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我國水泥窯協同處置危險廢物運營模式及利弊分析

    引言

    隨著我國經濟社會的快速發展,環境問題逐漸呈現出復雜多變的特征,其中在固體廢物方面,尤其是危險廢物,對水、大氣、土壤等的環境質量影響日益突出。危險廢物,是指列入《國家危險廢物名錄》或者根據國家制定的危險廢物鑒別標準和鑒別方法認定的具有危險性的廢物。危險廢物的危險特性主要包括腐蝕性、毒性、易燃性、反應性和感染性。根據《控制性危險廢物越境轉移及其處置巴塞爾公約》劃定的類別基礎上,并結合我國行業產生等實際情況,在《國家危險廢物名錄》(2016版)中將危險廢物劃分為46類別,共計479種。我國危險廢物具有產生量大、種類多、來源廣泛等特點。經過20余年發展,我國已經建立了較完善的危險廢物管理制度,并在全國范圍內建設了較完備的危險廢物處置設施,形成了以焚燒、固化穩定化、水泥窯協同處置等為代表的處置技術。實踐表明,水泥窯協同處置危險廢物已成為最重要、最有效的技術途徑之一。

    1、我國危險廢物產生及處置利用現狀

    1.1 我國危險廢物產生情況

    統計數據表明,2016年我國危險廢物產生量分別為5347.3萬噸,其中綜合利用量2823.71萬噸,處置量1605.80萬噸,貯存量1158.26萬噸。危險廢物處置及利用量共計4429.51萬噸,占危險廢物產生量的82.54%,與2015年相比,危險廢物處置及利用率提高2.64%[3]。我國危險廢物主要產生于化學原料及化學制品制造、有色金屬冶煉及壓延加工、石油加工煉焦及核燃料加工等行業,具體如表1所示。

 

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    經過二十余年的發展,危險廢物處置利用技術已逐漸成熟,并已廣泛推廣應用。危險廢物綜合利用技術主要包括[4]:(1)溶劑再生:通過分離廢溶劑中的污染物使溶劑再生,生產具有原有溶劑質量的再生溶劑,或者低一級的其他用途產品(如噴漆稀釋劑等);(2)油脂再生:廢潤滑油經再生處理后,所得到的回收油質量基本相當于原有產品質量;(3)燃料利用:燃料利用包括燃料的調制與能量的回收,主要是從廢油、廢溶劑、蒸餾釜殘物等危險廢物中回收生產廢物衍生燃料的過程;(4)金屬回收:金屬回收主要是從含重金屬的危險廢物中回收金屬,主要采用的方法有火法冶金和濕法冶金。

    危險廢物處置技術主要包括:(1)焚燒處置技術:將廢物置于高溫爐中,使其可燃成分充分氧化分解的一種處理方法,可實現危險廢物減量化與無害化處置。焚燒主要用于處理熱值較高和毒性較大的危險廢物,如廢溶劑、廢油、塑料、橡膠、皮革、醫院廢物、制藥廢物、含酚廢物,以及鹵素、硫、磷、氮化合物的有機物等。經過焚燒,廢物的體積可減小80%~95%。常用的危險廢物焚燒設備包括回轉窯焚燒爐、液體噴射爐、固定床焚燒爐和流化床焚燒爐等;(2)固化穩定化技術[6]:將危險廢物固定或包封在惰性固體基材中,使危險廢物中的所有污染組分呈現化學惰性或被包容起來,減小廢物的毒性和遷移性。固化穩定化技術主要用于處理其它處理產生的殘渣物及不適于焚燒處理或無機處理的廢棄物;(3)水泥窯協同處置[7-9]:利用現代水泥生產技術生產水泥熟料的同時,將滿足或經預處理后滿足入窯要求的廢物投入水泥窯,在進行水泥熟料生產的同時實現對廢物的無害化處置。與其它危險廢物處置方法相比,水泥窯協同處置廢物具有顯著的優勢。水泥窯工況穩定,熱容大,水泥窯燒成帶溫度可達1450℃(遠高于其它焚燒爐);且煙氣在水泥窯爐內停留時間較長,使廢物燃燒過程中產生的二噁英等有毒氣體在水泥窯中完全分解;同時,水泥窯系統處于負壓狀態,不易出現煙氣粉塵泄露等問題,且有害成分的排放也較低。利用水泥窯協同處置危險廢物對于我國危險廢物處置具有重要的戰略意義,是危險廢物現有處置設施及能力的重要補充,對緩解我國危險廢物處置壓力,減少污染物排放起到重要作用。利用水泥窯協同處置危險廢物是水泥行業實現轉型發展的重要方向,實現可持續發展具有重要意義。

    1.3 我國危險廢物處置利用情況

    《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》中規定,從事收集、貯存、處置利用危險廢物經營活動的單位,必須申請領取經營許可證。我國頒發的危險廢物經營許可證數量逐年增加,從2006年至2016年,許可證數量已由881份升到2195份。2016年,我國危險廢物經營許可證核準經營規模為6470.6萬噸,但實際經營規模偏低,2016年實際經營規模為1629.3萬噸,僅占核準經營規模的25.18%。

    2、我國水泥窯協同處置危險廢物現狀

    2.1行業發展現狀

    從1998起,北京水泥廠率先依托水泥窯開展處置城市工業廢棄物,建成并運行了國內首條水泥窯協同處置工業危險廢物線,該處置線的運行起到了示范與推動作用。近十年來,國家有關部委相繼發布政策文件將水泥窯協同處置廢物定位于促進環境?;?、發展循環經濟、促進節能減排、調整產業結構調整的戰略高度。有效推動了我國水泥窯協同處置廢物取得了巨大的進展,一批利用水泥窯協同處置廢物企業得到了穩步發展,并具備了較高的協同處置能力。

    截止2018年10月底,全國共有55家水泥廠已開展協同處置危險廢物,核發危險廢物經營許可證核準經營量334.82萬噸,主要分布于北京、河北、陜西、山西、浙江、重慶、福建、吉林、內蒙古等地區;另有98個項目已通過環評或正在環評階段,擬申請經營許可證核準經營量870.23萬噸。在已開展協同處置危險廢物項目中,海螺創業(含海螺水泥、堯柏水泥)10家,核準經營量95.76萬噸;中建材(含南方水泥、中聯水泥、天山水泥)7家,核準經營量59.17萬噸;金隅(含冀東)10家,核準經營量40.8萬噸;紅獅水泥4家,核準經營量40.5萬噸。

    2.2 與國外發達國家比較

    從上世紀70年代開始,國外發達國家就開始了水泥窯協同處置固體廢物技術研究工作,并實現了快速發展和普遍應用,積累了豐富的經驗。國外發達國家水泥窯協同處置固體廢物已具有較高技術水平,形成了成熟的技術體系和管理體系,涵蓋了廢物收集與預處理、替代原燃料制備、處置技術、污染排放控制等方面,尤其在廢物預處理及替代原燃料方面,領先程度更為明顯[10]。

    美國從1972年開始開展水泥窯協同處置危險廢物,截至2010年超過68%的水泥廠已申報使用了一種或多種廢物作為替代燃料,目前,美國大多數水泥廠替代燃料使用率達到20%~70%。歐洲發達國家自上世紀70年代,開始研究利用可燃廢棄物制備替代燃料,其中德國、瑞士、法國、奧地利、比利時等國家在使用替代燃料方面較為先進。以比利時海德堡Lixhe水泥廠為例,目前燃料替代率已達到了65%,每年使用超過25萬噸的廢棄物作為替代燃料,計劃到2019年,燃料替代率可達到80%。Lixhe水泥廠窯頭主燃燒器投加的替代燃料主要包括:吸附廢物后的鋸末,動物飼料,廢溶劑,廢油,塑料等。預分解爐投加的替代燃料從預分解爐頂部投入,可以投加粒徑較大(粒徑<3cm)、熱值較低的固態廢物,主要包括:吸附廢物后的鋸末,過濾土,塑料,RDF,污染土、干化后的有機污泥,造紙污泥,動物飼料,種子等。

    與國外發達國家相比,我國水泥企業替代燃料制備方面,存在成份不夠穩定、形態不夠均勻、熱值較低等問題,導致替代燃料產品在水泥窯內燃燒不夠充分,反而會增加系統能耗。在替代燃料使用方面,國外發達國家在水泥生產過程中的燃料替代率很高,平均替代率可達30%以上,最大替代率達到了90%以上,而我國水泥企業燃料替代率普遍較低,作為國內水泥窯協同處置危險廢物領先企業,北京水泥廠2017年燃料替代率仍不足10%。

    3、我國水泥窯協同處置危險廢物運營模式

    水泥窯協同處置危險廢物全過程運營包括廢物市場收集、運輸、檢測、預處理、終端處置等方面。我國水泥窯協同處置危險廢物項目運營模式主要分為兩類:(1)水泥企業負責全過程運營,即水泥企業負責廢物市場收集、運輸、檢測、預處理、終端處置等系列工作,危險廢物經營許可證申領單位為水泥企業。

    (2)成立專業環保公司,環保公司為獨立法人單位,并與水泥企業聯合,共同開展協同處置項目運營,危險廢物經營許可證申領單位為環保企業。在我國已實現運營的55個協同處置危險廢物項目中,由水泥企業負責全過程運營的項目有24個,由環保公司與水泥企業共同運營項目有31個。

    在環保企業與水泥企業結合的運營模式下,環保公司負責廢物市場收集、運輸、檢測、預處理等方面工作,廢物在經過前期相對嚴格的分類收集以及具有針對性的檢測分析的基礎上,開展專業的預處理操作。不同類型的廢物經過預處理后,可得到物理形態較穩定、成分波動小、便于輸送入窯的混合廢物或替代原燃料,可最小限度的影響水泥窯工況和水泥熟料質量,降低對水泥企業的負面影響。水泥企業只負責危險廢物的終端處置工作。根據水泥窯系統中各工藝段布置,依據溫度、風量、反應條件等特點,在分解爐、煙室、主燃燒器、窯門罩、生料磨等位置設置不同的廢物投加點,并分別建設適用于不同物理形態的廢物入窯輸送系統。利用各廢物入窯輸送系統,實現廢物均勻穩定入窯,最終實現危險廢物的無害化、資源化處置。

    4、水泥窯協同處置危險廢物運營模式利弊分析

    在水泥企業負責全過程運營模式下,由于涉及到跨行業管理和運營,水泥企業需要投入相當大的人力、物力和財力,在該運營模式中存在成本高、效率低等諸多問題,主要存在的弊端如下:

    (1)廢物收集、運輸等工作需與不同的產廢單位合作,水泥企業需增加大量的人員,致使水泥企業負擔加重。

    (2)針對不同廢物預處理,水泥企業需建設相應的預處理生產線,預處理設備投入較高,且單個水泥企業無法消納預處理生產線連續產生的廢物,致使設備運轉率較低。

    (3)在廢物處置過程中,為保證廢物連續、穩定入窯,并避免對窯況和熟料質量產生影響,需建立系統地處置流程和控制工藝,而水泥企業不具備相關專業環保技術人員。

    (4)水泥生產屬于傳統生產型行業,廢物處置屬于新興環保產業,行業間差異較大,水泥企業沒有相關管理經驗,具有較大的安全、環境風險。

    環保企業與水泥企業相結合的運營模式是一種發達國家已經證明有效的運營模式。在我國,北京金隅紅樹林環保公司與北京水泥廠是最早采取該運營模式的水泥窯協同處置危險廢物項目,經過近二十年的項目運營,該模式的可靠性已得到充分的實踐證明。在該運營模式下,除了克服上述弊端以外,還具有如下優勢:

    (1)廢物市場收集、運輸、檢測、預處理等工作由環保企業承擔,可以使得服務更加專業、安全、高效。

    (2)最大限度地減少了危險廢物處置給水泥企業和操作人員帶來的環境風險。

    (3)簡化和降低了水泥企業的協同處置操作要求和環境風險控制要求。

    5、結束語

    在我國,水泥協同處置危險廢物項目經過近二十年的探索發展,已形成了較高的處置能力和規模,成為了危險廢物無害化處置的重要手段,也必將會成為危險廢物資源化利用的重要途徑。目前,全國各大水泥集團大多已開展或正在開展水泥窯協同處置項目,產業布局逐漸加快,處置的廢物種類、處置量將逐步增多。由于危險廢物處置具有極高的運營管理要求,尤其在安全、環保等方面,選擇合適的運營模式,將關乎到水泥窯協同處置危險廢物項目能否實現安全高效運行,綜合分析運營模式利弊,環保企業與水泥企業相結合的運營模式將會成為主要的運營模式。


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