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        水泥窯協(xié)同處置危險廢物典型污染物在水泥熟料中的固化研究

        2018-04-02 07:41:02嵇磊趙旭紅曹培趙宇孫鶴黃永勝韋娟張廣芳俞剛吳德厚
        水泥技術(shù) 2018年2期
        關(guān)鍵詞:檢測

        嵇磊,趙旭紅,曹培 ,趙宇,孫鶴,黃永勝,韋娟,張廣芳,俞剛,吳德厚

        1 引言

        水泥窯是歐洲及美國、日本等發(fā)達(dá)國家處理危險廢物的重要設(shè)施,得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。發(fā)達(dá)國家利用水泥窯處置危險廢物和城市生活垃圾已經(jīng)有30多年的歷史,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),該技術(shù)在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保兩方面顯示出了巨大優(yōu)勢,取得了良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。近年來,我國水泥工業(yè)發(fā)展迅速,達(dá)到了世界先進(jìn)水平,水泥窯爐分布范圍廣、產(chǎn)能大,已具備協(xié)同處置危險廢物的技術(shù)條件。

        溧陽天山水泥5 000t/d熟料生產(chǎn)線協(xié)同處置29 800t/年危險廢物項(xiàng)目,是江蘇省首條利用水泥窯協(xié)同處置危險廢物示范線項(xiàng)目,目前處于試生產(chǎn)階段,迄今已累計協(xié)同處置危險廢物7 595t。我們考察了在窯況保持穩(wěn)定的前提下,協(xié)同處置含鉻(Cr)、鉛(Pb)和氯(Cl)的危險廢物時,這三種污染物在熟料中的固化情況,同時跟蹤化驗(yàn)熟料的游離鈣、三率值和28d強(qiáng)度,為進(jìn)一步優(yōu)化本項(xiàng)目處置工藝、不斷提高處置能力提供依據(jù)。

        2 原料與分析

        2.1 危險廢物來源

        本工業(yè)試驗(yàn)所用危險廢物來源于江蘇某危險廢物產(chǎn)生單位,選取Cr、Pb、Cl離子含量較高的危險廢物投加,危險廢物類別見表1。

        2.2 危險廢物預(yù)處理

        選取的危險廢物分別經(jīng)預(yù)處理后制作成三種危險廢物試樣,預(yù)處理方式均為“破碎預(yù)處理+液固混合”方式,即,將半固態(tài)和固態(tài)廢物經(jīng)破碎機(jī)破碎后,輸送至漿狀污泥混合器,調(diào)質(zhì)后進(jìn)行充分混合攪拌,達(dá)到固體泵的進(jìn)料要求和水泥窯入爐焚燒處置的工藝要求。

        2.3 原料化學(xué)分析及摻配比例

        2.3.1生料化學(xué)成分分析

        入窯生料的化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。

        2.3.2危險廢物試樣成分分析

        三種不同類別危險廢物經(jīng)預(yù)處理后制成三種危險廢物試樣,對其中的鉻含量、鉛含量和氯離子含量進(jìn)行檢測,結(jié)果見表3。

        2.3.3危險廢物投加摻配比例

        綜合考慮協(xié)同處置危險廢物對水泥廠水泥質(zhì)量、余熱發(fā)電量的影響以及現(xiàn)有投料設(shè)備能力的限制,并結(jié)合入窯生料及危險廢物試樣的化學(xué)成分分析,確定危險廢物投加的摻配比例(見表4)。

        表1 工業(yè)試驗(yàn)危險廢物投加類別及來源

        表2 入窯生料中化學(xué)成分分析

        表3 投加的危險廢物試樣中污染物成分分析

        表4 危險廢物投加摻配比例

        3 結(jié)果與討論

        預(yù)處理后的危險廢物利用固體泵輸送至分解爐合適位置,根據(jù)固體泵的泵送頻率調(diào)整泵送量,持續(xù)穩(wěn)定泵送4h后,開始采集熟料樣,分析熟料內(nèi)三種元素的含量,考察其在熟料內(nèi)的不同固化情況和熟料質(zhì)量情況,熟料中的污染物檢出限值必須滿足表5所列出的標(biāo)準(zhǔn)要求。污染物在熟料中的固化率計算見式(1)所示。

        表5 熟料中污染物檢測指標(biāo)

        式中:

        G1——熟料中污染物固化率,%

        M1——熟料產(chǎn)出速率,t/h

        C1——熟料中污染物含量,mg/kg

        Ma——生料的投加速率,t/h

        Ca——生料中污染物含量,mg/kg

        3.1 Cr元素固化情況

        Cr元素在熟料中的含量檢測結(jié)果和固化率計算結(jié)果見表6,試驗(yàn)組中空白試驗(yàn)危險廢物投加量為0,試驗(yàn)A1、A2、A3危險廢物投加量分別為2、4、6t/h。根據(jù)檢測結(jié)果,隨著危險廢物投加量的增加,熟料中Cr含量逐漸升高,分別為51、76、101、127mg/kg,含量都能滿足GB 30760-2014的要求。

        Cr元素在熟料中的固化率與危險廢物投加量的變化趨勢見圖1,從圖1可以看出,Cr元素在熟料中的固化率在90%以上,并且隨著危險廢物投加量的增加,Cr在熟料中的固化率也隨之增加。

        3.2 Pb元素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律分析

        圖1 Cr元素在熟料中的固化率

        Pb元素在熟料中的含量檢測結(jié)果和固化率計算結(jié)果見表7,試驗(yàn)組中空白試驗(yàn)危險廢物投加量為0,試驗(yàn)B1、B2、B3危險廢物投加量分別為2、4、6t/h。根據(jù)檢測結(jié)果,隨著危險廢物投加量的增加,熟料中Pb含量逐漸升高,分別為4.3、15.7、29.9、37.1mg/kg,含量均可滿足GB 30760-2014的要求。

        Pb元素在熟料中的固化率與危險廢物投加量的變化趨勢見圖2,從圖2可以看出,Pb元素在熟料中的固化率在41.85%~80.27%范圍內(nèi),隨著危險廢物投加量的增加,熟料中Pb的固化率逐漸升高。

        表6 Cr元素的含量檢測結(jié)果和固化率

        表7 Pb元素的含量檢測結(jié)果和固化率

        圖2 Pb元素在熟料中的固化率

        3.3 Cl離子遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律分析

        Cl元素在熟料中的含量檢測結(jié)果和固化率計算結(jié)果見表8,試驗(yàn)組中空白試驗(yàn)危險廢物投加量為0,試驗(yàn)C1、C2、C3危險廢物投加量分別為2、4、6t/h。根據(jù)檢測結(jié)果,隨著危險廢物投加量的增加,熟料中Cl含量在0.003 1%~0.003 9%范圍內(nèi)逐漸升高,含量都能滿足GB 175-2007的要求。

        Cl元素在熟料中的固化率與危險廢物投加量的變化趨勢見圖3,從圖3可以看出,Cl在熟料中的固化率在16.04%~20.36%范圍內(nèi),隨著危險廢物投加量的增加,熟料中Cl的固化率逐漸降低。

        圖3 Cl元素在熟料中的固化率

        3.4 熟料質(zhì)量情況

        在上述三種危險廢物處置的過程中,適時采集熟料樣品,跟蹤檢測熟料的率值和28d強(qiáng)度,檢測結(jié)果見表9。從表9可以看出,三種危險廢物的協(xié)同處置量分別從2t/h增加到6t/h,熟料的游離氧化鈣含量均<1.5%,在合理范圍之內(nèi),熟料的三率值和28d抗壓強(qiáng)度均符合GB/T 21372-2008《硅酸鹽水泥熟料》的要求,未對熟料質(zhì)量造成明顯影響。

        4 結(jié)語

        利用水泥窯協(xié)同處置了三種含有害元素的危險廢物,考察危險廢物中的Cr、Pb和Cl等三種污染元素在熟料中的固化情況,同時考察了熟料的質(zhì)量情況,得出以下基本規(guī)律:

        表8 Cl元素的含量檢測結(jié)果和固化率

        表9 熟料的基本化學(xué)性能及率值

        (1)在水泥窯協(xié)同處置含Cr危險廢物和含Pb危險廢物時,隨著Cr和Pb的處置量的增加,這兩種元素在熟料中的含量隨之增加,其在熟料中的固化率也隨之增加,但Cr的固化率明顯高于Pb。

        (2)在水泥窯協(xié)同處置含Cl危險廢物時,隨著Cl的處置量的增加,Cl元素在熟料中的含量隨之下降,其在熟料中的固化率也隨之下降,且Cl元素的固化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于重金屬Cr和Pb在熟料中的固化率。

        (3)在水泥窯協(xié)同處置含重金屬的危險廢物時,只要控制好處置量,重金屬在熟料中的含量是能夠滿足GB 30760-2014《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》的要求的,熟料的游離氧化鈣含量能控制在合理范圍之內(nèi),熟料的三率值和28d抗壓強(qiáng)度也能滿足GB/T 21372-2008《硅酸鹽水泥熟料》的要求。

        近幾年,我國水泥行業(yè)利用水泥窯協(xié)同處置危險廢物已取得顯著成果,逐步建立起一套較成熟的水泥窯協(xié)同處置危險廢物的技術(shù)體系,隨著水泥窯協(xié)同處置技術(shù)理論與實(shí)踐的發(fā)展,以及相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保法規(guī)的健全,該技術(shù)的發(fā)展前景廣闊?!?/p>

        U型動葉片選粉機(jī)通過成果鑒定

        2018年2月1日,中國建筑材料聯(lián)合會在北京組織召開了“U型動葉片選粉機(jī)的研究及應(yīng)用”項(xiàng)目成果鑒定會,該項(xiàng)目由中材國際研究總院、天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司、中材裝備集團(tuán)有限公司共同承擔(dān)。經(jīng)鑒定委員會專家的鑒定,一致同意該科研項(xiàng)目通過科技成果鑒定。

        中國水泥協(xié)會的王郁濤擔(dān)任此次鑒定會的主任委員,中國建筑材料聯(lián)合會副秘書長、科技部部長潘東暉,中材國際研究總院副院長狄東仁、粉磨技術(shù)總監(jiān)柴星騰,河北前進(jìn)、河北乾寶、重慶西南萬州等三家用戶代表及會務(wù)組的相關(guān)人員參加了會議。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人豆海建向與會專家進(jìn)行了詳細(xì)的展示。通過與會專家的嚴(yán)密審查和熱烈討論,達(dá)成了如下結(jié)論:

        該項(xiàng)目研發(fā)建立了基于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程的選粉機(jī)數(shù)值分析研究平臺,實(shí)現(xiàn)了選粉效率、循環(huán)負(fù)荷、Trump曲線CFD求解及數(shù)據(jù)處理、流場網(wǎng)格劃分、結(jié)構(gòu)優(yōu)化仿真計算等,形成了U型動葉片選粉機(jī)的設(shè)計方法;

        開發(fā)了立式磨用U型動葉片結(jié)構(gòu)形式的選粉機(jī),顯著降低了阻力,提高了選粉效率。本研發(fā)成果適應(yīng)生料、水泥、礦渣等不同物料的系列化產(chǎn)品。

        項(xiàng)目已獲授權(quán)實(shí)用新型專利1項(xiàng),在河北前進(jìn)冶金科技有限公司、重慶萬州西南水泥有限公司等應(yīng)用一年以上,用戶反映系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,阻力低。實(shí)際應(yīng)用表明,相比于傳統(tǒng)立式磨選粉機(jī)阻力降低20%~30%,產(chǎn)量提升10%~15%,系統(tǒng)電耗降低10%~12%。

        鑒定委員會專家一致認(rèn)定,成果的開發(fā)與應(yīng)用對提升我國立式磨選粉機(jī)裝備水平具有重要推動作用,成果整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。該項(xiàng)目順利通過科技成果鑒定。

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