引言：隨著我國城市化進程的發(fā)展，各大中城市對城市功能重新科學規(guī)劃，將市區(qū)的工業(yè)企業(yè)遷至位于城市遠郊的工業(yè)園區(qū)，而原廠區(qū)則用于房地產(chǎn)開發(fā)。這些工業(yè)企業(yè)一般建廠時間較長，建廠初期由于國家的法律法規(guī)要求較低，再加上當時企業(yè)管理跟不上，跑冒滴漏等污染現(xiàn)象司空見慣，按照國家規(guī)定，工業(yè)用地轉(zhuǎn)為居民用地時，需要對原場地進行環(huán)境評價，受到污染的土壤要進行治理，達到要求后方可使用。水泥窯協(xié)同處置工藝作為“資源化、無害化”處置污染土壤的典范得到越來越多的應用。

公司于2014年7～10月在第一分公司1號線共處置污染土壤約1.6萬噸，該批污染土壤的來源為河北某化工公司原廠區(qū)被污染的土地，土壤主要受到農(nóng)藥和化工產(chǎn)品等有機物污染。此項目為河北省北京以南地區(qū)第一個水泥窯協(xié)同處置污染土壤的項目，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1污染土壤的主要成分組成

污染土壤的主要無機成分和普通土壤沒有任何區(qū)別，對污染土壤的抽樣檢測數(shù)據(jù)匯總見表1。

從表1可以看出污染土壤的堿和氯離子的含量較高，會對水泥熟料的生產(chǎn)造成不利影響。

按照委托方提供的環(huán)評報告檢測數(shù)據(jù)，此批污染土壤中含有的主要污染成分為：二甲苯，1,2-二氯乙烷，氯仿和多環(huán)芳烴類物質(zhì)。

水泥窯內(nèi)氣體溫度和物料溫度分別高達1800℃和1450℃，在這種高溫下長時間的停留，多環(huán)芳烴和乙苯、二甲苯(總)都可以完全燃燒和徹底分解。另外，污染土壤的無機成分與水泥原材料之一——粉煤灰近似，可以部分替代粉煤灰煅燒成為水泥熟料。

2污染土壤進場前準備工作

1)污染土壤進場前需要對其暫存場地進行環(huán)保驗收，如果不是新建的污染土壤專用充氣大棚，則需要對儲存?zhèn)}進行環(huán)保改造。首先場地需要提前鋪設防滲隔離膜層，防止二次污染場地土壤;其次要對儲存棚進行密封改造，還要增加通風、除臭設備和監(jiān)測儀器，最終通過環(huán)保部門或業(yè)主監(jiān)理的環(huán)保驗收才能投入使用。

2)對現(xiàn)場接觸人員進行崗前培訓，宣講污染土壤的來源、防護措施等內(nèi)容，健全勞保、職業(yè)健康檢測等措施，消除職工的不解和抵觸情緒。

3)對職工發(fā)放專用的活性炭口罩，按使用小時數(shù)定期更換，對接觸的崗位人員重點監(jiān)控健康狀況，處置工作完成后進行專項體檢，防止職業(yè)健康損害的發(fā)生。

4)在正式處置前需對水泥窯進行一定的技術改造，在窯尾煙室處開口，加裝物料計量、提升、輸送裝置，還要做好密封，以保證水泥生產(chǎn)工況的穩(wěn)定。

3處置方案

水泥窯處置普通廢物的方法一般有兩種：

一是從生料磨配料添加。一般無機廢物如粉煤灰、爐渣等采用此方法處置，其優(yōu)點是經(jīng)過了生料均化配料成分可控，對熟料燒成系統(tǒng)影響小。但由于生料磨內(nèi)溫度較高(約200℃左右)，可能會造成污染土壤中有機污染物的揮發(fā)，所以從生料配料添加不適合本項目。

二是從預熱器分解爐添加。此處置方案雖然對生產(chǎn)有一定的不利影響，但適合于含有機污染物(尤其是揮發(fā)性有機污染物)的物料處置。因為本次處置的污染土壤源于化工有機原料，故選擇從預熱器分解爐

添加，同時考慮煙室縮口上方氣體流速較快，最終選擇煙室縮口上方為污染土壤加入點。

污染土壤從窯尾煙室進入水泥回轉(zhuǎn)窯，氣體(>800℃)停留時間長達20s以上，完全可以保證污染土壤中的有機污染物完全燃燒和徹底分解。在水泥窯的高溫條件下，污染土壤中的有機污染物迅速蒸發(fā)和氣化，高溫氣流與高溫、高細度、高濃度、高吸附性、高均勻性分布的堿性物料充分接觸，有效地抑制酸性物質(zhì)的排放，使得SO2和Cl等有機化學成分化合成無機鹽類固定下來。

處置污染土壤時，將其用密閉車輛由貯存大棚倒運至污染土壤卸料點，為避免卸料時揮發(fā)性有機物的逸出以及揚塵造成的二次污染，卸料區(qū)將加裝除塵器、設置防塵簾等密閉措施。卸料完成后，卸料區(qū)域?qū)⑻幱诜忾]狀態(tài)。污染土壤經(jīng)板式喂料機進入皮帶秤計量，計量后的土壤經(jīng)提升機由密閉輸送裝置進入窯尾煙室喂料點進行高溫焚燒，完成污染土壤的整個入窯過程。

熟料的率值控制指標處置前后無變化，通過初步配料計算，摻加3%左右的污染土壤后，通過降低其他原材料堿含量的方式，部分抵消污染土壤帶入的堿，可使水泥熟料中鈉當量達到內(nèi)控指標≤0.8%的要求。為了保證水泥產(chǎn)品的質(zhì)量，減少污染土壤中水分對水泥窯工況的影響，降低處置污染土壤的成本，同時考慮水泥生產(chǎn)計劃和質(zhì)量安全隱患，本次處置過程中，按照3%的污染土壤添加量進行處置。

4處置污染土壤產(chǎn)生的影響及應對措施

4.1對生產(chǎn)過程及熟料產(chǎn)量的影響及應對措施

7月15日開始摻加污染土壤，初期生產(chǎn)系統(tǒng)未見明顯影響，摻加5～6天后窯尾煙室結(jié)皮明顯增多，在系統(tǒng)拉風不變的情況下，預熱器負壓增加，每班清煙室縮口次數(shù)增加，現(xiàn)場反映結(jié)皮偏多但不太硬;窯皮掉、掛頻繁，窯內(nèi)后部時常有結(jié)厚圈現(xiàn)象，調(diào)整系統(tǒng)后又掉落，此情況應該與系統(tǒng)中堿含量增多有關。使用污染土壤約10天后，在頭尾煤用量不變的情況下，窯投料量從平均179.65t/h降至175.56t/h，下降約2.3%。

在8月份的1號窯大修中檢查預熱器發(fā)現(xiàn)三次風管道內(nèi)積灰多，三次風閥門處結(jié)皮多，閥門兩側(cè)結(jié)皮嚴重，已嚴重影響系統(tǒng)通風;余熱鍋爐內(nèi)結(jié)皮也明顯增多。三次風管道內(nèi)結(jié)皮多造成通風量及風溫不足，進而導致分解爐溫度低，煤粉不能完全燃燒，最終導致7月底8月初窯系統(tǒng)臺時產(chǎn)量降低。

三次風管及三次風鍋爐結(jié)皮照片見圖1。

經(jīng)檢驗結(jié)皮與熟料化學成分對比見表2。

由于污染土壤存在較高的堿、氯離子等有害成分，在水泥窯及預熱器系統(tǒng)高溫環(huán)境下，易在過渡帶就熔融并揮發(fā)遇冷凝聚富集，對熟料生產(chǎn)帶來一定的負面影響。污染土壤進入分解爐后，預熱器生料中堿含量會長時間處在一個較高水平，與Cl-、SO3等高揮發(fā)成分形成氯化堿(RCl)和硫酸堿(R2SO4)等化合物，并快速在預熱器內(nèi)富集、黏附，易造成窯及預熱器中耐火材料的堿裂，影響耐火材料使用壽命;更主要的是在預熱器上大量富集極易造成結(jié)皮嚴重增多，影響系統(tǒng)通風，導致人工清理次數(shù)和難度增加，結(jié)皮的頻繁脫落容易造成堵塞預熱器的工藝事故。

有害成分的增加使熟料在窯內(nèi)的液相量提前出現(xiàn)、黏度增加，熟料容易出大塊，窯內(nèi)易結(jié)圈、結(jié)蛋，熟料煅燒困難。為盡量避免液相過早、過多出現(xiàn)，技術人員在生產(chǎn)中采取了適當提高熟料硅率、提高燒成溫度、增加頭煤用量或減產(chǎn)等方法，通過不斷調(diào)整來降低其對熟料質(zhì)量的影響，卻又進一步使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，影響窯系統(tǒng)的臺時產(chǎn)量。

8月份大修期間現(xiàn)場工人對系統(tǒng)結(jié)皮(包括余熱發(fā)電鍋爐及三次風鍋爐積灰、結(jié)皮)進行了徹底清理，再次運行之后產(chǎn)量恢復到摻加污染土壤之前的水平。系統(tǒng)再次運行后，對原材料進行了調(diào)整，降低了生料其他原材料的堿含量，使生料中的K2O含量月均值從0.64%降至0.53%，從而使系統(tǒng)有害成分的總量降低。同時縮短定檢周期，定檢間隔較之前縮短了7～10天，從而使系統(tǒng)所受影響較大修之前有明顯好轉(zhuǎn)。

4.2對系統(tǒng)能耗的影響及應對措施

在處置污染土壤初期的7月底至8月初，受三次風管結(jié)皮影響，在頭尾煤不變的情況下，投料量降低4t/h左右，從而導致煤耗、電耗增加。經(jīng)過核算此時熟料產(chǎn)量降低了2.74t/h，實物煤耗增加了0.84kg/t，電耗相應增加0.67kWh/t。在8月份大修清理三次風管結(jié)皮后，窯投料量和能耗恢復到正常水平。

4.3對余熱發(fā)電量的影響及應對措施

7月開始處理污染土壤一周后，余熱發(fā)電車間反映三次風鍋爐風量偏小、風溫偏低，余熱窯頭鍋爐入口溫度逐步下降至480℃，蒸發(fā)量逐步下降至9.7t/h，相比6月份工況，鍋爐入口溫度下降了40℃，鍋爐蒸發(fā)量下降了1.27t/h。主要是由于三次風鍋爐積灰、結(jié)皮加劇，換熱效果差造成主蒸汽溫度下降30℃左右(結(jié)皮嚴重時主蒸汽溫度僅340℃左右，清結(jié)皮后主蒸汽溫度提高到正常值370～380℃)，發(fā)電機負荷同比下降0.2MW。8月3日大修后清理窯頭、三次風鍋爐積灰、結(jié)皮后，窯頭鍋爐蒸發(fā)量上升至平均11.7t/h，比7月下旬蒸發(fā)量上升2t/h, 主蒸汽溫度升高40℃，發(fā)電機負荷上升0.6MW。正常運行至9月22日，運行參數(shù)逐步下降，窯頭鍋爐入口溫度最低僅430℃，窯頭鍋爐蒸發(fā)量7.9t/h,發(fā)電機負荷又下降至7月份發(fā)電量水平。9月底再次清理窯頭鍋爐及三次風鍋爐積灰、結(jié)皮后，發(fā)電量恢復正常。

4.4對熟料、水泥強度的影響及應對措施

在生料中摻加污染土壤，造成生料易燒性的變化和有害成分的增加，對窯系統(tǒng)帶來一系列的不利影響，進而導致熟料強度尤其是28d強度出現(xiàn)明顯下滑，同時對水泥強度尤其是28d抗壓強度造成一定影響，具體數(shù)據(jù)見表3。

從表3可看出，使用污染土壤之后熟料3d、28d平均抗壓強度分別較使用前下降2.2%和2.8%;同樣出廠水泥強度也有所下降，9月份由于調(diào)整了水泥配比使水泥強度有所恢復。

5總結(jié)

水泥窯協(xié)同處置污染土壤關鍵的問題是消除或降低污染土壤中有害成分對系統(tǒng)的影響，由于本處置生產(chǎn)線沒有旁路放風，所以只能通過加強結(jié)皮清理和縮短定檢周期來實現(xiàn);另外，在生料配料時使用氯、堿等有害成分低的原材料也是保持系統(tǒng)穩(wěn)定的一項重要措施。本項目處置過程中的煙氣排放及周邊大氣污染物經(jīng)第三方檢測機構(gòu)檢測，排放數(shù)據(jù)符合相關標準要求。

通過本案例，我公司積累了水泥窯協(xié)同處置污染土壤的相關經(jīng)驗，為將來公司處置其他廢物奠定了基礎;同時本項目為我公司增加了數(shù)十萬元的經(jīng)濟效益，在水泥行業(yè)產(chǎn)能過剩、市場需求萎縮的今天，協(xié)同處置廢物無疑是水泥企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、探索循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式的重要出路。

來源:水泥

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