钢铁窑炉协同处置危险废物现状及应用研究

刘景龙 张后虎 陈祥 严小飞

(生态环境部南京环境科学研究所 南京 210010)

0 引言

目前我国常用的危险废物处置方法主要分为化学处理、物理处理及生物处理[1]。为进一步加强危险废物处置能力，国家支持研发工业窑炉协同处置危险废物技术[2]。钢铁冶炼窑炉的炉内高温环境满足危险废物焚烧的要求，将其用于危险废物协同处置，不仅能作为我国危险废物处置能力的有益补充，而且能实现危险废物可利用成分的资源化[3]。发达国家利用钢铁窑炉协同处置危险废物已有多年历史[4]，能为我国开展钢铁窑炉协同处置危险废物提供丰富经验。

1 钢铁窑炉协同处置危险废物现状

20世纪70年代，发达国家已经开始了工业窑炉协同处置废弃物的研究。德国出台了《废物处理法》和《循环经济法》，成立了废物回收利用公司进行废物合理利用。在危险废物协同处置方面，1995年德国Bremen钢铁公司在2号高炉上进行了最早的塑料喷吹试验，建立了一套7万t的喷吹设备；随后克虏伯赫施钢公司也建立高炉塑料喷吹设备，处置量为9万t/a。美国钢铁行业在协同处置危险废物项目中，将“烧结-高炉”工艺、转底炉工艺、回转窑工艺用以协同处置尘泥类危险废物取得了很好的效果，其中具有代表性的RedSmelt工艺已运行了25年[5]。

我国在钢铁窑炉协同处置危险废物方面起步较晚，但发展迅速。莱芜钢铁集团有限公司将炼钢除尘灰配入烧结竖炉，可消纳炼钢除尘灰3 000～4 000 t/月[6]；钢铁研究总院与中国宝武武钢集团有限公司合作研发并完成利用钢厂粉尘生产锌粉和海绵铁的回转窑[7]，可处理含铅锌粉尘达5万t/a；中国宝武钢铁集团有限公司完成了高炉喷吹废塑料的工业试验，并成功利用转炉处理废油漆桶生产铁水，实现了废油漆桶的资源化利用[8]。常见的钢铁窑炉协同处置危险废物工艺如表1所示。

表1 常见的钢铁窑炉协同处置危险废物工艺

续表1

2 钢铁窑炉协同处置危险废物的优势及适用范围

2.1 钢铁窑炉协同处置危险废物的优势

危险废物处置的方式为减量化、稳定化、资源化和安全填埋，具体工艺主要分为焚烧处置、固化/稳定化、综合利用和安全填埋，以及近年兴起的水泥窑协同处置、等离子汽化熔融等[22-23]，主要处置工艺对比如表2所示。

表2 危险废物处置主要工艺[24-27]对比

可以看出，固化/稳定化处置后的危险废物体积与质量会增加，从而带来后续处置压力；综合利用所能处置的危险废物类别有限；安全填埋受限于场地要求；等离子汽化熔融技术目前尚未进行大规模工业运用。因此，在危险废物处置技术中，危险废物焚烧具有处理量大、周期短、占地面积小等优点，在焚烧过程中能充分利用危险废物提供的热值，成为实现危险废物无害化、减量化处理周期最短的方法，在很多发达国家危险废物处置过程中得以运用，也成为国内外危险废物处置的重要方向[28]。水泥窑因其焚烧温度高、停留时间长、燃烧稳定、碱性氛围、高效固定重金属等特性，成为危险废物协同处置技术的热门方向[29]。

然而，焚烧处置对热值有一定要求，运行和后期维护成本较高，焚烧尾气中含有颗粒物、SO2、NOx、重金属、二噁英等多种污染物，需配套相应的环保设备，以避免对环境产生二次污染[30]；另一方面，水泥窑协同处置危险废物种类受限于系统的稳定运行及水泥产品的质量保证，对进入水泥窑协同处置的危险废物有一定限制[31]。

与焚烧炉焚烧危险废物、水泥窑协同处置危险废物相比，钢铁窑炉协同处置危险废物在处理成本、可处理危险废物类别及危险废物资源化利用等方面均具有一定优势。这是由于钢铁工业生产流程长、工序多，其中焦化、烧结、炼铁、炼钢等窑炉具备高温(1 200 ℃以上)、还原氧化氛围及碱性反应环境，满足危险废物处置的要求，能适应多种危险废物的协同处置[32]。在生态环境部、发改委等5个部门发布的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》指导下，钢铁窑炉配有完善的污染处理系统，能对产生的烟气中污染物进行处理。同时，钢铁冶炼无需精确控制排渣质量，造渣制度较为宽松，排渣能包裹固化未进入生产环节的危险废物残渣，协同处置后的残渣与钢渣一同用于水泥建材或金属制品加工，从而实现危险废物资源化利用。

2.2 适合钢铁窑炉协同处置的危险废物类别

根据钢铁窑炉工艺特点及危险废物特性，禁止进行钢铁窑炉协同处置的危险废物种类主要有：①具有放射性、爆炸性、反应性的危险废物；②影响产品质量的危险废物；③对窑炉具有强腐蚀性的危险废物；④焚烧产生的污染物利用现有环保设备无法达标排放的危险废物。适宜钢铁窑炉协同处置危险废物的类别如表3所示。

表3 适合钢铁窑炉协同处置危险废物类别[3]

续表3

3 钢铁窑炉协同处置危险废物的受限因素

目前钢铁窑炉协同处置危险废物尚未在行业中形成规模化运用，多数处于试验研究阶段，只有少数钢铁企业实现了部分危险废物的协同处置，如宝钢股份作为上海市废油漆桶处置试点[33]，宁波钢铁取得了危险废物经营许可证可用高炉处置表面处理废物[34]。

影响钢铁窑炉协同处置危险废物推行的主要因素有：①现有标准体系不完善，相应标准尚未颁布；②钢铁冶炼自身形成的次生危险废物协同处置未纳入环境影响评价，若通过钢铁窑炉协同处置则属于非法处置，导致钢铁企业不敢自行处置；③接收外来企业的危险废物协同处置需办理危险废物协同处置经营许可证等相关手续；④尚未开展工业试验，未形成与钢铁冶炼生产工艺相适应的危险废物协同处置配伍；⑤钢铁冶炼企业的危险废物贮存场所、配套环保设施及危险废物管理水平参差不齐。

4 结语

利用工业窑炉协同处置危险废物是实现工业可持续发展的手段之一，钢铁窑炉以其特有的高温条件、环保配套设施、宽松的排渣环境等优势，可作为危险废物协同处置的重要方式。目前我国钢铁窑炉协同处置危险废物尚处于起步阶段，需多方协作共同推动其有效实施。建议相关部门尽快出台钢铁窑炉协同处置危险废物的相关法律、法规、标准及规范并严格执法，保障良性的发展方向和空间；钢铁冶炼企业应严格按照相关要求，合法合规开展危险废物协同处置工作；科研单位应根据我国钢铁冶炼行业的现状及危险废物的特性，加快研发协同处置新技术。