我国水泥窑协同处置危险废物运营模式及利弊分析
来源：水泥工匠
随着我国经济社会的快速发展，环境问题逐渐呈现出复杂多变的特征，其中在固体废物方面，尤其是危险废物，对水、大气、土壤等的环境质量影响日益突出。危险废物，是指列入《国家危险废物名录》或者根据国家制定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险性的废物。危险废物的危险特性主要包括腐蚀性、毒性、易燃性、反应性和感染性。根据《控制性危险废物越境转移及其处置巴塞尔公约》划定的类别基础上，并结合我国行业产生等实际情况，在《国家危险废物名录》（2016版）中将危险废物划分为46类别，共计479种。我国危险废物具有产生量大、种类多、来源广泛等特点。经过20余年发展，我国已经建立了较完善的危险废物管理制度，并在全国范围内建设了较完备的危险废物处置设施，形成了以焚烧、固化稳定化、水泥窑协同处置等为代表的处置技术。实践表明，水泥窑协同处置危险废物已成为最重要、最有效的技术途径之一。
1、我国危险废物产生及处置利用现状
1.1 我国危险废物产生情况
统计数据表明，2016年我国危险废物产生量分别为5347.3万吨，其中综合利用量2823.71万吨，处置量1605.80万吨，贮存量1158.26万吨。危险废物处置及利用量共计4429.51万吨，占危险废物产生量的82.54%，与2015年相比，危险废物处置及利用率提高2.64%[3]。我国危险废物主要产生于化学原料及化学制品制造、有色金属冶炼及压延加工、石油加工炼焦及核燃料加工等行业，具体如表1所示。
经过二十余年的发展，危险废物处置利用技术已逐渐成熟，并已广泛推广应用。危险废物综合利用技术主要包括[4]：（1）溶剂再生：通过分离废溶剂中的污染物使溶剂再生，生产具有原有溶剂质量的再生溶剂，或者低一级的其他用途产品(如喷漆稀释剂等)；（2）油脂再生：废润滑油经再生处理后，所得到的回收油质量基本相当于原有产品质量；（3）燃料利用：燃料利用包括燃料的调制与能量的回收，主要是从废油、废溶剂、蒸馏釜残物等危险废物中回收生产废物衍生燃料的过程；（4）金属回收：金属回收主要是从含重金属的危险废物中回收金属，主要采用的方法有火法冶金和湿法冶金。
危险废物处置技术主要包括：（1）焚烧处置技术：将废物置于高温炉中，使其可燃成分充分氧化分解的一种处理方法，可实现危险废物减量化与无害化处置。焚烧主要用于处理热值较高和毒性较大的危险废物，如废溶剂、废油、塑料、橡胶、皮革、医院废物、制药废物、含酚废物，以及卤素、硫、磷、氮化合物的有机物等。经过焚烧，废物的体积可减小80％～95％。常用的危险废物焚烧设备包括回转窑焚烧炉、液体喷射炉、固定床焚烧炉和流化床焚烧炉等；（2）固化稳定化技术[6]：将危险废物固定或包封在惰性固体基材中，使危险废物中的所有污染组分呈现化学惰性或被包容起来，减小废物的毒性和迁移性。固化稳定化技术主要用于处理其它处理产生的残渣物及不适于焚烧处理或无机处理的废弃物；（3）水泥窑协同处置[7-9]：利用现代水泥生产技术生产水泥熟料的同时，将满足或经预处理后满足入窑要求的废物投入水泥窑，在进行水泥熟料生产的同时实现对废物的无害化处置。与其它危险废物处置方法相比，水泥窑协同处置废物具有显著的优势。水泥窑工况稳定，热容大，水泥窑烧成带温度可达1450℃(远高于其它焚烧炉)；且烟气在水泥窑炉内停留时间较长，使废物燃烧过程中产生的二噁英等有毒气体在水泥窑中完全分解；同时，水泥窑系统处于负压状态，不易出现烟气粉尘泄露等问题，且有害成分的排放也较低。利用水泥窑协同处置危险废物对于我国危险废物处置具有重要的战略意义，是危险废物现有处置设施及能力的重要补充，对缓解我国危险废物处置压力，减少污染物排放起到重要作用。利用水泥窑协同处置危险废物是水泥行业实现转型发展的重要方向，实现可持续发展具有重要意义。
1.3 我国危险废物处置利用情况
《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》中规定，从事收集、贮存、处置利用危险废物经营活动的单位，必须申请领取经营许可证。我国颁发的危险废物经营许可证数量逐年增加，从2006年至2016年，许可证数量已由881份升到2195份。2016年，我国危险废物经营许可证核准经营规模为6470.6万吨，但实际经营规模偏低，2016年实际经营规模为1629.3万吨，仅占核准经营规模的25.18%。
2、我国水泥窑协同处置危险废物现状
2.1行业发展现状
从1998起，北京水泥厂率先依托水泥窑开展处置城市工业废弃物，建成并运行了国内首条水泥窑协同处置工业危险废物线，该处置线的运行起到了示范与推动作用。近十年来，国家有关部委相继发布政策文件将水泥窑协同处置废物定位于促进环境保护、发展循环经济、促进节能减排、调整产业结构调整的战略高度。有效推动了我国水泥窑协同处置废物取得了巨大的进展，一批利用水泥窑协同处置废物企业得到了稳步发展，并具备了较高的协同处置能力。
截止2018年10月底，全国共有55家水泥厂已开展协同处置危险废物，核发危险废物经营许可证核准经营量334.82万吨，主要分布于北京、河北、陕西、山西、浙江、重庆、福建、吉林、内蒙古等地区；另有98个项目已通过环评或正在环评阶段，拟申请经营许可证核准经营量870.23万吨。在已开展协同处置危险废物项目中，海螺创业（含海螺水泥、尧柏水泥）10家，核准经营量95.76万吨；中建材（含南方水泥、中联水泥、天山水泥）7家，核准经营量59.17万吨；金隅（含冀东）10家，核准经营量40.8万吨；红狮水泥4家，核准经营量40.5万吨。
2.2 与国外发达国家比较
从上世纪70年代开始，国外发达国家就开始了水泥窑协同处置固体废物技术研究工作，并实现了快速发展和普遍应用，积累了丰富的经验。国外发达国家水泥窑协同处置固体废物已具有较高技术水平，形成了成熟的技术体系和管理体系，涵盖了废物收集与预处理、替代原燃料制备、处置技术、污染排放控制等方面，尤其在废物预处理及替代原燃料方面，领先程度更为明显[10]。
美国从1972年开始开展水泥窑协同处置危险废物，截至2010年超过68%的水泥厂已申报使用了一种或多种废物作为替代燃料，目前，美国大多数水泥厂替代燃料使用率达到20%~70%。欧洲发达国家自上世纪70年代，开始研究利用可燃废弃物制备替代燃料，其中德国、瑞士、法国、奥地利、比利时等国家在使用替代燃料方面较为先进。以比利时海德堡Lixhe水泥厂为例，目前燃料替代率已达到了65%，每年使用超过25万吨的废弃物作为替代燃料，计划到2019年，燃料替代率可达到80%。Lixhe水泥厂窑头主燃烧器投加的替代燃料主要包括：吸附废物后的锯末，动物饲料，废溶剂，废油，塑料等。预分解炉投加的替代燃料从预分解炉顶部投入，可以投加粒径较大（粒径<3cm）、热值较低的固态废物，主要包括：吸附废物后的锯末，过滤土，塑料，RDF，污染土、干化后的有机污泥，造纸污泥，动物饲料，种子等。
与国外发达国家相比，我国水泥企业替代燃料制备方面，存在成份不够稳定、形态不够均匀、热值较低等问题，导致替代燃料产品在水泥窑内燃烧不够充分，反而会增加系统能耗。在替代燃料使用方面，国外发达国家在水泥生产过程中的燃料替代率很高，平均替代率可达30%以上，最大替代率达到了90%以上，而我国水泥企业燃料替代率普遍较低，作为国内水泥窑协同处置危险废物领先企业，北京水泥厂2017年燃料替代率仍不足10%。
3、我国水泥窑协同处置危险废物运营模式
水泥窑协同处置危险废物全过程运营包括废物市场收集、运输、检测、预处理、终端处置等方面。我国水泥窑协同处置危险废物项目运营模式主要分为两类：（1）水泥企业负责全过程运营，即水泥企业负责废物市场收集、运输、检测、预处理、终端处置等系列工作，危险废物经营许可证申领单位为水泥企业。
（2）成立专业环保公司，环保公司为独立法人单位，并与水泥企业联合，共同开展协同处置项目运营，危险废物经营许可证申领单位为环保企业。在我国已实现运营的55个协同处置危险废物项目中，由水泥企业负责全过程运营的项目有24个，由环保公司与水泥企业共同运营项目有31个。
在环保企业与水泥企业结合的运营模式下，环保公司负责废物市场收集、运输、检测、预处理等方面工作，废物在经过前期相对严格的分类收集以及具有针对性的检测分析的基础上，开展专业的预处理操作。不同类型的废物经过预处理后，可得到物理形态较稳定、成分波动小、便于输送入窑的混合废物或替代原燃料，可最小限度的影响水泥窑工况和水泥熟料质量，降低对水泥企业的负面影响。水泥企业只负责危险废物的终端处置工作。根据水泥窑系统中各工艺段布置，依据温度、风量、反应条件等特点，在分解炉、烟室、主燃烧器、窑门罩、生料磨等位置设置不同的废物投加点，并分别建设适用于不同物理形态的废物入窑输送系统。利用各废物入窑输送系统，实现废物均匀稳定入窑，最终实现危险废物的无害化、资源化处置。
4、水泥窑协同处置危险废物运营模式利弊分析
在水泥企业负责全过程运营模式下，由于涉及到跨行业管理和运营，水泥企业需要投入相当大的人力、物力和财力，在该运营模式中存在成本高、效率低等诸多问题，主要存在的弊端如下：
（1）废物收集、运输等工作需与不同的产废单位合作，水泥企业需增加大量的人员，致使水泥企业负担加重。
（2）针对不同废物预处理，水泥企业需建设相应的预处理生产线，预处理设备投入较高，且单个水泥企业无法消纳预处理生产线连续产生的废物，致使设备运转率较低。
（3）在废物处置过程中，为保证废物连续、稳定入窑，并避免对窑况和熟料质量产生影响，需建立系统地处置流程和控制工艺，而水泥企业不具备相关专业环保技术人员。
（4）水泥生产属于传统生产型行业，废物处置属于新兴环保产业，行业间差异较大，水泥企业没有相关管理经验，具有较大的安全、环境风险。
环保企业与水泥企业相结合的运营模式是一种发达国家已经证明有效的运营模式。在我国，北京金隅红树林环保公司与北京水泥厂是最早采取该运营模式的水泥窑协同处置危险废物项目，经过近二十年的项目运营，该模式的可靠性已得到充分的实践证明。在该运营模式下，除了克服上述弊端以外，还具有如下优势：
（1）废物市场收集、运输、检测、预处理等工作由环保企业承担，可以使得服务更加专业、安全、高效。
（2）最大限度地减少了危险废物处置给水泥企业和操作人员带来的环境风险。
（3）简化和降低了水泥企业的协同处置操作要求和环境风险控制要求。
5、结束语
在我国，水泥协同处置危险废物项目经过近二十年的探索发展，已形成了较高的处置能力和规模，成为了危险废物无害化处置的重要手段，也必将会成为危险废物资源化利用的重要途径。目前，全国各大水泥集团大多已开展或正在开展水泥窑协同处置项目，产业布局逐渐加快，处置的废物种类、处置量将逐步增多。由于危险废物处置具有极高的运营管理要求，尤其在安全、环保等方面，选择合适的运营模式，将关乎到水泥窑协同处置危险废物项目能否实现安全高效运行，综合分析运营模式利弊，环保企业与水泥企业相结合的运营模式将会成为主要的运营模式。