污染土壤水泥窑协同处置技术发展历程及应用

常跃畅，葛亚军，曹占强

（北京首创环境科技有限公司，北京 100028）

水泥窑协同处置技术将固体废物处理与水泥生产有机结合，在进行水泥熟料生产的同时实现对固体废物的无害化处置，既减少了水泥原料和燃料的消耗，又节约了固体废物的处理成本，实现了固废处置的无害化和资源化，因此水泥窑协同处置技术被广泛应用于固体废物的处理中。该技术适用范围广，可处理危险废物、生活垃圾、工业固废、污泥和污染土壤等。水泥窑协同处置技术凭借焚烧温度高、停留时间长、重金属离子固化能力强和废气处理效果好等优势，逐渐发展成为污染土壤修复领域的重要措施。

1 水泥窑协同处置技术发展历程

水泥窑协同处置的废物主要用于替代原料或燃料，该技术的应用起源于20世纪70年代的能源危机，旨在利用含有一定热值的废弃物替代传统燃料，减少化石燃料费用高涨的压力。加拿大LAWRENCE水泥厂于20世纪70年代将聚氯苯基的化工废料作为替代燃料用于水泥生产试验并获得成功，开启了水泥窑协同处置废物的序幕。20世纪80年代至90年代，水泥窑协同处置技术得到普及和发展，德国、日本等发达国家利用水泥窑协同处置危险废物和城市生活垃圾等，积累了丰富的经验，并建立了从废物源头管理到水泥窑协同处置终端的完善质量保证体系。

我国水泥窑协同处置技术研究起步较晚，20世纪90年代初开始在少数水泥企业开展研究试验，上海万安水泥厂首次开展了水泥窑协同焚烧危险废物的实践。1995年，北京水泥厂研发了国内第一条处置工业废弃物的环保示范线，成功将废弃物处置技术与水泥熟料煅烧技术结合，并于2005年首次实现了水泥窑大规模协同处置固体废物，建成了年处理10万t工业废弃物的示范线。随后，海螺水泥、华新水泥等国内多家水泥企业建成了城市垃圾、市政污泥、污染土壤等的协同处置焚烧系统。

水泥窑协同处置凭借处理能力强、污染物处理彻底、成本相对较低等优势，得到国家的积极支持。2013年以来，国家发布了诸多水泥窑协同处置鼓励政策及标准文件。2013年1月，国务院印发了《循环经济发展战略及近期行动计划》，其中就明确提出鼓励水泥窑协同资源化处理固体废物；2015年4月，工业和信息化部等六部委联合发布了《关于开展水泥窑协同处置生活垃圾试点工作的通知》，通知要求推进水泥窑协同处置城市生活垃圾，化解水泥产能过剩，实现水泥行业转型升级、绿色发展；2016年10月，工业和信息化部发布《建材工业发展规划（2016-2020年）》，其中明确提出支持利用现有新型干法水泥窑协同处置生活垃圾、城市污泥、污染土壤和危险废物，并将其列入重点推广工程。在国家政策的支持与引导下，我国的水泥窑协同处置产业得到了规模化发展。

经过多年应用实践，发达国家水泥窑协同处置行业燃料替代占比超过50%，有的生产线甚至超过80%。我国水泥窑协同处置的主要目的是废物无害化销毁处置，燃料替代所占比例很低，仅为2%左右，与发达国家相比还存在不小差距。

2 水泥窑协同处置污染土壤的应用进展

水泥生产的原料主要是石灰质原料、黏土质原料，另外还有硅石和铁粉等其他辅助材料。土壤主要是由矿物质、有机质、水分和空气等组成的混合体，矿物质占固相部分的95%左右，土壤矿物质以硅酸盐、铝硅酸盐以及铁、铝的氧化物等为主。因此，污染土壤水泥窑协同处置过程可以视为在水泥生料制备中用污染土壤替代黏土质原料，掺加比例依据污染土壤的污染成分是否对水泥生产过程、产品质量和环境造成不利影响来确定。

我国最早将水泥窑协同处置污染土壤作为应急措施。2004年，北京地铁5号线宋家庄地铁站施工期间发生了一起工人中毒事件，该地块原为农药厂场址，北京金隅水泥厂作为环境应急处置单位，开展了宋家庄地铁站污染土壤的焚烧处置。2007年，北京金隅水泥厂在国内率先开展了水泥窑协同处置污染土壤的业务，协同处置了20万t主要含滴滴涕和六六六等农药污染物的土壤。随着我国工业污染场地土壤修复行业的诞生，国内土壤污染问题逐渐引起社会的广泛关注。

2007年以来，水泥窑协同处置技术在国内污染土壤修复行业得到广泛应用，江苏、北京和湖北等地成功实施了多个污染土壤修复项目。数据资料显示，水泥窑协同处置污染土壤项目呈现逐年增加的趋势，截至2020年底，污染土壤修复项目采用水泥窑协同处置技术的占比大于20%。尤其是近两年，污染土壤修复项目采用水泥窑协同处置技术的数量明显增多，市场应用前景好。

3 水泥窑协同处置污染土壤案例分析

3.1 项目概况

某项目地块原为玻璃加工厂，经场地调查及风险评估，确定目标污染物主要为砷、铅重金属。地块第一层土壤中存在砷铅复合污染和单独砷污染，污染厚度为1 m，共计约2 000 m，第二层土壤中仅存在砷污染土壤，污染厚度为3 m，污染方量约为3 000 m，污染修复总方量约为5 000 m。由于后期开发建设需求，工期紧张，经过修复技术筛选，本项目地块最终采用水泥窑协同处置技术。

3.2 处置流程

本工程总体施工顺序为：实施方案编制→危废鉴定→现场交接→三通一平→测量放线→清挖区临时设施建设→污染土壤清挖及基坑验收→污染土壤外运处置及验收→修复效果评估→总体竣工验收与场地交接。

3.2.1 实施方案编制

进场后，针对本项目场地的污染现状及特点，合理编制修复工程实施方案，并由业主单位组织专家进行评审。专家评审通过并修改完毕的实施方案作为本项目现场实施依据，项目经理部正式进场前要完成项目技术交底工作。

3.2.2 施工准备

根据相关规定，污染地块修复、处置过程中，采用下列任何一种方式处置或利用的污染土壤属于固体废物，需要进行危险废物属性鉴定：一是填埋；二是焚烧；三是水泥窑协同处置；四是生产砖、瓦、筑路材料等建筑材料。本次修复方案采用水泥窑协同处置污染土壤，基于上述要求，其属于固体废物，要鉴别其是否属于危险废物。鉴别结论未出具之前，严禁开挖污染土壤。

场地内土壤鉴定为非危废后，进场完成现场交接工作，进行场地“三通一平”的进场措施建设、地面必要硬化以及现场清挖区的临时设施建设。其中，现场清挖区临时设施建设内容包括施工管理用房、洗车池等。同时，对现场进行测量放线，校核现场坐标控制网。

3.2.3 污染土壤清挖

施工准备工作完成并报监理批准后，即可进行本修复区域污染土壤的清挖工作。基坑清挖过程中，应先破碎和清挖原有构筑物基础，再清挖污染土壤，最后组织基坑清挖效果自验收。污染深度较大的部分应分层开挖，先开挖0～1 m深度的污染土壤，开挖完成后，对基坑进行放坡，而后对1～4 m污染土壤进行清挖装车。验收采样在清挖完毕且监理确认后进行。为方便组织现场样品采集，本项目采取逐区验收的方式。验收合格后，清挖完成。

3.2.4 污染土壤外运及水泥窑协同处置

清挖后的污染土壤转运严格执行转运联单制度，转运方案报项目及水泥窑协同处置单位所在地生态环境部门备案。污染土壤运至水泥窑协同处置单位进行储存及预处理，然后采用水泥窑高温段喂料方式进行处理。先对污染土壤的成分进行化验分析，再根据化验分析结果，结合水泥生产要求，确定单位时间的焚烧量，将污染土壤投入水泥窑内进行煅烧。污染土壤处置后，废气通过尾气处理系统后达标排放，避免有毒气体的逸散对大气造成二次污染。

3.2.5 竣工验收

污染土壤经水泥窑协同处置后，编制项目竣工报告，将其与监理报告一起交予评估单位开展效果评估。经过修复施工流程的周密组织，项目顺利通过生态环境部门组织的修复效果专家评审，并及时移出了建设用地土壤污染风险管控和修复名录。通过项目的修复治理，场地彻底清除了环境及健康风险。项目的顺利开展充分体现了水泥窑协同处置技术在一些地块开发进度要求高的项目上具有治理快速、污染物处理彻底等优势。

4 结论

水泥窑协同处置污染土壤的整体效果较好，通过对污染土壤的清挖转运，场地污染去除彻底，能够为场地移除名录及后续开发建设争取时间。近两年，水泥窑协同处置技术被广泛应用于污染土壤修复项目。根据《污染地块风险管控与土壤修复效果评估技术导则》（HJ 25.5—2018）要求，污染土壤固化/稳定化后应开展长期监测，原则上长期监测1～2年开展一次，可根据实际情况进行调整。受该长期监测要求的影响，众多污染土壤修复项目采用水泥窑协同处置技术。污染土壤水泥窑协同处置受限于水泥生产企业的产能，处置时间受水泥厂产能影响大。同时，国内水泥行业受碳排放政策、能源成本增加、限产等因素的影响，水泥窑协同处置成本逐年增加，土壤修复项目在工期及治理成本方面面临较大压力。水泥窑协同处置虽然面临诸多困境，但也为推动修复企业及科研单位开展技术创新升级与研发绿色、可持续的土壤修复技术提供了更大空间。