京津冀及周邊地區(qū)是我國大氣污染最嚴重的區(qū)域,為加快京津冀及周邊地區(qū)大氣污染綜合治理,國家環(huán)境保護部、國家發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息化部、財政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家能源局等國家六部委依據(jù)《大氣污染防治行動計劃》發(fā)布了《京津冀及周邊地區(qū)落實大氣污染防治行動計劃實施細則》。“細則”提出了“到2017年,北京市、天津市、河北省細顆粒物(PM2.5)濃度在2012年基礎(chǔ)上下降25%左右,山西省、山東省下降20%,內(nèi)蒙古自治區(qū)下降10%。其中,北京市細顆粒物年均濃度控制在60微克/立方米左右”的目標;“細則”中還提到了要加快電力、鋼鐵、水泥、有色等重點行業(yè)污染治理,到2015年,完成脫硝、脫硫、降塵等設(shè)施改造任務(wù),保證京津冀及周邊地區(qū)大幅度削減二氧化硫、氮氧化物、煙粉塵、揮發(fā)性有機物排放總量。
處于首都經(jīng)濟圈的北京金隅集團主產(chǎn)業(yè)之一就是水泥產(chǎn)業(yè),同時金隅水泥板塊的戰(zhàn)略規(guī)劃布局也是京津冀環(huán)渤海區(qū)域。面對國家六部委發(fā)布的通知,面對資源約束趨緊、環(huán)境約束提高的雙重挑戰(zhàn),金隅集團正在積極探索水泥企業(yè)轉(zhuǎn)型和升級改造,一方面關(guān)停了北京金隅順發(fā)水泥有限公司和北京金隅平谷水泥有限公司的水泥窯爐,并對其他全部水泥廠進行水泥窯脫硝技術(shù)改造工程以及物料全封閉化改造;另一方面進一步加快利用水泥窯處置城市廢棄物,使之成為金隅集團的新型環(huán)保產(chǎn)業(yè),并為水泥工業(yè)作出行業(yè)示范。
水泥工業(yè)向環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展前途廣闊
水泥窯是發(fā)達國家焚燒處理危險廢物和城市生活垃圾的重要設(shè)施,得到了廣泛的認可和應(yīng)用。隨著水泥窯焚燒廢物的理論與實踐的發(fā)展與各國相關(guān)環(huán)保法規(guī)的健全,該項技術(shù)在經(jīng)濟和環(huán)保兩方面顯示出了巨大優(yōu)勢,優(yōu)勢一、銷納的廢物種類多適用范圍廣;優(yōu)勢二、可用作水泥工業(yè)的混合材、替代原料或替代燃料;優(yōu)勢三、水泥工業(yè)對各種廢物的銷納量巨大;優(yōu)勢四、水泥窯對各種可燃廢物有很強的適應(yīng)能力;優(yōu)勢五、處置環(huán)保安全,沒有二次污染隱患(水泥窯溫度在1200℃~1400℃,二英的生成溫度700℃);優(yōu)勢六、熱能傳遞交換效率高,是垃圾焚燒爐發(fā)電的6倍以上;優(yōu)勢七、水泥窯對可燃廢物熱值的適應(yīng)范圍大,熱值都能得到充分利用。
利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理廢物的特征之一是廢物的減量化、資源化和無害化,而水泥工業(yè)以其生產(chǎn)工藝特點可以實現(xiàn)部分廢物的再利用,減少環(huán)境污染,實踐循環(huán)經(jīng)濟,推動社會的可持續(xù)發(fā)展。
利用水泥窯協(xié)同處置廢物技術(shù)在發(fā)達國家已有30多年的應(yīng)用經(jīng)驗,對這些國家的廢物處置發(fā)揮了巨大作用,其環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益已得到充分證實。美國是次于中國和印度的世界第三大水泥生產(chǎn)國,美國水泥工業(yè)從1974年開始利用有機廢物,到1987年這種做法已經(jīng)相當普遍。美國環(huán)保署規(guī)定:每個工業(yè)城市至少保留一個水泥廠,在部分滿足水泥需求的同時還用于處理城市產(chǎn)生的危險廢物。美國的水泥廠僅在1989年共焚燒了工業(yè)危險廢物100多萬噸,是當年焚燒爐處理危險廢物的4倍,到1994年美國的水泥廠每年可處理全國近60%的危險廢物。日本是第四大水泥生產(chǎn)國,水泥生產(chǎn)技術(shù)先進,在廢物利用和處理方面處于世界前列,目前已能處置生活污泥和多種危險廢物,2006年日本水泥企業(yè)的替代原料使用總量達到了2889萬噸,平均每噸水泥使用替代原料395千克。歐洲水泥行業(yè)是使用替代燃料數(shù)量最多的工業(yè)行業(yè),根據(jù)歐盟的統(tǒng)計,歐洲18%的可燃廢物被工業(yè)行業(yè)利用,其中有一半是水泥行業(yè),是電力、鋼鐵、制磚、玻璃等行業(yè)的總和。歐洲水泥企業(yè)的原料替代率達到了30%以上。
生活垃圾處置環(huán)保產(chǎn)業(yè)
隨著中國城市化進程的加快、人口的快速增長,城市生活垃圾產(chǎn)生量也在大幅度增加,統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,全國600多座大中城市中,有三分之二陷入垃圾的包圍之中,且有四分之一的城市已沒有合適場所堆放垃圾。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,全國城市垃圾歷年堆放總量高達70億噸,且產(chǎn)生量每年以約8.98%速度遞增,目前全國城市垃圾年產(chǎn)生量是1.8億噸,預(yù)測到2030年將達到4.09億噸。北京每天產(chǎn)生垃圾1.83萬噸,年增長8%,而北京市的垃圾處理能力僅為每日1.041萬噸,缺口高達8000噸,全市8座大型垃圾填埋場均處于超負荷運行狀態(tài),最高的負荷率達到246%。上海生活垃圾日產(chǎn)生量2010年達2萬噸。同樣,廣州作為華南地區(qū)人口超千萬的超大城市,每天產(chǎn)生的生活垃圾多達1.8萬噸。高速發(fā)展中的中國城市,正在遭遇“垃圾圍城”之痛。
海螺集團銅陵公司利用水泥窯處置城市生活垃圾,2010年建成一條日處理垃圾300噸的處置系統(tǒng),系統(tǒng)運行穩(wěn)定,截止到2013年4月下旬,累計處理垃圾30余萬噸。目前,公司正準備在第二條5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線上配套同等處理能力的垃圾處理系統(tǒng),計劃在今后將垃圾收集范圍從目前銅陵市區(qū)擴大至涵蓋周邊郊區(qū)。
華新水泥廠建設(shè)了一座日處理規(guī)模為500噸的生活垃圾預(yù)處理工廠和水泥窯協(xié)同處理設(shè)施,解決了垃圾處理過程中的惡臭、滲濾液、廢渣、二英/呋喃以及溫室氣體減排等問題,并利用垃圾預(yù)處理預(yù)熱進行發(fā)電,為本廠提供熱能源,實現(xiàn)垃圾處置的無害化、減量化和資源化。
北京太行前景水泥有限公司與金隅中央研究院一起,在完成生活垃圾機械脫水、生物干化、余熱干化等脫水技術(shù)研究、生活垃圾替代燃料制備技術(shù)開發(fā)、生活垃圾衍生燃料等水泥窯協(xié)同處置技術(shù)及裝備研發(fā)的基礎(chǔ)上,建設(shè)了一條日處理200噸生活垃圾的處置中試線,為大規(guī)模處置北京市生活垃圾奠定了基礎(chǔ)。
危險廢物處置環(huán)保產(chǎn)業(yè)
2009年全國危險廢物產(chǎn)生量為1429.8萬噸,未處置量218.9萬噸。危險廢物處理是全球環(huán)境問題的一個重要組成部分,也是我國環(huán)境保護的一個突出矛盾。危險廢物如不加以處理不僅是資源的浪費,而且還是水、大氣和土壤的重要污染源。
危險廢物是指列入《國家危險廢物名錄》或根據(jù)國家規(guī)定的危險廢物鑒定標準和鑒定方法認定的具有危險廢物特性的廢物。危險廢物具有腐蝕性、急性毒性、浸出毒性、反應(yīng)性、污染性等會對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴重危害。由于其處理難度大,處理設(shè)施投資與處理成本高,是我國固體廢物管理中的薄弱環(huán)節(jié)。
焚燒法處理危險廢物是我國危險廢物集中處理中心主要采用的方法,但傳統(tǒng)的焚燒法需要建立專門的焚化爐,設(shè)備投資及運轉(zhuǎn)費用很高。而且焚化爐焚燒溫度一般在850℃~1200℃,物料停留時間一般為2秒,致使有機物很難完全分解,并且焚燒過程中易產(chǎn)生劇毒物二英,焚燒爐渣及飛灰仍為危險廢物,需按危險廢物進行填埋或處理。利用水泥窯協(xié)同處理危險廢物能同時實現(xiàn)減量化、無害化以及資源化,是最有效的處理危險廢物的方法。國外從1970年就開始研究利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置危險廢物的技術(shù),當時此項技術(shù)的核心只有歐洲的部分國家和美國、日本掌握。經(jīng)過30年的發(fā)展,德國、法國、瑞士包括美國、日本在內(nèi)的各個國家都形成了利用水泥行業(yè)處理危險廢物的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
金隅所屬北京水泥廠有限公司是我國最早開始利用水泥窯處置危險廢物的水泥企業(yè),研發(fā)了全國第一條處置工業(yè)廢物環(huán)保示范線,并成功將廢物處置技術(shù)與水泥熟料煅燒技術(shù)結(jié)合,可處置《國家危險廢物名錄》中所列49類中的30類廢物的能力,年處置量達10萬噸。截止到2012年年底,累計處置各種廢物達30余萬噸。經(jīng)環(huán)保機構(gòu)對廢氣排放的監(jiān)測,排出廢氣中的有害物及重金屬的排放濃度和排放量遠遠低于允許排放標準;對試燒過程中的熟料和回灰做重金屬浸出試驗,其浸出量低于地表水二級標準;對熟料和水泥的質(zhì)量無影響。1999年1月,北水成立了紅樹林公司,轉(zhuǎn)向北京市工業(yè)廢物無害化集中處置領(lǐng)域,是北京市環(huán)保局指定的危險廢物處理單位,現(xiàn)已成為北京市最大的工業(yè)廢物處置中心。
金隅所屬琉璃河水泥有限公司2012年11月建成國內(nèi)首條垃圾焚燒飛灰工業(yè)化處置示范線。飛灰是垃圾焚燒發(fā)電廠在煙氣凈化系統(tǒng)收集而得的殘余物,其中含有苯系物、二英等有機污染物和鉛、鉻等重金屬,列入《國家危險廢物名錄》,因此飛灰必須安全處理處置。2005年,金隅中央研究院擔了北京市科委《垃圾焚燒飛灰資源化》重大研發(fā)課題,2009年與琉璃河水泥公司共同完成了垃圾飛灰預(yù)處理中試線的建設(shè)和中試工藝研究,2012年成功建設(shè)了飛灰處置工業(yè)化示范線。飛灰工業(yè)化處置示范線采用自主研發(fā)技術(shù),與國際上處理飛灰的濕式化學(xué)處理、固化穩(wěn)定化處理技術(shù)相比,該技術(shù)具有以下三點優(yōu)勢:一是飛灰水洗預(yù)處理后的水全部回用,實現(xiàn)廢水零排放;二是蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的鉀鈉鹽作為工業(yè)用鹽;三是多效蒸發(fā)及鉀鈉鹽分離技術(shù)有效降低了飛灰處置成本。因此,該技術(shù)是目前解決垃圾焚燒飛灰安全處置的最佳選擇。
華新水泥股份有限公司采用水泥窯協(xié)同處理技術(shù)處置農(nóng)藥廢物,于2007年、2008年、2009年對湖北省收繳的含甲胺磷、對硫磷、甲基對硫磷、久效磷、磷胺等5種高毒農(nóng)藥在內(nèi)的共l650余噸廢棄及高毒農(nóng)藥進行了水泥窯協(xié)同處理。
城市污泥處置環(huán)保產(chǎn)業(yè)
隨著中國城市化、工業(yè)化的加速,水資源的需求缺口也日益增大。水問題的嚴重性和重要性已日益成為社會各界的共識,中央和地方各級政府部門都把水問題提到重要位置,在這樣的背景下,污水處理行業(yè)將成為中國未來發(fā)展最快的新興產(chǎn)業(yè)之一。污泥是污水處理廠的副產(chǎn)物,污水中將近1/3的有機物轉(zhuǎn)化成污泥。污泥含有大量重金屬、病毒、寄生蟲卵等有害物質(zhì),如不加處理,將造成嚴重的二次污染。《中國污泥處理處置市場分析報告2011版》數(shù)據(jù),截至2010年年底,全國城鎮(zhèn)污水處理量達到343億立方米,脫水污泥產(chǎn)生量接近2200萬噸,而其中有80%沒有得到妥善處理。處理能力不足以及污泥隨意堆放及所造成的污染與再污染問題日益凸顯。
目前,污泥的處置主要有衛(wèi)生填埋、堆肥及農(nóng)用、熱解焚燒等三類,這三類又以焚燒為最徹底的污泥處理方法,它能使污泥中的可燃成分在高溫下充分燃燒,最終成為穩(wěn)定的灰渣。焚燒法具有減容、減重率高,處理速度快,無害化較徹底,余熱可用于發(fā)電或供熱等優(yōu)點。近年來,焚燒法采用了合適的預(yù)處理工藝和先進的焚燒方法,滿足了越來越嚴格的環(huán)境要求,在發(fā)達國家應(yīng)用較為廣泛,焚燒法已經(jīng)成為當前最好的污泥處理方法。但其缺點在于處理設(shè)施投資大,處理費用高。如果與工業(yè)用水泥窯結(jié)合,不但可以降低投資,而且污泥可以作為水泥的原燃料,是減量化、無害化、資源化最好的方法。污泥與水泥原料粉混合或分別送入水泥窯,通過高溫焚燒至2000℃,污泥中有機有害物質(zhì)被完全分解,在焚燒中產(chǎn)生的細小水泥懸浮顆粒,會高效吸附有毒物質(zhì);回轉(zhuǎn)窯的堿性氣氛,很容易中和污泥中的酸性有害成分,使它們變?yōu)辂}類固定下來;污泥中的重金屬在進窯燃燒的過程中,被固定在熟料礦物的晶格里,浸出液中重金屬含量少,不會造成污染。
2009年,北京水泥廠有限公司建成一座日處理污泥500噸(平均含固率20%)的污水處理廠污泥的處置中心,該工程是我國首個利用水泥窯余熱干化處置污水處理廠污泥的示范項目。污泥經(jīng)過干燥系統(tǒng),水分從80%降低到35%(半干化),干燥系統(tǒng)的熱源來自水泥窯煙氣產(chǎn)生的熱量;干化過程中產(chǎn)生的臭氣直接送入水泥窯進行焚燒處理;干化過程中產(chǎn)生的冷凝廢水被排入配套設(shè)施污水處理站,廢水經(jīng)處理后回用,作為干化過程中冷凝循環(huán)水補充使用。干化污泥作為摻加料與水泥原料一同進入水泥窯高溫處置。
利用水泥窯處置城市污泥干化的特點:①有機物分解徹底。水泥回轉(zhuǎn)窯中溫度一般在1350℃~1650℃之間,污泥在窯內(nèi)停留時間長,有害物質(zhì)可充分燃燒,二英等有害物質(zhì)也能被完全分解。②回轉(zhuǎn)窯熱容量大,工作狀態(tài)穩(wěn)定,處理量大,不會影響水泥窯系統(tǒng)的熱工制度和水泥產(chǎn)品的質(zhì)量。③回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的耐火磚、原料、窯皮及熟料均為堿性,可吸收SO2,從而抑制污泥焚燒時廢氣排放。污泥灰渣中的重金屬在水泥煅燒過程中被固定在水泥熟料的結(jié)構(gòu)中,減少了對環(huán)境的二次污染。④污泥中的有機成分和無機成分均能當作水泥原燃料得到充分利用,資源化利用效率高。⑤利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置污泥,與單獨建設(shè)污泥干化+焚燒+煙氣處理相比,極大地減少了基建投資。⑥在水泥廠內(nèi)建設(shè)污泥干化工程,使污泥的處理實現(xiàn)低成本運行,并達到穩(wěn)定化、減量化、無害化和資源化。焚燒后煙塵的排放濃度低于《水泥廠大氣污染物排放標準》限值。所產(chǎn)生的廢水經(jīng)處理后循環(huán)使用,達到污水的零排放。截至2012年底,北京水泥廠共處理污泥30余萬噸。
廣州市越堡水泥有限公司也建設(shè)了日處理污泥600噸(含水率80%)的干化處置中心,也是利用水泥窯的廢氣余熱烘干污泥之后進入水泥窯焚燒處理工藝。
污染土處置環(huán)保產(chǎn)業(yè)
我國是世界上耕地資源極其匱乏的國家,近年來我國的土壤污染問題正在不斷惡化,隨著糧食需求的增長和經(jīng)濟的高速發(fā)展,我國的土壤環(huán)境保護面臨挑戰(zhàn)。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計,我國受污水灌溉的農(nóng)田面積達330萬公頃,受鎘、砷、鉛等重金屬污染的耕地面積近2000萬公頃,約占耕地面積的五分之一,其中工業(yè)三廢污染土壤1000萬公頃,因土壤污染造成的直接經(jīng)濟損失(僅以重金屬為例),每年至少200億元。
土壤污染是指當進入土壤中的污染物超過土壤本身的自凈能力,或污染物在土壤中的累積量超過了土壤基準值時,給生態(tài)系統(tǒng)造成的危害。土壤污染的種類很多,按照污染物的性能一般可分為4類,即有機污染物、重金屬、放射性元素和病毒微生物污染等。土壤對環(huán)境的危害表現(xiàn)在對地下水的污染,人與動物的吸收污染、食物鏈的污染等。土壤污染具有隱蔽性、滯后性、累積性、不可逆轉(zhuǎn)性和難治性。因此,污染土壤的治理通常成本較高,治理周期較長。目前,污染土壤修復(fù)與治理的方法有化學(xué)方法、生物治理、物理防治方法。
金隅紅樹林公司和金隅所屬北京生態(tài)島公司2005年成功處置北京地鐵五號線含六六六、DDT污染土壤3.5萬噸,成為國內(nèi)首家開展污染土壤處置的專業(yè)化公司。金隅已經(jīng)掌握了水泥窯協(xié)同處置技術(shù)、常溫解析修復(fù)技術(shù)、氣相抽提修復(fù)技術(shù)、污染土壤阻隔填埋技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù),處理污染物包括鎳、汞、砷、銅、鎘等多種重金屬和二氯乙烷、氯乙烯、多環(huán)芳烴等多種有機污染物。八年來承擔了北京市絕大部分污染場地所產(chǎn)生的污染土壤終端處理工作,完成了北京染料廠、北京輪胎廠、北京焦化廠、北京化工廠、北京化工二、三廠等20多項污染場地修復(fù)項目,累計修復(fù)污染土壤200多萬立方米。
華新水泥股份有限公司利用水泥窯將污染土壤經(jīng)粉磨烘干脫毒處理后喂入水泥窯,經(jīng)過持續(xù)強堿性高溫煅燒,由污染土壤代替部分硅質(zhì)原料生產(chǎn)水泥熟料。項目自投產(chǎn)以來,已累計接收處置污染土20余萬噸。
利用水泥窯發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)的難點
水泥窯協(xié)同處置廢物具有諸多優(yōu)勢,國內(nèi)一些致力于環(huán)保轉(zhuǎn)型的水泥企業(yè)已經(jīng)進行了積極的探索和成功的實踐,應(yīng)該說已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本條件。由于這個新型產(chǎn)業(yè)剛剛起步,還在培育期,當前,還面臨一些困難需要解決和突破。
一是,各類廢物管理行業(yè)和建材行業(yè)之間存在行業(yè)壁壘。例如生活垃圾、城市污泥在大城市主要分屬于環(huán)衛(wèi)部門和排水部門處置運營,建材企業(yè)要深入該領(lǐng)域,勢必涉及到其行業(yè)既有利益的再分配,需要政府部門統(tǒng)籌規(guī)劃和協(xié)調(diào)。
二是,各類廢物處置的配套政策還不夠到位。雖然國家已經(jīng)出臺了一些鼓勵利用水泥窯協(xié)同處置廢物的政策,但力度還不夠和不完善。各地區(qū)的經(jīng)濟補償政策差距很大,影響了水泥企業(yè)參與廢物處置環(huán)保產(chǎn)業(yè)的積極性。
三是,水泥窯協(xié)同處置技術(shù)尚待進一步研究與開發(fā)。應(yīng)加大針對廢棄物的預(yù)處理技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置技術(shù)及規(guī)范以及水泥產(chǎn)品的安全性等的研究,不斷提升環(huán)保產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的支撐能力。
水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的成功應(yīng)用,正在成為廣大水泥企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的方向。近期,國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》,提出了近3年促進節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的目標:到2015年,節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值要達到4.5萬億元,成為國民經(jīng)濟新的支柱產(chǎn)業(yè),產(chǎn)值年均增速保持15%以上。利用水泥窯處置廢物環(huán)保產(chǎn)業(yè)是建材行業(yè)發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)的重要方向,前景廣闊。
處于首都經(jīng)濟圈的北京金隅集團主產(chǎn)業(yè)之一就是水泥產(chǎn)業(yè),同時金隅水泥板塊的戰(zhàn)略規(guī)劃布局也是京津冀環(huán)渤海區(qū)域。面對國家六部委發(fā)布的通知,面對資源約束趨緊、環(huán)境約束提高的雙重挑戰(zhàn),金隅集團正在積極探索水泥企業(yè)轉(zhuǎn)型和升級改造,一方面關(guān)停了北京金隅順發(fā)水泥有限公司和北京金隅平谷水泥有限公司的水泥窯爐,并對其他全部水泥廠進行水泥窯脫硝技術(shù)改造工程以及物料全封閉化改造;另一方面進一步加快利用水泥窯處置城市廢棄物,使之成為金隅集團的新型環(huán)保產(chǎn)業(yè),并為水泥工業(yè)作出行業(yè)示范。
水泥工業(yè)向環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展前途廣闊
水泥窯是發(fā)達國家焚燒處理危險廢物和城市生活垃圾的重要設(shè)施,得到了廣泛的認可和應(yīng)用。隨著水泥窯焚燒廢物的理論與實踐的發(fā)展與各國相關(guān)環(huán)保法規(guī)的健全,該項技術(shù)在經(jīng)濟和環(huán)保兩方面顯示出了巨大優(yōu)勢,優(yōu)勢一、銷納的廢物種類多適用范圍廣;優(yōu)勢二、可用作水泥工業(yè)的混合材、替代原料或替代燃料;優(yōu)勢三、水泥工業(yè)對各種廢物的銷納量巨大;優(yōu)勢四、水泥窯對各種可燃廢物有很強的適應(yīng)能力;優(yōu)勢五、處置環(huán)保安全,沒有二次污染隱患(水泥窯溫度在1200℃~1400℃,二英的生成溫度700℃);優(yōu)勢六、熱能傳遞交換效率高,是垃圾焚燒爐發(fā)電的6倍以上;優(yōu)勢七、水泥窯對可燃廢物熱值的適應(yīng)范圍大,熱值都能得到充分利用。
利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理廢物的特征之一是廢物的減量化、資源化和無害化,而水泥工業(yè)以其生產(chǎn)工藝特點可以實現(xiàn)部分廢物的再利用,減少環(huán)境污染,實踐循環(huán)經(jīng)濟,推動社會的可持續(xù)發(fā)展。
利用水泥窯協(xié)同處置廢物技術(shù)在發(fā)達國家已有30多年的應(yīng)用經(jīng)驗,對這些國家的廢物處置發(fā)揮了巨大作用,其環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益已得到充分證實。美國是次于中國和印度的世界第三大水泥生產(chǎn)國,美國水泥工業(yè)從1974年開始利用有機廢物,到1987年這種做法已經(jīng)相當普遍。美國環(huán)保署規(guī)定:每個工業(yè)城市至少保留一個水泥廠,在部分滿足水泥需求的同時還用于處理城市產(chǎn)生的危險廢物。美國的水泥廠僅在1989年共焚燒了工業(yè)危險廢物100多萬噸,是當年焚燒爐處理危險廢物的4倍,到1994年美國的水泥廠每年可處理全國近60%的危險廢物。日本是第四大水泥生產(chǎn)國,水泥生產(chǎn)技術(shù)先進,在廢物利用和處理方面處于世界前列,目前已能處置生活污泥和多種危險廢物,2006年日本水泥企業(yè)的替代原料使用總量達到了2889萬噸,平均每噸水泥使用替代原料395千克。歐洲水泥行業(yè)是使用替代燃料數(shù)量最多的工業(yè)行業(yè),根據(jù)歐盟的統(tǒng)計,歐洲18%的可燃廢物被工業(yè)行業(yè)利用,其中有一半是水泥行業(yè),是電力、鋼鐵、制磚、玻璃等行業(yè)的總和。歐洲水泥企業(yè)的原料替代率達到了30%以上。
生活垃圾處置環(huán)保產(chǎn)業(yè)
隨著中國城市化進程的加快、人口的快速增長,城市生活垃圾產(chǎn)生量也在大幅度增加,統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,全國600多座大中城市中,有三分之二陷入垃圾的包圍之中,且有四分之一的城市已沒有合適場所堆放垃圾。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,全國城市垃圾歷年堆放總量高達70億噸,且產(chǎn)生量每年以約8.98%速度遞增,目前全國城市垃圾年產(chǎn)生量是1.8億噸,預(yù)測到2030年將達到4.09億噸。北京每天產(chǎn)生垃圾1.83萬噸,年增長8%,而北京市的垃圾處理能力僅為每日1.041萬噸,缺口高達8000噸,全市8座大型垃圾填埋場均處于超負荷運行狀態(tài),最高的負荷率達到246%。上海生活垃圾日產(chǎn)生量2010年達2萬噸。同樣,廣州作為華南地區(qū)人口超千萬的超大城市,每天產(chǎn)生的生活垃圾多達1.8萬噸。高速發(fā)展中的中國城市,正在遭遇“垃圾圍城”之痛。
海螺集團銅陵公司利用水泥窯處置城市生活垃圾,2010年建成一條日處理垃圾300噸的處置系統(tǒng),系統(tǒng)運行穩(wěn)定,截止到2013年4月下旬,累計處理垃圾30余萬噸。目前,公司正準備在第二條5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線上配套同等處理能力的垃圾處理系統(tǒng),計劃在今后將垃圾收集范圍從目前銅陵市區(qū)擴大至涵蓋周邊郊區(qū)。
華新水泥廠建設(shè)了一座日處理規(guī)模為500噸的生活垃圾預(yù)處理工廠和水泥窯協(xié)同處理設(shè)施,解決了垃圾處理過程中的惡臭、滲濾液、廢渣、二英/呋喃以及溫室氣體減排等問題,并利用垃圾預(yù)處理預(yù)熱進行發(fā)電,為本廠提供熱能源,實現(xiàn)垃圾處置的無害化、減量化和資源化。
北京太行前景水泥有限公司與金隅中央研究院一起,在完成生活垃圾機械脫水、生物干化、余熱干化等脫水技術(shù)研究、生活垃圾替代燃料制備技術(shù)開發(fā)、生活垃圾衍生燃料等水泥窯協(xié)同處置技術(shù)及裝備研發(fā)的基礎(chǔ)上,建設(shè)了一條日處理200噸生活垃圾的處置中試線,為大規(guī)模處置北京市生活垃圾奠定了基礎(chǔ)。
危險廢物處置環(huán)保產(chǎn)業(yè)
2009年全國危險廢物產(chǎn)生量為1429.8萬噸,未處置量218.9萬噸。危險廢物處理是全球環(huán)境問題的一個重要組成部分,也是我國環(huán)境保護的一個突出矛盾。危險廢物如不加以處理不僅是資源的浪費,而且還是水、大氣和土壤的重要污染源。
危險廢物是指列入《國家危險廢物名錄》或根據(jù)國家規(guī)定的危險廢物鑒定標準和鑒定方法認定的具有危險廢物特性的廢物。危險廢物具有腐蝕性、急性毒性、浸出毒性、反應(yīng)性、污染性等會對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴重危害。由于其處理難度大,處理設(shè)施投資與處理成本高,是我國固體廢物管理中的薄弱環(huán)節(jié)。
焚燒法處理危險廢物是我國危險廢物集中處理中心主要采用的方法,但傳統(tǒng)的焚燒法需要建立專門的焚化爐,設(shè)備投資及運轉(zhuǎn)費用很高。而且焚化爐焚燒溫度一般在850℃~1200℃,物料停留時間一般為2秒,致使有機物很難完全分解,并且焚燒過程中易產(chǎn)生劇毒物二英,焚燒爐渣及飛灰仍為危險廢物,需按危險廢物進行填埋或處理。利用水泥窯協(xié)同處理危險廢物能同時實現(xiàn)減量化、無害化以及資源化,是最有效的處理危險廢物的方法。國外從1970年就開始研究利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置危險廢物的技術(shù),當時此項技術(shù)的核心只有歐洲的部分國家和美國、日本掌握。經(jīng)過30年的發(fā)展,德國、法國、瑞士包括美國、日本在內(nèi)的各個國家都形成了利用水泥行業(yè)處理危險廢物的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
金隅所屬北京水泥廠有限公司是我國最早開始利用水泥窯處置危險廢物的水泥企業(yè),研發(fā)了全國第一條處置工業(yè)廢物環(huán)保示范線,并成功將廢物處置技術(shù)與水泥熟料煅燒技術(shù)結(jié)合,可處置《國家危險廢物名錄》中所列49類中的30類廢物的能力,年處置量達10萬噸。截止到2012年年底,累計處置各種廢物達30余萬噸。經(jīng)環(huán)保機構(gòu)對廢氣排放的監(jiān)測,排出廢氣中的有害物及重金屬的排放濃度和排放量遠遠低于允許排放標準;對試燒過程中的熟料和回灰做重金屬浸出試驗,其浸出量低于地表水二級標準;對熟料和水泥的質(zhì)量無影響。1999年1月,北水成立了紅樹林公司,轉(zhuǎn)向北京市工業(yè)廢物無害化集中處置領(lǐng)域,是北京市環(huán)保局指定的危險廢物處理單位,現(xiàn)已成為北京市最大的工業(yè)廢物處置中心。
金隅所屬琉璃河水泥有限公司2012年11月建成國內(nèi)首條垃圾焚燒飛灰工業(yè)化處置示范線。飛灰是垃圾焚燒發(fā)電廠在煙氣凈化系統(tǒng)收集而得的殘余物,其中含有苯系物、二英等有機污染物和鉛、鉻等重金屬,列入《國家危險廢物名錄》,因此飛灰必須安全處理處置。2005年,金隅中央研究院擔了北京市科委《垃圾焚燒飛灰資源化》重大研發(fā)課題,2009年與琉璃河水泥公司共同完成了垃圾飛灰預(yù)處理中試線的建設(shè)和中試工藝研究,2012年成功建設(shè)了飛灰處置工業(yè)化示范線。飛灰工業(yè)化處置示范線采用自主研發(fā)技術(shù),與國際上處理飛灰的濕式化學(xué)處理、固化穩(wěn)定化處理技術(shù)相比,該技術(shù)具有以下三點優(yōu)勢:一是飛灰水洗預(yù)處理后的水全部回用,實現(xiàn)廢水零排放;二是蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的鉀鈉鹽作為工業(yè)用鹽;三是多效蒸發(fā)及鉀鈉鹽分離技術(shù)有效降低了飛灰處置成本。因此,該技術(shù)是目前解決垃圾焚燒飛灰安全處置的最佳選擇。
華新水泥股份有限公司采用水泥窯協(xié)同處理技術(shù)處置農(nóng)藥廢物,于2007年、2008年、2009年對湖北省收繳的含甲胺磷、對硫磷、甲基對硫磷、久效磷、磷胺等5種高毒農(nóng)藥在內(nèi)的共l650余噸廢棄及高毒農(nóng)藥進行了水泥窯協(xié)同處理。
城市污泥處置環(huán)保產(chǎn)業(yè)
隨著中國城市化、工業(yè)化的加速,水資源的需求缺口也日益增大。水問題的嚴重性和重要性已日益成為社會各界的共識,中央和地方各級政府部門都把水問題提到重要位置,在這樣的背景下,污水處理行業(yè)將成為中國未來發(fā)展最快的新興產(chǎn)業(yè)之一。污泥是污水處理廠的副產(chǎn)物,污水中將近1/3的有機物轉(zhuǎn)化成污泥。污泥含有大量重金屬、病毒、寄生蟲卵等有害物質(zhì),如不加處理,將造成嚴重的二次污染。《中國污泥處理處置市場分析報告2011版》數(shù)據(jù),截至2010年年底,全國城鎮(zhèn)污水處理量達到343億立方米,脫水污泥產(chǎn)生量接近2200萬噸,而其中有80%沒有得到妥善處理。處理能力不足以及污泥隨意堆放及所造成的污染與再污染問題日益凸顯。
目前,污泥的處置主要有衛(wèi)生填埋、堆肥及農(nóng)用、熱解焚燒等三類,這三類又以焚燒為最徹底的污泥處理方法,它能使污泥中的可燃成分在高溫下充分燃燒,最終成為穩(wěn)定的灰渣。焚燒法具有減容、減重率高,處理速度快,無害化較徹底,余熱可用于發(fā)電或供熱等優(yōu)點。近年來,焚燒法采用了合適的預(yù)處理工藝和先進的焚燒方法,滿足了越來越嚴格的環(huán)境要求,在發(fā)達國家應(yīng)用較為廣泛,焚燒法已經(jīng)成為當前最好的污泥處理方法。但其缺點在于處理設(shè)施投資大,處理費用高。如果與工業(yè)用水泥窯結(jié)合,不但可以降低投資,而且污泥可以作為水泥的原燃料,是減量化、無害化、資源化最好的方法。污泥與水泥原料粉混合或分別送入水泥窯,通過高溫焚燒至2000℃,污泥中有機有害物質(zhì)被完全分解,在焚燒中產(chǎn)生的細小水泥懸浮顆粒,會高效吸附有毒物質(zhì);回轉(zhuǎn)窯的堿性氣氛,很容易中和污泥中的酸性有害成分,使它們變?yōu)辂}類固定下來;污泥中的重金屬在進窯燃燒的過程中,被固定在熟料礦物的晶格里,浸出液中重金屬含量少,不會造成污染。
2009年,北京水泥廠有限公司建成一座日處理污泥500噸(平均含固率20%)的污水處理廠污泥的處置中心,該工程是我國首個利用水泥窯余熱干化處置污水處理廠污泥的示范項目。污泥經(jīng)過干燥系統(tǒng),水分從80%降低到35%(半干化),干燥系統(tǒng)的熱源來自水泥窯煙氣產(chǎn)生的熱量;干化過程中產(chǎn)生的臭氣直接送入水泥窯進行焚燒處理;干化過程中產(chǎn)生的冷凝廢水被排入配套設(shè)施污水處理站,廢水經(jīng)處理后回用,作為干化過程中冷凝循環(huán)水補充使用。干化污泥作為摻加料與水泥原料一同進入水泥窯高溫處置。
利用水泥窯處置城市污泥干化的特點:①有機物分解徹底。水泥回轉(zhuǎn)窯中溫度一般在1350℃~1650℃之間,污泥在窯內(nèi)停留時間長,有害物質(zhì)可充分燃燒,二英等有害物質(zhì)也能被完全分解。②回轉(zhuǎn)窯熱容量大,工作狀態(tài)穩(wěn)定,處理量大,不會影響水泥窯系統(tǒng)的熱工制度和水泥產(chǎn)品的質(zhì)量。③回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的耐火磚、原料、窯皮及熟料均為堿性,可吸收SO2,從而抑制污泥焚燒時廢氣排放。污泥灰渣中的重金屬在水泥煅燒過程中被固定在水泥熟料的結(jié)構(gòu)中,減少了對環(huán)境的二次污染。④污泥中的有機成分和無機成分均能當作水泥原燃料得到充分利用,資源化利用效率高。⑤利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置污泥,與單獨建設(shè)污泥干化+焚燒+煙氣處理相比,極大地減少了基建投資。⑥在水泥廠內(nèi)建設(shè)污泥干化工程,使污泥的處理實現(xiàn)低成本運行,并達到穩(wěn)定化、減量化、無害化和資源化。焚燒后煙塵的排放濃度低于《水泥廠大氣污染物排放標準》限值。所產(chǎn)生的廢水經(jīng)處理后循環(huán)使用,達到污水的零排放。截至2012年底,北京水泥廠共處理污泥30余萬噸。
廣州市越堡水泥有限公司也建設(shè)了日處理污泥600噸(含水率80%)的干化處置中心,也是利用水泥窯的廢氣余熱烘干污泥之后進入水泥窯焚燒處理工藝。
污染土處置環(huán)保產(chǎn)業(yè)
我國是世界上耕地資源極其匱乏的國家,近年來我國的土壤污染問題正在不斷惡化,隨著糧食需求的增長和經(jīng)濟的高速發(fā)展,我國的土壤環(huán)境保護面臨挑戰(zhàn)。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計,我國受污水灌溉的農(nóng)田面積達330萬公頃,受鎘、砷、鉛等重金屬污染的耕地面積近2000萬公頃,約占耕地面積的五分之一,其中工業(yè)三廢污染土壤1000萬公頃,因土壤污染造成的直接經(jīng)濟損失(僅以重金屬為例),每年至少200億元。
土壤污染是指當進入土壤中的污染物超過土壤本身的自凈能力,或污染物在土壤中的累積量超過了土壤基準值時,給生態(tài)系統(tǒng)造成的危害。土壤污染的種類很多,按照污染物的性能一般可分為4類,即有機污染物、重金屬、放射性元素和病毒微生物污染等。土壤對環(huán)境的危害表現(xiàn)在對地下水的污染,人與動物的吸收污染、食物鏈的污染等。土壤污染具有隱蔽性、滯后性、累積性、不可逆轉(zhuǎn)性和難治性。因此,污染土壤的治理通常成本較高,治理周期較長。目前,污染土壤修復(fù)與治理的方法有化學(xué)方法、生物治理、物理防治方法。
金隅紅樹林公司和金隅所屬北京生態(tài)島公司2005年成功處置北京地鐵五號線含六六六、DDT污染土壤3.5萬噸,成為國內(nèi)首家開展污染土壤處置的專業(yè)化公司。金隅已經(jīng)掌握了水泥窯協(xié)同處置技術(shù)、常溫解析修復(fù)技術(shù)、氣相抽提修復(fù)技術(shù)、污染土壤阻隔填埋技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù),處理污染物包括鎳、汞、砷、銅、鎘等多種重金屬和二氯乙烷、氯乙烯、多環(huán)芳烴等多種有機污染物。八年來承擔了北京市絕大部分污染場地所產(chǎn)生的污染土壤終端處理工作,完成了北京染料廠、北京輪胎廠、北京焦化廠、北京化工廠、北京化工二、三廠等20多項污染場地修復(fù)項目,累計修復(fù)污染土壤200多萬立方米。
華新水泥股份有限公司利用水泥窯將污染土壤經(jīng)粉磨烘干脫毒處理后喂入水泥窯,經(jīng)過持續(xù)強堿性高溫煅燒,由污染土壤代替部分硅質(zhì)原料生產(chǎn)水泥熟料。項目自投產(chǎn)以來,已累計接收處置污染土20余萬噸。
利用水泥窯發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)的難點
水泥窯協(xié)同處置廢物具有諸多優(yōu)勢,國內(nèi)一些致力于環(huán)保轉(zhuǎn)型的水泥企業(yè)已經(jīng)進行了積極的探索和成功的實踐,應(yīng)該說已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本條件。由于這個新型產(chǎn)業(yè)剛剛起步,還在培育期,當前,還面臨一些困難需要解決和突破。
一是,各類廢物管理行業(yè)和建材行業(yè)之間存在行業(yè)壁壘。例如生活垃圾、城市污泥在大城市主要分屬于環(huán)衛(wèi)部門和排水部門處置運營,建材企業(yè)要深入該領(lǐng)域,勢必涉及到其行業(yè)既有利益的再分配,需要政府部門統(tǒng)籌規(guī)劃和協(xié)調(diào)。
二是,各類廢物處置的配套政策還不夠到位。雖然國家已經(jīng)出臺了一些鼓勵利用水泥窯協(xié)同處置廢物的政策,但力度還不夠和不完善。各地區(qū)的經(jīng)濟補償政策差距很大,影響了水泥企業(yè)參與廢物處置環(huán)保產(chǎn)業(yè)的積極性。
三是,水泥窯協(xié)同處置技術(shù)尚待進一步研究與開發(fā)。應(yīng)加大針對廢棄物的預(yù)處理技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置技術(shù)及規(guī)范以及水泥產(chǎn)品的安全性等的研究,不斷提升環(huán)保產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的支撐能力。
水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的成功應(yīng)用,正在成為廣大水泥企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的方向。近期,國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》,提出了近3年促進節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的目標:到2015年,節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值要達到4.5萬億元,成為國民經(jīng)濟新的支柱產(chǎn)業(yè),產(chǎn)值年均增速保持15%以上。利用水泥窯處置廢物環(huán)保產(chǎn)業(yè)是建材行業(yè)發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)的重要方向,前景廣闊。