袁鵬洲,唐 渭,李廷山,王志科,周小永
(中鐵科學(xué)研究院有限公司成都分公司,四川 成都 610000)
隨著工業(yè)化進(jìn)程加快以及環(huán)保政策的不斷趨嚴(yán),我國(guó)危廢產(chǎn)量及處置需求仍將持續(xù)釋放。經(jīng)過(guò)“十三五”的大力發(fā)展,危險(xiǎn)廢物焚燒、填埋等無(wú)害化處置技術(shù)逐漸成熟,發(fā)展形成了很多先進(jìn)技術(shù)并實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用。進(jìn)入“十四五”期間,無(wú)論是在高質(zhì)量發(fā)展、精細(xì)化管理的背景下,還是基于碳達(dá)峰碳中和的需求,危廢資源化利用是行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。近年來(lái),各地各部門(mén)不斷完善危險(xiǎn)廢物全流程管控體系建設(shè),開(kāi)展了打擊危險(xiǎn)廢物環(huán)境違法系列行動(dòng)。深度打好環(huán)境污染預(yù)防攻堅(jiān)戰(zhàn)、持續(xù)改進(jìn)自然環(huán)境品質(zhì),持續(xù)提高廣大群眾生態(tài)自然環(huán)境的得到感、幸福感和歸屬感。
六價(jià)鉻為吞入性毒物/吸入性極毒物,皮膚接觸可能導(dǎo)致敏感;更可能造成遺傳性基因缺陷,吸入可能致癌,對(duì)環(huán)境有持久危險(xiǎn)性[1]。六價(jià)鉻是很容易被人體吸收的,它可通過(guò)消化、呼吸道、皮膚及粘膜侵入人體[2]。通過(guò)呼吸空氣中含有不同濃度的鉻酸酐時(shí)有不同程度的沙啞、鼻粘膜萎縮,嚴(yán)重時(shí)還可使鼻中隔穿孔和支氣管擴(kuò)張等[3]。鉻渣污染將直接對(duì)周邊生活的人類(lèi)健康造成危害,同時(shí),對(duì)地下水具有非常嚴(yán)重的污染風(fēng)險(xiǎn)[4]。本項(xiàng)目處理鉻渣規(guī)模約38 632 t,鉻渣用防水噸袋裝存,分別堆存于廠(chǎng)區(qū)內(nèi)五個(gè)區(qū)域。
本項(xiàng)目總體治理目標(biāo)是采用科學(xué)合理、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)可行、具有針對(duì)性與操作性的鉻渣治理(處置)技術(shù)來(lái)消除鉻渣對(duì)環(huán)境和人體的健康風(fēng)險(xiǎn)。
根據(jù)現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)窯、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)及技術(shù)條件、填埋場(chǎng)條件等因素實(shí)施鉻渣綜合治理及處置后,總體治理目標(biāo)應(yīng)達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,同時(shí)滿(mǎn)足保證環(huán)境安全,防止污染物進(jìn)一步遷移和擴(kuò)散的要求。項(xiàng)目利用現(xiàn)有回轉(zhuǎn)窯用于鉻渣干法解毒后進(jìn)行一般工業(yè)固體廢物填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置。根據(jù)《鉻渣污染治理環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 301—2007)鉻渣最終處理處置技術(shù)要求的浸出液中的污染控制指標(biāo)的濃度限值[5],本項(xiàng)目嚴(yán)格執(zhí)行《鉻渣污染治理環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范(暫行)》(HJ/T 301—2007),提出鉻渣解毒后進(jìn)填埋場(chǎng)的污染控制指標(biāo)為按照《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299—2007)制備的浸出液中危害成分的濃度限值為:ρ(總鉻)≤9 mg/L、:ρ(六價(jià)鉻)≤3 mg/L[6]。
在本項(xiàng)目所需處理鉻渣的五個(gè)鉻渣堆存區(qū)域分別取樣,每個(gè)區(qū)域取10 個(gè)樣品、混和均勻后縮分得到一個(gè)鉻渣樣品,共計(jì)5 個(gè)鉻渣樣品,依次記為1#~5#鉻渣。根據(jù)《鉻渣污染治理環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 301—2007)中的規(guī)定進(jìn)行各樣品浸出液的制備和危害成分的測(cè)定,結(jié)果如表1 所示。
表1 本項(xiàng)目鉻渣的六價(jià)鉻含量和浸出毒性測(cè)試結(jié)果
檢測(cè)結(jié)果由表1 可知,本項(xiàng)目鉻渣浸出液中總鉻質(zhì)量濃度為386.3~437.4 mg/L,六價(jià)鉻質(zhì)量濃度為191.1~240.9 mg/L,遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)中要求ρ(總鉻)≤9 mg/L、ρ(六價(jià)鉻)≤3 mg/L 的限值,必須進(jìn)行解毒處理。
針對(duì)本項(xiàng)目鉻渣為鉻鐵礦有鈣焙燒鉻渣且混有土壤、浸出毒性高的特點(diǎn),綜合考慮鉻渣常用治理技術(shù)的成熟性、處理能力、資金水平、應(yīng)用的適用性及不適用性等,采用回轉(zhuǎn)窯干法解毒技術(shù)。
鉻渣回轉(zhuǎn)窯干法解毒的工藝流程框圖如圖1 所示,主要工藝過(guò)程包括鉻渣和還原煤的破碎、燃料煤的破碎、配料以及還原焙燒和水淬冷卻。
圖1 鉻渣回轉(zhuǎn)窯干法解毒工藝流程框圖
進(jìn)入轉(zhuǎn)窯的鉻渣和煤炭與高溫氣流逆流,經(jīng)干燥、預(yù)熱進(jìn)入高溫段時(shí)被加熱至900 ℃左右,六價(jià)鉻大部分被還原為三價(jià)鉻,繼續(xù)保持還原氣氛,經(jīng)窯頭下料口落入冷卻螺旋,水淬冷卻后的還原渣由裝載機(jī)送到解毒后渣場(chǎng)暫存,經(jīng)化驗(yàn)合格后入填埋場(chǎng)填埋[7]。水淬用水可采用脫硫除塵廢水,脫硫除塵廢水因含有亞硫酸,亞硫酸具有強(qiáng)還原性,焙燒后的鉻渣水淬時(shí)六價(jià)鉻進(jìn)一步得到還原,尤其是可以將部分酸溶性六價(jià)鉻還原為無(wú)毒的三價(jià)鉻,急劇冷卻[8],也使高溫狀態(tài)下具有較高化學(xué)活性的三價(jià)鉻[9],轉(zhuǎn)化為常溫條件下穩(wěn)定的三價(jià)鉻。若在除塵的廢水中加入少量硫酸亞鐵,可以利用硫酸亞鐵的強(qiáng)還原性進(jìn)一步對(duì)殘余的Cr6+進(jìn)行還原處理。利用廢水治廢也可大大降低鉻渣處理費(fèi)用[10]。
解毒處理后的鉻渣進(jìn)行取樣檢測(cè),每次取10 個(gè)樣品分別進(jìn)行總鉻及六價(jià)鉻檢測(cè),分析匯總檢測(cè)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表2。
表2 檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)匯總表
檢測(cè)結(jié)果可知,采用回轉(zhuǎn)窯干法解毒工藝對(duì)鉻渣進(jìn)行處理是有效的,處理結(jié)果完全滿(mǎn)足處理目標(biāo)要求。
其作用機(jī)理為鉻渣回轉(zhuǎn)窯干法解毒是將鉻渣與煤按一定比例混合后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行還原焙燒,利用高溫下碳與一氧化碳的強(qiáng)還原性將鉻渣中的六價(jià)鉻還原,使其生成穩(wěn)定無(wú)毒的三價(jià)鉻化合物,從而達(dá)到徹底解毒的目的[10]。為防止出爐的高溫堿性料中剛還原的三價(jià)鉻在空氣中冷卻時(shí)再度氧化成六價(jià)鉻,焙燒出料時(shí)采用水淬驟冷。
鉻渣在回轉(zhuǎn)窯中的解毒工藝,反應(yīng)過(guò)程如式(1)~式(5):
在回轉(zhuǎn)窯焙燒鉻渣過(guò)程中,當(dāng)溫度達(dá)到500℃以上時(shí),鉻化合物會(huì)以一定的反應(yīng)速率發(fā)生氧化或還原反應(yīng),控制焙燒或冷卻過(guò)程中的還原氣氛,并優(yōu)化其停留時(shí)間分布,就可有效完成鉻渣的解毒過(guò)程。
一般工業(yè)固廢填埋場(chǎng)是專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的作業(yè)過(guò)程,在解毒鉻渣填埋運(yùn)行過(guò)程中,需要根據(jù)解毒鉻渣的日產(chǎn)生量,選用專(zhuān)門(mén)的工程機(jī)械完成運(yùn)、鋪、推、碾壓和夯實(shí)等工程作業(yè)。攤平和碾壓可以提高解毒渣在填埋過(guò)程中的壓實(shí)程度,從而達(dá)到節(jié)省庫(kù)容、延長(zhǎng)填埋場(chǎng)使用壽命、減少填埋場(chǎng)不均勻沉降、最大限度地發(fā)揮投資效益的目的。目前國(guó)內(nèi)一般工業(yè)固廢填埋場(chǎng)使用的碾壓設(shè)備有推土機(jī)、壓實(shí)機(jī)等。
由于解毒鉻渣需經(jīng)檢測(cè)合格后才能進(jìn)入填埋場(chǎng)填埋,因此需要將處置后鉻渣二次轉(zhuǎn)運(yùn)至填埋場(chǎng)。根據(jù)鉻渣的日處理量(約300~400 t/d),配備5 臺(tái)載重20 t 自卸汽車(chē)用于場(chǎng)內(nèi)合格解毒渣的二次轉(zhuǎn)運(yùn)。
為減輕進(jìn)場(chǎng)道路及作業(yè)場(chǎng)所揚(yáng)塵污染,需在主要作業(yè)點(diǎn)及道路上定時(shí)灑水,以保護(hù)場(chǎng)區(qū)內(nèi)及周?chē)目諝赓|(zhì)量。封場(chǎng)的最終目的是為了使封場(chǎng)后維護(hù)工作減至最小,減少滲濾液的產(chǎn)生量;避免人、動(dòng)物與解毒鉻渣的直接接觸。填埋場(chǎng)中解毒鉻渣達(dá)到填埋設(shè)計(jì)標(biāo)高后需進(jìn)行終場(chǎng)覆蓋,以達(dá)到阻止風(fēng)與雨的侵蝕、減少地表水滲透到土壤層[11],減少大氣降雨進(jìn)入填埋土壤層,減少滲濾液產(chǎn)生量,保持安全處置場(chǎng)頂部的美觀(guān)及持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)的作用[12]。
本治理工程實(shí)施后具有十分明顯的社會(huì)效益,有益于地塊周邊及未來(lái)該地塊居民的公共健康,可解決因場(chǎng)地環(huán)境污染帶來(lái)的上訪(fǎng)問(wèn)題,提高了社會(huì)的穩(wěn)定程度。同時(shí),也加強(qiáng)了居民和政府之間的相互信任、相互支持的聯(lián)系程度,進(jìn)而提高了政府的威信和形象,有助于緩解當(dāng)?shù)厣鐣?huì)矛盾。項(xiàng)目完成后,可以有效地提高政府的威信和形象,保障區(qū)域社會(huì)安定和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。對(duì)維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民族團(tuán)結(jié)有積極的意義,特別在增強(qiáng)政府公信力和民眾凝聚力方面起到極大的促進(jìn)作用,為工程實(shí)踐中鉻渣處理提供了新思路。