技术 | 水泥窑协同处置污染土技术及应用探讨
前言
近年来，随着我国城市化进程的加速，许多原本位于城区的污染企业从城市中心迁出，产生了大量污染场地，这些污染地块若不经修复就开发再利用，会给人体健康和生态环境带来极大的风险隐患，于是土壤污染日益受到重视，大量的土壤修复技术被提出并应用。水泥窑协同处置技术因具有适用范围广，无废渣排出等特点，广泛应用于有机和部分重金属污染土壤处置方面。
一、协同处置分析
水泥窑协同处置污染土技术主要包括水泥窑焚烧处置污染土和热脱附与水泥窑结合两种工艺。
1.1 水泥窑焚烧处置
水泥窑焚烧处置污染土是指利用水泥回转窑内的高温、气体长时间停留、热容量大、热稳定性好、碱性环境、无废渣排放等特点，在生产水泥熟料的同时，焚烧固化处理污染土。有机物污染土从窑尾烟气室进人水泥回转窑，窑内气相温度最高可达1800℃，物料温度约为1450℃，在水泥窑的高温条件下，污染土中的有机污染物转化为无机化合物，高温气流与高细度、高浓度、高吸附性、高均匀性分布的碱性物料(CaO、CaCO₃等)充分接触，有效地抑制酸性物质的排放，使得硫和氯等转化成无机盐类固定下来；重金属污染土从生料配料系统进入水泥窑，使重金属固定在水泥熟料中。
水泥窑焚烧处置工艺流程见图1：(1)污染土壤进场后暂存；(2)在密闭设施内对土壤进行筛分预处理，密闭设施配备尾气净化设备，保证筛分过程中产生的废气能达到排放标准；(3)筛分后的土壤运至污染土卸料点，卸料点由密闭输送装置连接至窑尾烟室，卸料区设置防尘帘等密闭措施；(4)污染土经板式喂料机进人皮带秤计量，计量后的土壤经提升机提升后由密闭输送装置进入喂料点，送人窑尾烟室高温段焚烧；(5)污染土壤中的有机物经过水泥窑高温煅烧彻底分解，实现污染土壤的无害化处置，土壤则直接转化为水泥熟料，尾气达标排放，整个过程无废渣排出。
图1 水泥窑焚烧处置污染土工艺流程
1.2 热脱附与水泥窑结合处置
热脱附作为一种非燃烧技术，是指在真空条件下或通入载气时，通过直接或间接热交换，将土壤中的有机污染物加热到足够的温度，以使有机污染物从污染介质上得以挥发或分离，进入气体处理系统的过程。热脱附与水泥窑结合是指污染土基于水泥窑的热脱附技术，通过在水泥窑系统外挂热脱附设备，将水泥窑部分三次风引入到热脱附设备中将污染土壤中的污染物质脱附出来，脱附后的尾气通过带有风机的风管导入水泥窑三次风管、分解炉或篦冷机处焚烧净化，脱附后的污染土作为水泥原料使用，工艺流程见图2。
图2 热脱附与水泥窑结合处置污染土工艺流程
热脱附与水泥窑结合处置工艺流程为：(1)将挖掘后的污染土壤在密闭环境下进行预处理(去除掉砖头、水泥块等影响工业窑炉工况的大颗粒物质)；(2)通过筛分、脱水、破碎、磁选等，将污染土从车间运送到脱附系统中；(3)水泥窑热风引入到热脱附设备，污染土壤被间接加热至污染物的沸点后，污染物与土壤分离，脱附后的尾气经水泥窑系统处理。
二、工艺对比
水泥窑焚烧处置是将污染土直接送入回转窑，利用水泥回转窑高温、热容量大、热稳定性好、无废渣排放等特点，在生产水泥熟料的同时处理污染土壤，实现水泥窑协同处置污染土资源化、无害化的要求。但该技术处置污染土能力、种类受水泥窑系统限制，处理后土壤不能直接利用，污染土也会对水泥品质和窑况产生影响，系统处置能力和稳定性不高。研究表明：水泥窑焚烧处置技术的处理周期与水泥生产线的生产能力及污染土投加量相关，而污染土投加量又与土壤中污染物特性、污染程度、土壤特性等有关，一般通过计算确定污染土的添加量和处理周期，添加量一般低于水泥熟料量的4％。
热脱附与水泥窑结合处置技术将水泥窑与热脱附工艺相结合，整合了两项技术优势，能够提供稳定、廉价的热源；低成本、高效率地处理尾气并解决了热脱附后土壤去向问题；同时解决了水泥窑协同处置技术从高温段添加量小的问题，并大幅度减小对水泥工况影响，更有利于水泥产品质量的稳定。该技术具有适用范围广，无废渣排出等特点，提高了设备的污染土壤处理能力和处理后土壤再利用水平，是一项节能、高效、低成本的绿色修复技术。广泛应用于有机和部分重金属污染土壤处置方面。研究表明：以3000t/d的水泥生产线为例，热脱附与水泥窑结合处置系统每小时可处理污染土10～20t。
三、应用情况
水泥窑协同处置污染土壤已经在国内得到了广泛的应用(见表1)，在江苏、北京和武汉等地成功实施了处置项目。据不完全统计，近几年我国实施的57个污染土处置项目中，与水泥窑协同处置污染土项目有关的17个，比例接近30％，市场前景好。以常化厂污染场地深层污染土壤修复工程为例，处理化工园内氯仿、二氯乙烷、甲苯、苯胺等，处理污染土规模13.7万m³，项目中标金额2亿元，水泥窑协同处置市场回报较丰厚。
表1 部分国内与水泥窑系统处置污染土有关项目统计
四、结论
本文对水泥窑协同处置污染土技术及应用进行了探讨。水泥窑协同处置污染土技术具体采用哪种处置方案，要视其具体项目情况而定。但水泥窑协同处置技术因具有适用范围广，无废渣排出等特点越来越得到关注。水泥窑协同处置对于污染土壤的安全处置、资源循环再利用、加强环境保护和使水泥工业可持续发展均具有重要的现实意义和较好的应用前景。
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