本文詳細介紹了運用水泥窯協同處置技術處理污染土壤的情況

1 技術名稱：水泥窯協同處置

英文名稱：Co-processing in Cement Kiln

2 技術適用性

2.1 適用的介質：污染土壤。

2.2 可處理的污染物類型：有機污染物及重金屬。

2.3 應用限制條件

不宜用于汞、砷、鉛等重金屬污染較重的土壤;由于水泥生產對進料中氯、硫等元素的含量有限值要求，在使用該技術時需慎重確定污染土的添加量。

3 技術介紹

3.1 原理

利用水泥回轉窯內的高溫、氣體長時間停留、熱容量大、熱穩定性好、堿性環境、無廢渣排放等特點，在生產水泥熟料的同時，焚燒固化處理污染土壤。有機物污染土壤從窯尾煙氣室進入水泥回轉窯，窯內氣相溫度最高可達1800℃，物料溫度約為1450℃，在水泥窯的高溫條件下，污染土壤中的有機污染物轉化為無機化合物，高溫氣流與高細度、高濃度、高吸附性、高均勻性分布的堿性物料(CaO、CaCO3 等)充分接觸，有效地抑制酸性物質的排放，使得硫和氯等轉化成無機鹽類固定下來;重金屬污染土壤從生料配料系統進入水泥窯，使重金屬固定在水泥熟料中。

3.2系統構成和主要設備

水泥窯協同處置包括污染土壤貯存、預處理、投加、焚燒和尾氣處理等過程。在原有的水泥生產線基礎上，需要對投料口進行改造，還需要必要的投料裝置、預處理設施、符合要求的貯存設施和實驗室分析能力。

水泥窯協同處置主要由土壤預處理系統、上料系統、水泥回轉窯及配套系統、監測系統組成。

土壤預處理系統在密閉環境內進行，主要包括密閉貯存設施(如充氣大棚)，篩分設施(篩分機)，尾氣處理系統(如活性炭吸附系統等)，預處理系統產生的尾氣經過尾氣處理系統后達標排放。

上料系統主要包括存料斗、板式喂料機、皮帶計量秤、提升機，整個上料過程處于密閉環境中，避免上料過程中污染物和粉塵散發到空氣中，造成二次污染。

水泥回轉窯及配套系統主要包括預熱器、回轉式水泥窯、窯尾高溫風機、三次風管、回轉窯燃燒器、篦式冷卻機、窯頭袋收塵器、螺旋輸送機、槽式輸送機。監測系統主要包括氧氣、粉塵、氮氧化物、二氧化碳、水分、溫度在線監測以及水泥窯尾氣和水泥熟料的定期監測，保證污染土壤處理的效果和生產安全。

3.3 關鍵技術參數或指標

影響水泥窯協同處置效果的關鍵技術參數包括：水泥回轉窯系統配置、污染土壤中堿性物質含量、重金屬污染物的初始濃度、氯元素和氟元素含量、硫元素含量、污染土壤添加量。

(1)水泥回轉窯系統配置

采用配備完善的煙氣處理系統和煙氣在線監測設備的新型干法回轉窯，單線設計熟料生產規模不宜小于2000噸/天。

(2)污染土壤中堿性物質含量

污染土壤提供了硅質原料，但由于污染土壤中K2O、Na2O含量高，會使水泥生產過程中中間產品及最終產品的堿當量高，影響水泥品質，因此，在開始水泥窯協同處置前，應根據污染土壤中的K2O、Na2O含量確定污染土壤的添加量。

(3)重金屬污染物初始濃度

入窯配料中重金屬污染物的濃度應滿足《水泥窯協同處置固體廢物環境保護技術規范》(HJ622)的要求。
(4)污染土壤中的氯元素和氟元素含量

應根據水泥回轉窯工藝特點，控制隨物料入窯的氯和氟投加量，以保證水泥回轉窯的正常生產和產品質量符合國家標準，入窯物料中氟元素含量不應大于0.5%，氯元素含量不應大于0.04%。

(5)污染土壤中硫元素含量

水泥窯協同處置過程中，應控制污染土壤中的硫元素含量，配料后的物料中硫化物硫與有機硫總含量不應大于0.014%。從窯頭、窯尾高溫區投加的全硫與配料系統投加的硫酸鹽硫總投加量不應大于3000mg/kg。

(6)污染土壤添加量

應根據污染土壤中的堿性物質含量、重金屬含量、氯、氟、硫元素含量及污染土壤的含水率，綜合確定污染土壤的投加量。

4 技術應用基礎和前期準備

在利用水泥窯協同處置污染土壤前，應對污染土壤及土壤中污染物質進行分析，以確定污染土壤的投加點及投加量。污染土壤分析指標包括污染土壤的含水率、燒失量、成分等，污染物質分析指標包括：污染物質成分、氯、氟、硫濃度，重金屬、氯、氟、硫元素含量等。

5 主要實施過程

(1)將挖掘后的污染土壤在密閉環境下進行預處理(去除掉磚頭、水泥塊等影響工業窯爐工況的大顆粒物質);

(2)對污染土壤進行檢測，確定污染土壤的成分及污染物含量，計算污染土壤的添加量;

(3)污染土壤用專門的運輸車轉運到喂料斗，為避免卸料時揚塵造成的二次污染，卸料區密封;

(4)計量后的污染土壤經提升機由管道進入喂料點，送入窯尾煙室高溫段處置;

(5)定期監測水泥回轉窯煙氣排放口污染物濃度及水泥熟料中污染物含量。

6 運行維護和監測

因水泥窯協同處置是在水泥生產過程中進行的，協同處置不能影響水泥廠正常生產、不能影響水泥產品質量、不能對生產設備造成損壞，因此水泥窯協同處置污染土壤過程中，除了需按照新型干法回轉窯的正常運行維護要求進行運行維護外，為了掌握污染土壤的處置效果及對水泥品質的影響，還需定期對水泥回轉窯排放的尾氣和水泥熟料中特征污染物進行監測，并根據監測結果采取應對措施。

7 修復周期及參考成本

水泥窯協同處置技術的處理周期與水泥生產線的生產能力及污染土壤投加量相關，而污染土壤投加量又與土壤中污染物特性、污染程度、土壤特性等有關，一般通過計算確定污染土壤的添加量和處理周期，添加量一般低于水泥熟料量的4%。水泥窯協同處置污染土壤在國內的工程應用成本為800-1000元/m3。

8 國外應用情況

水泥窯是發達國家焚燒處理工業危險廢物的重要設施，已得到了廣泛應用，即使難降解的有機廢物(包括POPs)在水泥窯內的焚毀去除率率也可達到99.99%到99.9999%。從技術上水泥窯協同處置完全可以用于污染土壤的處理，但由于國外其它污染土壤修復技術發展較成熟，綜合社會、環境、經濟等多方面考慮，在國外水泥窯協同處置技術在污染土壤處理方面應用相對較少。下表列出的是國外水泥窯協同處置技術在污染土壤修復方面的應用情況。