苑輝，李惠，趙春芳，李海龍，鄭金召，趙利卿，李勇，林莉

垃圾衍生燃料（Refuse Derived Fuel，簡(jiǎn)稱RDF）是指把垃圾進(jìn)行固體燃料化，加工成熱值更高、更穩(wěn)定的燃料，廣泛應(yīng)用于干燥工程、水泥制造、供熱工程和發(fā)電工程等領(lǐng)域。目前，應(yīng)用較多的RDF多為城市垃圾經(jīng)破碎、篩選出不燃物后所得到的，以廢塑料、紙屑等可燃物為主體的廢棄物或?qū)⒖扇紡U棄物進(jìn)一步粉碎、干燥成型而制得的固體燃料。危險(xiǎn)廢物作為固體廢物中的一類，所占比例相對(duì)較少，但是如果混入普通垃圾填埋場(chǎng)或直接拋棄至自然環(huán)境中，一旦滲入水體或土壤，隨著生物鏈的富集，對(duì)人類和生物將造成嚴(yán)重的危害。因此，我國(guó)危險(xiǎn)廢物有著相對(duì)嚴(yán)格的管理制度。但是由于部分危險(xiǎn)廢物具有較高的熱值，如果采用傳統(tǒng)的處置方式不僅會(huì)造成能源上的浪費(fèi)，而且處置成本相對(duì)較高。隨著水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物工藝的日趨成熟及危險(xiǎn)廢物衍生燃料（Hazardous Waste Fuels，簡(jiǎn)稱HWF）的出現(xiàn)，近些年來(lái)人們?cè)絹?lái)越重視危險(xiǎn)廢物的協(xié)同處置。危險(xiǎn)廢物衍生燃料有效利用了殘余的熱能，實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)廢物減量化(Reduce)、可回收及資源化(Recycle)、再利用(Reuse)的“3R”原則。

1 危險(xiǎn)廢物衍生燃料的發(fā)展及應(yīng)用

圖1 德國(guó)1987～2010年衍生燃料在水泥生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用

表1 美國(guó)采用危險(xiǎn)廢物作為替代燃料的水泥企業(yè)一覽表（截止到1997）

隨著我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量逐年遞增。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年全國(guó)許可證中批準(zhǔn)的危險(xiǎn)廢物處理能力合計(jì)1587萬(wàn)噸，僅有60%左右綜合利用，其他多為貯存，大量危險(xiǎn)廢物無(wú)法得到有效處置。水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物工藝的出現(xiàn)，有效避免了二次污染的產(chǎn)生，節(jié)約了珍貴的土地資源，同時(shí)也為企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。而衍生燃料（RDF）的出現(xiàn)，則在很大程度上使垃圾中的能量得到了很好的利用，不僅能夠達(dá)到處置的效果，而且節(jié)約了資源。衍生燃料在上世紀(jì)50年代在水泥生產(chǎn)過(guò)程中得到了首次應(yīng)用，而危險(xiǎn)廢物衍生燃料（Hazardous Waste Fuels，簡(jiǎn)稱HWF）是基于垃圾衍生燃料（RDF）提出的概念，在許多發(fā)達(dá)國(guó)已經(jīng)形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模[3]，部分危險(xiǎn)廢物因具有較高的熱值，早在上世紀(jì)90年代就被許多發(fā)達(dá)國(guó)家用在水泥窯的協(xié)同處置過(guò)程中。

上世紀(jì)80年代后期衍生燃料在德國(guó)水泥生產(chǎn)行業(yè)不斷得到應(yīng)用，圖1總結(jié)了德國(guó)自1987年到2010年衍生燃料在水泥生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用情況。由圖1可以看出，垃圾衍生燃料的使用在逐年增加，到2010年，衍生燃料的使用已經(jīng)超過(guò)了60%[3]，值得注意的是，德國(guó)已經(jīng)有接近85%的水泥企業(yè)，其生產(chǎn)中使用的衍生燃料中有相當(dāng)一部分是來(lái)源于危險(xiǎn)廢物的。

截止到1997年，美國(guó)已經(jīng)有18家水泥企業(yè)使用危險(xiǎn)廢物作為替代燃料（表1），這些企業(yè)危險(xiǎn)廢物衍生燃料的總消耗量達(dá)到1億萬(wàn)噸。然而，對(duì)于危險(xiǎn)廢物衍生燃料的使用曾在美國(guó)引起了長(zhǎng)達(dá)兩年之久的爭(zhēng)議。但是，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和一系列關(guān)于廢氣等污染物排放規(guī)范的出臺(tái)，目前許多環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面的組織對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的開展深表支持。對(duì)于危險(xiǎn)廢物衍生燃料的使用，美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局（USEPA，U.S.Environmental Protection Agency）也在不斷地對(duì)相關(guān)的監(jiān)管辦法進(jìn)行改進(jìn)。為了能夠適應(yīng)危險(xiǎn)廢物衍生燃料的使用，美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局出臺(tái)了新的規(guī)定，更加嚴(yán)格地對(duì)其污染排放進(jìn)行限定。這些法律法規(guī)的頒布，極大地促進(jìn)了危險(xiǎn)廢物作為替代燃料在水泥生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。

到2007年，部分發(fā)達(dá)國(guó)家水泥行業(yè)燃料替代比例較高，如圖2所示。其中歐洲地區(qū)平均的燃料替代比例達(dá)到了19.4%，在部分西歐國(guó)家該比例超過(guò)了30%[4]。比利時(shí)危險(xiǎn)廢物預(yù)處理設(shè)施于2010年中期開始運(yùn)行，通過(guò)將液態(tài)、固態(tài)以及半固態(tài)危險(xiǎn)廢物與木屑混合，生產(chǎn)的高性能的衍生燃料產(chǎn)量高達(dá)120000t/年[5]。

2 適用于衍生燃料的危險(xiǎn)廢物

并不是所有的危險(xiǎn)廢物都能用于水泥窯的協(xié)同處置。目前，歐洲地區(qū)尚未明確規(guī)定哪一種危險(xiǎn)廢物適用于水泥窯協(xié)同處置。但是對(duì)于不能用于協(xié)同處置的危險(xiǎn)廢物已基本上達(dá)成了共識(shí)，其主要目的除了保證水泥生產(chǎn)的正常運(yùn)行以外，還要保障相關(guān)人員的人身安全。目前，具有如下特性的廢物暫時(shí)不能用于水泥窯的協(xié)同處置，必須排除在外[5]：

圖2 部分發(fā)達(dá)國(guó)家水泥行業(yè)燃料替代比例

? 自發(fā)聚合物廢料（Spontaneously polymerizing waste）

? 易自燃的廢物（Self ignitable waste）

? 釋熱廢物（Heat generating waste）

? 易爆廢物（Wastes with explosive components）

? 惡臭廢物（Wastes with disgusting odour）

? 衛(wèi)生危險(xiǎn)廢物（Hygienically risky waste）

? 含有石棉的危險(xiǎn)廢物（Asbestos containing waste）

? 釋放有毒氣體或粉塵的廢物（Wastes which release toxic gases or dusts）

目前RDF的分類基本上是按照美國(guó)ASTM(American Society for Testing and Materials)對(duì)RDF所做的分類定義[6]，其性質(zhì)也會(huì)隨著地域、生活習(xí)慣、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素的不同而不同。通常其組成為紙68.0%，塑料膠片15.0%，硬塑料2.0%，非鐵類金屬0.8%，玻璃0.1%，木材、橡膠4.0%和其他物質(zhì)10.0%。而我國(guó)垃圾發(fā)熱值較低，通常在 4000～6000kJ/kg，水分含量較高，通常高達(dá)40%～60%，灰分在20%～50%之間，其燃燒溫度通常達(dá)不到垃圾焚燒爐標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的850℃[7]。在經(jīng)過(guò)加工處理之后，RDF的水分通常在30%～35%以下，灰分在12%～25%之間，揮發(fā)分在55%～75%之間，固態(tài)碳在7%～13%之間，其發(fā)熱量約為12500～17500kJ/kg，燃點(diǎn)約210～230℃。而對(duì)于RDF的制備，目前我國(guó)最大的難點(diǎn)在于垃圾的分類制度的實(shí)施，由于垃圾分類在我國(guó)大部分城市沒有得到完全普及，造成了RDF加工難度和成本的增大。

然而相對(duì)生活垃圾，危險(xiǎn)廢物的管理與分類則在一定程度上有了嚴(yán)格的規(guī)定，大部分危險(xiǎn)廢物在收集后往往已經(jīng)進(jìn)行了明確的分類。在能夠應(yīng)用于水泥窯協(xié)同處置的危險(xiǎn)廢物中，有一部分能夠作為衍生燃料替代一部分傳統(tǒng)燃料。在歐洲，已用作水泥窯衍生燃料的危險(xiǎn)廢物主要來(lái)源于工業(yè)廢物，如工業(yè)污泥、廢油、油泥、切削廢渣、灰渣、廢木材等[3]。目前，歐洲地區(qū)對(duì)于能夠作為替代燃料的危險(xiǎn)廢物進(jìn)行了一個(gè)較為明確的規(guī)定，表2對(duì)其進(jìn)行了較為系統(tǒng)的總結(jié)[5]。歐洲地區(qū)對(duì)于危險(xiǎn)廢物的分類與我國(guó)有所不同，如表2中列出的食用油脂廢物、油脂等在我國(guó)是不屬于危險(xiǎn)廢物的范疇的。但值得注意的是，我國(guó)《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》主要適用于對(duì)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生行業(yè)的管理，在針對(duì)危險(xiǎn)廢物處理要求的分類還存在一定的不足。不過(guò)，表2中所列的大部分危險(xiǎn)廢物名單已經(jīng)包含在我國(guó)的《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》之中。對(duì)應(yīng)我國(guó)《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》中的木材防腐劑廢物（HW05）、有機(jī)溶劑廢物（HW06）、廢礦物油（HW08）、油/水、烴/水混合物或者乳化液（HW09）、染料、涂料廢物（HW12）、含 酚 廢 物（HW39）、含 醚 廢 物（HW40）、其他廢物（HW49）等八類，其中以廢礦物油（HW08）和油/水、烴/水混合物或者乳化液（HW09）這兩類危險(xiǎn)廢物為主。

表2 主要用于水泥窯協(xié)同處置的危險(xiǎn)廢物衍生燃料的危廢名單（源自于瑞士聯(lián)邦環(huán)境署，2005年經(jīng)聯(lián)邦環(huán)境署/聯(lián)邦環(huán)境局批準(zhǔn)）

3 采用危險(xiǎn)廢物衍生燃料的優(yōu)缺點(diǎn)分析

與原生危險(xiǎn)廢物直接焚燒相比，衍生燃料不僅具有體積小、密度高、臭味小、便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存等特點(diǎn)，并且燃燒性能相對(duì)于未加工過(guò)的危險(xiǎn)廢物更加穩(wěn)定且熱值較高，產(chǎn)生的二次污染也有很大程度的降低。在經(jīng)過(guò)預(yù)處理等加工工序后，在一定程度上能夠降低HCl的排放，減輕了對(duì)設(shè)備的腐蝕，同時(shí)也降低了二惡英等有害污染物的排放。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）便于統(tǒng)一運(yùn)輸和貯存，由于將危險(xiǎn)廢物加工成固體燃料，其運(yùn)輸車輛和貯存條件將得到標(biāo)準(zhǔn)化的建設(shè)，不會(huì)因危險(xiǎn)廢物的種類受到限制，同時(shí)也降低了長(zhǎng)期貯存和長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)某杀尽?/p>

表3 部分常見危險(xiǎn)廢物理化性質(zhì)一覽表[8-10]

（2）采用水泥回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物由于具有溫度高、停留時(shí)間長(zhǎng)、湍流強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，能夠完全去除危險(xiǎn)廢物，同時(shí)由于危險(xiǎn)廢物的形狀和性狀得到均一，能夠保持一定的燃燒性能，在一定程度上提高了熱效率。

（3）由于加工后的危險(xiǎn)廢物的燃燒相對(duì)穩(wěn)定，大大降低了二惡英等有害物質(zhì)的產(chǎn)生。

（4）焚燒后大部分殘?jiān)軌蚬袒谑炝现?，減少了焚燒殘?jiān)亩挝廴尽?/p>

（5）替代一部分傳統(tǒng)原料和燃料，在一定程度上節(jié)約了能源。

（6）避免了填埋等處置手段造成的土地資源的浪費(fèi)，降低了危險(xiǎn)廢物泄露對(duì)自然環(huán)境、生物、人類的危害。

但是，鑒于加工和預(yù)處理的成本較高，采用危險(xiǎn)廢物作為衍生燃料用于水泥窯生產(chǎn)同時(shí)具有如下缺點(diǎn):

（1）與水泥窯常用燃料（如煤）相比，危險(xiǎn)廢物衍生燃料制備提取過(guò)程相對(duì)困難，處理設(shè)施的建設(shè)成本相對(duì)較高，且具有一定的投資風(fēng)險(xiǎn)。

（2）需要建立相應(yīng)危險(xiǎn)廢物運(yùn)輸、貯存、輸送等配套系統(tǒng)，投資較大。

（3）對(duì)于某些成分不明確的危險(xiǎn)廢物入窯處置，極有可能對(duì)正常的生產(chǎn)造成影響，因此，在入窯前，要將不明成分的危險(xiǎn)廢物剔除，這在一定程度上加大了預(yù)處理和檢測(cè)的成本。

（4）某些危險(xiǎn)廢物燃燒會(huì)產(chǎn)生殘?jiān)?，?duì)重金屬含量等有害因素需要進(jìn)行全面評(píng)估，以避免殘?jiān)M(jìn)入熟料后，對(duì)產(chǎn)品造成不良影響。

（5）某些危險(xiǎn)廢物在燃燒后會(huì)產(chǎn)生有毒性的煙氣或粉塵，因此需建立昂貴的煙氣排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

綜上分析，雖然危險(xiǎn)廢物衍生燃料在水泥窯中的應(yīng)用在危險(xiǎn)廢物處置、環(huán)境保護(hù)、資源可持續(xù)利用等方面具有非常明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是由于預(yù)處理設(shè)施建設(shè)和某些檢測(cè)的成本相對(duì)較高，以及有關(guān)政策制度的不完善，其在國(guó)內(nèi)的發(fā)展還受到一定程度的制約。但是，隨著危險(xiǎn)廢物資源化利用不斷受到人們的重視，以及協(xié)同處置、預(yù)處理設(shè)施等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，其所具有的潛在優(yōu)勢(shì)將越來(lái)越受到人們的重視。

4 我國(guó)危險(xiǎn)廢物現(xiàn)狀分析

目前，我國(guó)對(duì)于危險(xiǎn)廢物的利用也進(jìn)行了大量研究，通過(guò)對(duì)不同種類的危險(xiǎn)廢物燃燒性能的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，部分危險(xiǎn)廢物具有較高的熱值，在經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理后，能夠作為衍生燃料使用。表3列舉了部分常見的危險(xiǎn)廢物理化數(shù)據(jù)。從表3的數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，這些危險(xiǎn)廢物往往具有較高的熱值，部分高達(dá)10000kJ/kg以上。因此，預(yù)處理之后能夠?qū)崿F(xiàn)水泥廠替代燃料的功能。

5 結(jié)語(yǔ)

水泥生產(chǎn)過(guò)程需要消耗大量的能源，同時(shí)產(chǎn)生大量的溫室氣體，其中有相當(dāng)一部分CO2源自于石灰石的分解，這對(duì)人類賴以生存的環(huán)境造成了很大的壓力。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，廢油以及廢舊輪胎作為衍生燃料在水泥行業(yè)得到應(yīng)用，隨著預(yù)處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多具有較高熱值的危險(xiǎn)廢物成為水泥生產(chǎn)的替代燃料，與此同時(shí)，大量混合了鋸末和垃圾的危險(xiǎn)廢物成為了具有很高熱值的危險(xiǎn)廢物衍生燃料。借助于水泥窯協(xié)同處置的優(yōu)勢(shì)，我們應(yīng)該在吸收、借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際狀況，在加大政策和宣傳的基礎(chǔ)上，開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的危險(xiǎn)廢物衍生燃料（HWF）的制備技術(shù)，在利用熱值的同時(shí)降低危險(xiǎn)廢物污染物的排放，逐步使我國(guó)危險(xiǎn)廢物協(xié)同處置走上產(chǎn)業(yè)化道路。

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