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水泥窯協(xié)同處置固廢熟料重金屬含量超標(biāo)原因分析以及控制措施

更新時(shí)間:2021-05-06  |  點(diǎn)擊率:6309

摘要:文章通過(guò)建立水泥窯協(xié)同處置重金屬分析方案,從重金屬來(lái)源、配料方案調(diào)整、不同窯況對(duì)重金屬固化效率影響等方面系統(tǒng)地分析了熟料重金屬含量超標(biāo)的根本原因,并制定了相應(yīng)控制措施。

案列:我公司現(xiàn)有三條新型干法熟料生產(chǎn)線,其中一條5?000 t/d生產(chǎn)線配套建設(shè)了日處理垃圾300 t/d、污泥200 t/d的固體廢物處置項(xiàng)目,隨著協(xié)同處置項(xiàng)目的正式運(yùn)行,按照GB 30760—2014《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》要求,將熟料重金屬納入例行監(jiān)測(cè)范圍,通過(guò)一段時(shí)間檢測(cè)發(fā)現(xiàn),熟料中個(gè)別重金屬含量處于超標(biāo)狀態(tài),尤其是鎘、砷(國(guó)標(biāo)要求鎘≤1.5 mg/kg,砷≤40 mg/kg),有時(shí)鎘能達(dá)到1.6 mg/kg以上,砷能達(dá)到42 mg/kg以上,存在較大質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn),重金屬超標(biāo)成為亟需解決的問(wèn)題。

 

1 原因分析方案

1.1 熟料中重金屬來(lái)源探討

(1)水泥窯協(xié)同處置廢物,如生活垃圾、污泥等。

(2)熟料生產(chǎn)用原料,如石灰石、粉煤灰、煤矸石、砂巖、河沙、銅渣等。

(3)熟料生產(chǎn)用破碎、粉磨以及燒成用耐火磚、刮片、澆注料等。經(jīng)過(guò)與生產(chǎn)技術(shù)人員咨詢與相關(guān)資料文獻(xiàn)查找,上述粉磨、煅燒材質(zhì)基本不含鎘、砷,此項(xiàng)可予以排除。

1.2 不同配料方案以及垃圾(污泥)投入量對(duì)重金屬含量影響探索

(1)熟料同一配料方案以及相同原料下,垃圾以及污泥投入量對(duì)重金屬含量影響。

(2)熟料不同配料方案對(duì)熟料重金屬含量影響。

1.3 重金屬固化效率的影響

水泥窯利用其高溫、堿性環(huán)境、停留時(shí)間長(zhǎng)、易形成穩(wěn)定的氧化環(huán)境等有利條件,使固廢中的大多數(shù)重金屬都可全部固溶在水泥熟料的晶格中,不再逸出或析出,實(shí)現(xiàn)重金屬在熟料中惰性化、穩(wěn)定化,通過(guò)研究不同窯況對(duì)重金屬固化效率的影響可探究其是否會(huì)導(dǎo)致重金屬含量超標(biāo)。

 
2 重金屬檢測(cè)方法以及標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

重金屬檢測(cè)方法包含電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)、火焰原子光譜吸收法(FAAS)、X射線熒光分析方法(XRF)、離子色譜法(IC)等,本試驗(yàn)采用的是電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES,樣品前處理采用微波消解法)。檢測(cè)方法依據(jù)為GB 30760—2014《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》以及HJ781—2016《固體廢物22種金屬元素的測(cè)定電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》。

ICP-OES法是以電感耦合等離子體為激發(fā)光源的一類光譜分析法,準(zhǔn)確度及精密度高,分析速度快,檢測(cè)限可達(dá)0.01 mg/L,是一種非常普遍的分析方法。我公司使用的美國(guó)安捷倫ICP-OES 5110型等離子發(fā)射光譜儀,其主要工作原理為:溶解好的待測(cè)試樣,經(jīng)過(guò)儀器的霧化器霧化后,引入到高頻等離子體火焰中,樣品被激發(fā)后,發(fā)出的光進(jìn)入分光器變成光譜,從中得出所分析元素的吸光度值,通過(guò)與已建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線比對(duì)以及公式轉(zhuǎn)換計(jì)算,即可得出所測(cè)量重金屬的質(zhì)量濃度(mg/kg)。

 
3 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果討論

3.1 原材料及廢物中重金屬含量

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,針對(duì)使用的原燃材料以及生活垃圾、污泥進(jìn)行多次取樣檢測(cè),結(jié)果顯示,各原燃材料以及污泥、垃圾重金屬含量較為穩(wěn)定,見表1。

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從表1可以看出:

(1)銅渣中砷、鎘重金屬含量相對(duì)于其他材料高出許多,需要加強(qiáng)關(guān)注;

(2)生活垃圾、污泥總體重金屬含量較低。

3.2 垃圾、污泥投加量與鎘、砷重金屬含量的關(guān)系

選取生產(chǎn)過(guò)程中相同配料方案,以垃圾、污泥投加量為變量,進(jìn)行多次取樣試驗(yàn),得出垃圾、污泥投加量與熟料中鎘、砷重金屬含量的關(guān)系,分別見圖1和圖2。

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圖1 垃圾投加量與熟料中鎘、砷重金屬含量的關(guān)系

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圖2 污泥投加量與熟料中鎘、砷重金屬含量的關(guān)系

考慮垃圾、污泥重金屬含量較少,且其投加量占窯喂料量的比例較小,對(duì)熟料重金屬的影響不明顯。

 

3.3 正常配料時(shí)銅渣的限值

根據(jù)各原燃料重金屬含量,直觀得出銅渣摻入量多少,對(duì)熟料中鎘、砷含量影響較大,結(jié)合目前生產(chǎn)實(shí)際配料方案執(zhí)行情況,按照熟料理論配料方法計(jì)算得出銅渣配比限值。本廠配料方案鎘、砷重金屬理論含量計(jì)算見表2。

從表2中可以得出:銅渣限值用量為1.9%,超過(guò)此限值,砷含量處于超標(biāo)邊緣,若想解決重金屬超標(biāo)問(wèn)題,必須減少銅渣使用量。

表2 本廠配料方案鎘、砷重金屬理論含量計(jì)算

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3.4 不同窯況對(duì)重金屬固化效率的影響

固化效率=熟料中重金屬含量/進(jìn)總重金屬含量,進(jìn)總重金屬含量=煤灰重金屬含量+灼燒生料重金屬含量+灼燒垃圾和污泥重金屬含量。

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況,我們針對(duì)不同窯況(過(guò)燒、欠燒、正常煅燒)分別多次選取了對(duì)應(yīng)階段入窯生料、入窯煤粉、入窯污泥/生活垃圾以及出窯熟料對(duì)以上物料進(jìn)行重金屬檢測(cè),并加權(quán)計(jì)算得出8大重金屬固化效率,分別見表3~表5。

從表3~表5中可得知,不同窯況對(duì)熟料重金屬固化效率有一定影響,但影響相對(duì)于其總固化效率來(lái)說(shuō)較小,此項(xiàng)不是導(dǎo)致熟料中重金屬超標(biāo)的主要因素。

 
4 解決措施以及效果驗(yàn)證

通過(guò)以上分析,我們得知銅渣作為熟料重金屬鎘、砷含量超標(biāo)的最主要影響因素,控制其使用量可以有效降低熟料中鎘、砷含量,圍繞這一中心思想,我們先后采取了調(diào)整熟料配料方案,采取低鐵配料,后經(jīng)過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證,對(duì)熟料物理性能以及窯工藝煅燒有較大影響,此方案作廢。

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后續(xù)開始尋找鐵質(zhì)替代原料,試驗(yàn)使用了硫酸渣配料,適當(dāng)增加含鐵量高物質(zhì)(河沙)使用量,在不影響配料方案執(zhí)行的同時(shí),嚴(yán)格控制銅渣使用量低于1.9%,經(jīng)過(guò)對(duì)熟料重金屬含量長(zhǎng)期追蹤檢測(cè),未再發(fā)生鎘、砷超標(biāo)現(xiàn)象,熟料中重金屬含量全部合格,且噸生料質(zhì)量成本同比降低0.2元,按照年生料用量420萬(wàn)噸計(jì)算,年可節(jié)約成本84余萬(wàn)元。調(diào)整前后熟料重金屬含量對(duì)比見表6。

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5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)此次試驗(yàn)研究的開展,查明了熟料中重金屬超標(biāo)的根本原因,規(guī)避了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn),改善了人們對(duì)水泥窯協(xié)同處置后產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有保障、有毒、有害等誤解認(rèn)識(shí)。同時(shí)通過(guò)引入硫酸渣、加大河沙用量等措施,有效地降低了生產(chǎn)成本,給企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,同時(shí)也為水泥行業(yè)解決類似問(wèn)題提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

 

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