)物的降解效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究，測(cè)定了特征污染物濃度，結(jié)果顯示，危險(xiǎn)廢物處置過(guò)程未改變PCDD/Fs和重金屬在廢水、廢氣及固體廢物中的分配趨勢(shì)，未增加PCDD/Fs和重金屬的排放風(fēng)險(xiǎn)，污染物濃度均未超過(guò)限值。

協(xié)同處置固體廢物是煤氣化爐發(fā)展的主要方向之一，目前該技術(shù)已有少量工程應(yīng)用，但國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究中處置廢物的種類(lèi)相對(duì)較少，缺乏對(duì)煤氣化爐協(xié)同處置廢物的系統(tǒng)研究［56-57］。

2 工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物存在的問(wèn)題

在“無(wú)廢城市”建設(shè)背景下，國(guó)家大力推進(jìn)固體廢棄物減量化和資源化利用，因此，借助工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物將其對(duì)環(huán)境的影響降至最低，具有十分重要的意義。在工業(yè)窯爐使用過(guò)程中，其較高的溫度、較長(zhǎng)的停留時(shí)間、高水平的湍流和強(qiáng)熱流等特征使其具備消除污染物的能力，固體廢物無(wú)論是作為補(bǔ)充燃料還是替代其他原材料都為消除廢物同時(shí)回收能源和材料提供了一種選擇，這使得燃料的選擇多種多樣，特別是具有熱值和物質(zhì)價(jià)值的不同類(lèi)型的廢物衍生燃料。但目前工業(yè)窯爐協(xié)同處置仍存在一些問(wèn)題，而現(xiàn)有研究尚不能完全解決這些問(wèn)題，相關(guān)法律法規(guī)也不夠完善，對(duì)實(shí)際應(yīng)用缺乏指導(dǎo)。

2.1 基礎(chǔ)研究不充分

在我國(guó)，工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物的應(yīng)用尚處于起步階段，基礎(chǔ)研究不夠充分。固體廢物中含有大量的有毒有害物質(zhì)，雖然工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物過(guò)程中二口惡英排放濃度低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值，但煙氣的大量排放，使得二口惡英排放對(duì)環(huán)境影響的問(wèn)題不容忽視。腐蝕是影響窯系統(tǒng)使用壽命的主要因素之一，Cl、Na、K、S、堿金屬以及有毒的微量重金屬等的耦合作用可能導(dǎo)致窯系統(tǒng)的腐蝕和堵塞，且含量越高腐蝕越嚴(yán)重［58-59］。腐蝕會(huì)破壞窯內(nèi)部的承載結(jié)構(gòu)，甚至造成安全事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年到2017年，國(guó)內(nèi)水泥窯筒體出現(xiàn)炸裂的案例不少于10起［60］。祝建中等［61］研究了高溫條件下堿金屬氯化物NaCl和KCl對(duì)不銹鋼材料的腐蝕機(jī)理，結(jié)果表明，NaCl和KCl會(huì)加快不銹鋼材料的腐蝕，高溫條件下堿金屬氧化物與不銹鋼材料中的熔出物生成的新物相，與堿金屬氯化物形成低熔點(diǎn)的共熔物后，可在金屬材料表面形成液相，加強(qiáng)物相間的傳質(zhì)，造成腐蝕情況惡化。此外，協(xié)同處置相比建材生產(chǎn)需要更精細(xì)地控制過(guò)程，這使得鋼鐵冶煉窯爐對(duì)燃料的承受限度較低，協(xié)同處置的廢物類(lèi)別有限，在行業(yè)中未形成規(guī)?；瘧?yīng)用。

2.2 規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)體系不完善

2013年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略及近期行動(dòng)計(jì)劃》，明確提出推進(jìn)水泥窯協(xié)同資源化處理廢棄物，之后陸續(xù)出臺(tái)了各項(xiàng)相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。2015年，六部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于開(kāi)展水泥窯協(xié)同處置生活垃圾試點(diǎn)工作的通知》，表示鼓勵(lì)支持利用水泥窯協(xié)同處置固體廢物，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，降低能源資源消耗，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。目前，我國(guó)水泥窯協(xié)同處置固體廢物的相關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)體系較為完善，規(guī)定了入窯協(xié)同處置固體廢物的特性要求，以及污染物排放應(yīng)滿足的標(biāo)準(zhǔn)要求。我國(guó)水泥窯協(xié)同處置固體廢物的相關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)如下：1）政策，包括《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染防治技術(shù)政策》《關(guān)于開(kāi)展水泥窯協(xié)同處置生活垃圾試點(diǎn)工作的通知》《水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》《水泥工業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》；2）標(biāo)準(zhǔn)，包括《水泥窯協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（HJ 662—2013）、《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》（GB/T 30760—2014）、《水泥窯協(xié)同處置工業(yè)廢物設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50634—2010）、《水泥窯協(xié)同處置污泥工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50757—2012）、《水泥窯協(xié)同處置垃圾工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50954—2014）、《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4915—2013）、《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 30485—2013）、《水泥工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB13/ 2167—2020）。

但我國(guó)尚未頒布鍋爐協(xié)同處置固體廢物的專(zhuān)用污染控制標(biāo)準(zhǔn)，故首先應(yīng)執(zhí)行鍋爐相關(guān)污染控制標(biāo)準(zhǔn)，包括《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13271—2014）和《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）。電廠燃煤鍋爐、鋼鐵冶煉窯爐和煤氣化爐共處置固體廢物技術(shù)缺乏基礎(chǔ)理論指導(dǎo)，制約了其推廣和應(yīng)用，協(xié)同資源化處理固體廢物受到較大限制。同時(shí)，我國(guó)固體廢物的協(xié)同處置在能力、區(qū)域和種類(lèi)上存在不平衡，受制于工業(yè)窯爐的位置，并缺少國(guó)家、地方及行業(yè)相關(guān)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致廢物收集、貯運(yùn)等不規(guī)范，污染控制不到位等，在工藝技術(shù)、污染物排放控制等方面均有待提升。

2.3 小結(jié)

工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表4所示［6，42，47，59，62-63］。

表4 工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

3 結(jié)語(yǔ)和展望

通過(guò)工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物實(shí)現(xiàn)綜合治理的協(xié)同增效，將極大地促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。但固體廢物成分復(fù)雜，富集大量有毒有害物質(zhì)，雖然工業(yè)窯爐協(xié)同處置廢物過(guò)程中二口惡英含量低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值，但大量煙氣的排放使得二口惡英排放對(duì)環(huán)境的影響問(wèn)題不容忽視。同時(shí)，廢物酸性或堿性過(guò)高可能導(dǎo)致系統(tǒng)裝置腐蝕、堵塞，并且氯離子、重金屬等也可能會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用。針對(duì)工業(yè)窯爐協(xié)同處置技術(shù)目前存在的問(wèn)題，提出以下未來(lái)發(fā)展方向以供參考。

a）改進(jìn)水泥窯入窯預(yù)處理技術(shù)；研究Cl、Na、K、S、堿金屬以及重金屬等耦合作用下的腐蝕機(jī)制，降低處置過(guò)程中對(duì)工業(yè)窯爐的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)有效的防護(hù)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；擴(kuò)大鋼鐵冶煉窯爐協(xié)同處置范圍。

b）按照相關(guān)要求，定期對(duì)場(chǎng)所和設(shè)施周邊的大氣、土壤、地表水和地下水等進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)，以判斷工業(yè)窯爐協(xié)同處置過(guò)程是否對(duì)環(huán)境造成二次污染，提升固廢資源化利用和無(wú)害化處置水平。

c）建立健全工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物環(huán)境污染防控體系，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，完善環(huán)境保護(hù)措施，頒布相關(guān)的政策法規(guī)，推動(dòng)跨區(qū)域協(xié)同處置固體廢物，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和環(huán)境健康發(fā)展。