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技术前沿水泥窑协同处置污染土壤实例分析

发布时间:2020-10-27 22:17

  随着我国城市化进程的发展,各大中城市对城市功能重新科学规划,将市区的工业企业迁至位于城市远郊的工业园区,而原厂区则用于房地产开发。这些工业企业一般建厂时间较长,建厂初期由于国家的法律法规要求较低,再加上当时企业管理跟不上,跑冒滴漏等污染现象司空见惯,按照国家规定,工业用地转为居民用地时,需要对原场地进行环境评价,受到污染的土壤要进行治理,达到要求后方可使用。水泥窑协同处置工艺作为“资源化、无害化”处置污染土壤的典范得到越来越多的应用。

  公司于2014年7~10月在第一分公司1号线万吨,该批污染土壤的来源为河北某化工公司原厂区被污染的土地,土壤主要受到农药和化工产品等有机物污染。此项目为河北省北京以南地区第一个水泥窑协同处置污染土壤的项目,取得了良好的经济效益和社会效益。

  污染土壤的主要无机成分和普通土壤没有任何区别,对污染土壤的抽样检测数据汇总见表1。

  从表1可以看出污染土壤的碱和氯离子的含量较高,会对水泥熟料的生产造成不利影响。

  按照委托方提供的环评报告检测数据,此批污染土壤中含有的主要污染成分为:二甲苯,1,2-二氯乙烷,氯仿和多环芳烃类物质。

  水泥窑内气体温度和物料温度分别高达1800℃和1450℃,在这种高温下长时间的停留,多环芳烃和乙苯、二甲苯(总)都可以完全燃烧和彻底分解。另外,污染土壤的无机成分与水泥原材料之一粉煤灰近似,可以部分替代粉煤灰煅烧成为水泥熟料。

  1)污染土壤进场前需要对其暂存场地进行环保验收,如果不是新建的污染土壤专用充气大棚,则需要对储存仓进行环保改造。首先场地需要提前铺设防渗隔离膜层,防止二次污染场地土壤;其次要对储存棚进行密封改造,还要增加通风、除臭设备和监测仪器,最终通过环保部门或业主监理的环保验收才能投入使用。

  2)对现场接触人员进行岗前培训,宣讲污染土壤的来源、防护措施等内容,健全劳保、职业健康检测等措施,消除职工的不解和抵触情绪。

  3)对职工发放专用的活性炭口罩,按使用小时数定期更换,对接触的岗位人员重点监控健康状况,处置工作完成后进行专项体检,防止职业健康损害的发生。

  4)在正式处置前需对水泥窑进行一定的技术改造,在窑尾烟室处开口,加装物料计量、提升、输送装置,还要做好密封,以保证水泥生产工况的稳定。

  一是从生料磨配料添加。一般无机废物如粉煤灰、炉渣等采用此方法处置,其优点是经过了生料均化配料成分可控,对熟料烧成系统影响小。但由于生料磨内温度较高(约200℃左右),可能会造成污染土壤中有机污染物的挥发,所以从生料配料添加不适合本项目。

  二是从预热器分解炉添加。此处置方案虽然对生产有一定的不利影响,但适合于含有机污染物(尤其是挥发性有机污染物)的物料处置。因为本次处置的污染土壤源于化工有机原料,故选择从预热器分解炉

  添加,同时考虑烟室缩口上方气体流速较快,最终选择烟室缩口上方为污染土壤加入点。

  污染土壤从窑尾烟室进入水泥回转窑,气体(800℃)停留时间长达20s以上,完全可以保证污染土壤中的有机污染物完全燃烧和彻底分解。在水泥窑的高温条件下,污染土壤中的有机污染物迅速蒸发和气化,高温气流与高温、高细度、高浓度、高吸附性、高均匀性分布的碱性物料充分接触,有效地抑制酸性物质的排放,使得SO2和Cl等有机化学成分化合成无机盐类固定下来。

  处置污染土壤时,将其用密闭车辆由贮存大棚倒运至污染土壤卸料点,为避免卸料时挥发性有机物的逸出以及扬尘造成的二次污染,卸料区将加装除尘器、设置防尘帘等密闭措施。卸料完成后,卸料区域将处于封闭状态。污染土壤经板式喂料机进入皮带秤计量,计量后的土壤经提升机由密闭输送装置进入窑尾烟室喂料点进行高温焚烧,完成污染土壤的整个入窑过程。

  熟料的率值控制指标处置前后无变化,通过初步配料计算,掺加3%左右的污染土壤后,通过降低其他原材料碱含量的方式,部分抵消污染土壤带入的碱,可使水泥熟料中钠当量达到内控指标0.8%的要求。为了保证水泥产品的质量,减少污染土壤中水分对水泥窑工况的影响,降低处置污染土壤的成本,同时考虑水泥生产计划和质量安全隐患,本次处置过程中,按照3%的污染土壤添加量进行处置。

  7月15日开始掺加污染土壤,初期生产系统未见明显影响,掺加5~6天后窑尾烟室结皮明显增多,在系统拉风不变的情况下,预热器负压增加,每班清烟室缩口次数增加,现场反映结皮偏多但不太硬;窑皮掉、挂频繁,窑内后部时常有结厚圈现象,调整系统后又掉落,此情况应该与系统中碱含量增多有关。使用污染土壤约10天后,在头尾煤用量不变的情况下,窑投料量从平均179.65t/h降至175.56t/h,下降约2.3%。

  在8月份的1号窑大修中检查预热器发现三次风管道内积灰多,三次风阀门处结皮多,阀门两侧结皮严重,已严重影响系统通风;余热锅炉内结皮也明显增多。三次风管道内结皮多造成通风量及风温不足,进而导致分解炉温度低,煤粉不能完全燃烧,最终导致7月底8月初窑系统台时产量降低。

  由于污染土壤存在较高的碱、氯离子等有害成分,在水泥窑及预热器系统高温环境下,易在过渡带就熔融并挥发遇冷凝聚富集,对熟料生产带来一定的负面影响。污染土壤进入分解炉后,预热器生料中碱含量会长时间处在一个较高水平,与Cl-、SO3等高挥发成分形成氯化碱(RCl)和硫酸碱(R2SO4)等化合物,并快速在预热器内富集、黏附,易造成窑及预热器中耐火材料的碱裂,影响耐火材料使用寿命;更主要的是在预热器上大量富集极易造成结皮严重增多,影响系统通风,导致人工清理次数和难度增加,结皮的频繁脱落容易造成堵塞预热器的工艺事故。

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