利用水泥厂处理危险废物

徐州工业职业技术学院

毕业专题（设计）

关于水泥厂利用废弃物

年级专业：安全大专051

学生姓名：陈敏慧 学号：040300383 指导老师：张晓东 职称：高级 课题名称： 导师单位：徐州工业职业技术学院

目 录

摘 要……………………………………………………………………………….......................1

引言…………………………………………………………………………….............................1

第一章 文献综述

§1.1利用可燃工业废气物的历史…………………………………….....................................1

§1.2我国目前的形势…………………………………………….............................................4

§1. 3艰苦的摸索和试验工作的进步…………………………………………………………..5

§ 1.4关于利用水泥回转窑和利用废弃物技术的建议………………………………………..7

第二章 研究内容

§2.1 水泥工业利用废弃物的主要途径和问题........................................................................9

§2.2欧盟新公布的法规..............................................................................................................10

§2.3 德国水泥回转窑利用废弃物的有关规定…………………………………………..12

第三章 德国的一些研究成果

3.1 微量元素在水泥回转窑系统中的挥发性……………………………………………..13

3.2 水泥回转窑排放的微量元素量………………………………………………………..14

3.3 微量元素浸出试验……………………………………………………………………15

致谢 参考文献……………………………………………………………………. …………...17

我国启动可燃废物生产水泥

作者：陈敏慧 安全管理051班 学号040300383

摘要

随着世界环境问题的日益突出和可持续发展战略的要求，人们越来越关注各类废弃物的处理和利用。目前对于废弃物的处置通常的方法是用焚烧炉进行焚烧或者填埋，采用填埋的方法将占用大片土地并会产生二次污染。相比之下，利用水泥回转窑比专业焚烧炉在经济性、防止二次污染、无害化处理的彻底性方面更具优势。

关键字：水泥

废弃物 水泥回转窑 引言

现代水泥工业是近代科学技术的产物，也是社会物质文明和经济增长的支撑之一。根据现今科技发展成果及其应用趋势来判断，水泥在今后相当长的时间内仍是一种难以被替代的经济实用的大宗建筑材料。水泥工业作为现代工业生态系统和经济生态系统中的一员，因为其生产工艺的固有特点，使其在发展全社会的循环经济中具有较显著的" 链接" 作用。由于现代水泥工业科技成果的研发和应用，近年来已取得较大进展。水泥企业在循环经济系统的自身" 小循环" 中已颇显效益。同时在与其他工业行业" 链接" ，实现多个产业之间的互补、互用、互利等" 中循环" 方面也成效卓越。而且还可以在全社会的大系统中，为实现" 大循环" 作出相应的贡献。

世界和中国水泥工业的前途和魅力就在这里。将来的水泥厂不再仅仅是烧制水泥，它应该成为处理社会垃圾的一座庞大的焚烧炉。那时候的水泥工业与社会和谐发展，将成为名副其实、真正意义上的环境友好型行业。

这绝不是异想天开。在实现零污染零排放，在余热发电乃至其他方面，不论是中国的水泥制造业还是外国的水泥公司，都已经有了不小的进步，只是作为一种成熟的理论升华、并把其概括为" 四零一负" 提出来

随着世界环境问题的日益突出和可持续发展战略的要求，人们越来越关注各类废弃物的处理和利用。目前对于废弃物的处置通常的方法是用焚烧炉进行焚烧或者填埋，采用填埋的方法将占用大片土地并会产生二次污染。相比之下，利用水泥回转窑比专业焚烧炉在经济性、防止二次污染、无害化处理的彻底性方面更具优势。

第一章 文献综述

1．1利用可燃工业废弃物的历史

世界发达国家对利用水泥回转窑来处置和利用可燃工业废弃物的工业实践已有近30年的历史，技术上成熟，并形成了一套完整的体系。我国水泥生产在原料中使用电厂粉煤灰、高炉矿渣、硫铁渣、铜渣、烟气脱硫石膏、电石渣、赤泥等工业废弃物也已多年。据初步统计，全国水泥生产中所需原料约有20％以上来自上述工业废弃物。但与国外相比，我国在政策支持、技术水平和规模等方面还存在很大差距。

资料显示，目前世界上约有100多家水泥企业用可燃性废弃物做替代燃料。其中，世界最大的水泥生产商、法国的Lafarge 公司2001年利用可燃废物做燃料的替代率达50％~55％，降低燃料成本33％，减少二氧化碳气体排放500万吨。美国环保署则规定，每个工业城市只保留一座水泥厂，在部分满足水泥需求的同时用于处理城市产生的有害废物。目前我国只有北京水泥厂、上海万安水泥有限公司在处理危险废弃物方面取得了成功并实现了批量化，但在利用水泥窑处理生活垃圾方面，还没有一家水泥厂做到规模化。

1．2我国目前的形势

循环经济的特征之一是废弃物的减量化、资源化和无害化，而水泥工业以其生产工艺和产品特点可以实现部分废弃物的再利用。但有关专家也提醒，水泥窑处理废物必须以不影响水泥生产和质量为前提。碱金属和氯离子含量过高的废弃物，含硫、磷、氰、汞的化合物不宜在水泥回转窑中进行焚烧处理。此外，为适应使用可燃废弃物，水泥工厂需进行相应地改造。如增加相应的储存、输送和计量装置；对燃烧器进行改造；检测、测量设备须完备等。同时建议，政府有关部门应加强对环境保护和各类废弃物处置的法规、条令的执法力度，使这些废弃物处于受控状态；成立专门机构，对各类废物进行收集、处理并运输到相关企业；建立和完善相关的法律、法规、产品质量标准、税收政策等；发展废弃物的资源化处理技术，加快相关技术和设备的研究。

我国人口众多，能源、资源相对不足，人均拥有量远低于世界平均水平。由于我国正处于工业化和城镇化加快发展阶段，能源消耗强劲，消费规模不断扩大。尤其是经济粗放型增长方式没有得到根本改变，进一步加剧了能源供求矛盾和环境污染状况。“十五”期间，国内生产总值平均每年增长9.5%，而能源消耗总量平均每年增长9.9%，能源消耗的增长高于国民经济的增长速度。能源和环境问题已经成为制约我国经济和社会发展的重要问题。全国人大通过的我国国民经济和社会发展“十一五”规划，提出了到2010年末我国单位国民经济产值的能耗要比2005年末降低20%，污染物排放总量减少10%的两个约束性指标。

建材工业是国民经济的重要原材料工业，同时也是耗能大户，在我国各工业部门能耗总量位居第三。在建材工业的各主要产业中，水泥工业是第一耗能大户，其能源消耗总量约占建材工业耗能总量的60%左右。因此，如何减少水泥工业能耗总量和单位产品的能耗指标，成为人们关注的焦点，也使这项工作排在了十分突出的位置。

为了解决水泥能耗和由于经济发展及生活水平提高而大量增加的废弃物和生活垃圾造成的环境问题，我国从上个世纪末开始，借鉴发达国家利用水泥回转窑处置和利用废弃物的成功做法，在个别有条件的企业进行小规模试验，进行了必要的探索，取得了宝贵的经验和认识。在“十五”期间，水泥行业在政府有关部门的支持下，对这项工作继续进行了开拓和探索。当前，我们很有必要对前几年这项工作的进展情况加以回顾和总结，肯定我们取得的成绩，找出影响这项工作开展的主要问题和症结，提出下一步的工作要点，以便在“十一五”

期间促使该项工作取得明显的进步和成效，为我国的节能工作和环保事业做出应有的贡献。

“十五”期间的进展上个世纪，在政府有关鼓励利废政策的推动下，水泥工业在自身的发展中，不断探索和加大利用各种工业废弃物的力度。诸如：高炉矿渣、电厂粉煤灰、煤矸石、赤泥、硫酸渣、电石渣、脱硫石膏等等工业废渣，被作为生产水泥的原材料得到了有效利用。这一利废措施不但降低了水泥生产成本，同时也有效地解决了这些工业废弃物对环境造成的污染和影响。随着我国能源供应和需求矛盾的日趋紧张和经济快速发展所形成的各种工业废弃物品种及数量的剧增，除了继续加大利用工业废弃物中的有效成分，作为水泥生产的原材料之外，如何利用含有热焓的可燃废弃物的问题，开始提到日程上来。

1.3艰苦的摸索和试验工作的进步

和其他新生事物一样，利用水泥回转窑处置和利用可燃废弃物的这项工作，也是始于基层个别水泥企业——北京水泥厂和上海联合水泥公司等。他们根据当地废弃物的品种、数量和水泥生产线的具体工艺装备情况，借鉴国外这方面的成功经验，作了艰苦的摸索和试验工作，为今后这项工作的起步创造了条件。通过近几年的努力，我们在以下几个方面取得了进步。

第一. 认识上的提高和统一过去我们对大量的可燃工业废弃物（包括危险废物）及生活垃圾的处置方式，主要采取传统的填埋和用焚烧炉焚烧的办法。但是这种处置办法，其本身存在的弊病，随着时间的推移暴露得越来越突出。国外成功利用水泥回转窑处置和利用废弃物经验的介绍和宣传，特别是我国个别企业的小规模工业实践，表明利用水泥回转窑这种热工装置，处置和利用废弃物的方案是可行的。正确使用这种处置方法，可以充分利用水泥回转窑热工过程的特点，使废弃物做到无害化、减量化、资源化的处理。水泥产品质量得到保证，排放的废气达到国家标准，废弃物所含热焓得到利用，且没有废渣排出，不会造成二次污染。

目前，这种利用水泥回转窑处置和利用废弃物的方案与其他各种有效处置和利用废弃物的办法一样，也成为可选择的方案之一。

通过多次的调研和研讨，人们普遍认识到要想推广这项利国、利民的先进、实用技术，必须做到政府推动、企业主导、民众参与，三者相互联动，缺一不可。要走社会化和专业化相结合的路子。

第二. 法治和政策环境得到改善通过分析国外利用水泥回转窑处置和利用废弃物的成功经验和我国小规模的工业实践，不难看出，政府对这项工作的推动力是这项事业能否顺利开

展的关键。政府的推动力主要表现在几个方面：一是相关法律的制定和完善；二是对相关法律执行情况的监督；三是制定相应的政策，如：税收政策的调整、产品技术标准的修订、大气排放污染物含量的标准确定，废弃物运输安全标准的制定、财政对相应科研工作的支持等等。

近几年，我国政府为了抓好环境保护和节约能源，进一步加强在这方面的立法和法律的修改工作，强化依法行政的观念。如：由全国人大常委会通过的修订后的《中华人民共和国固体废弃物污染防治法》（2005年4月1日起施行），由全国人大常委会通过的《中华人民共和国可再生能源法》（2006年1月1日起施行）等法律文件。与此同时，国务院也制定了相应的法规来推动建立节约型社会和发展循环经济，加强环境保护工作，如：2006年2月国务院发布《关于落实科学发展观加强环境保护的决定》，同年《环境保护违法违纪行为处分暂行规定》正式生效；2005年6月27日公布的《国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知》（国发[2005]21号）；2005年7月2日公布的《国务院关于加快发展循环经济的若干意见》（国发[2005]22号），以及2006年8月8日公布的《国务院关于加强节能工作的决定》（国发[2006]28号）等文件。有关部委根据国家法律和国务院的法规，结合自身的职责也就某一领域的具体问题制定相应的政策来推动环境保护和节约资源、能源工作的开展。这些法律、法规虽然没有直接去描述有关利用水泥回转窑处置和利用废弃物的内容，但是总体精神是适合这项工作开展的。这就为今后推广这项技术奠定了法律和政策基础。

第三. 科学研究工作取得新进展目前，随着国内已普遍关注利用水泥回转窑处置和利用废弃物这项工作，许多科技工作者开始用更多的精力来从事有关利用水泥回转窑处置和利用废弃物的科学研究工作。不少科研设计单位都把这项科研工作作为本单位的技术发展后劲。近几年，从工作机理、基础水泥化学研究、针对不同品种和类型的可燃废弃物和危险废物进行收集、储存、运输、装卸、计量和燃烧过程的工艺技术和装备开发的研究已取得了一批成果。这些研究成果虽然是局部的和初步的，但为今后的规模推广创造了条件。

第四. 工业性实践活动有了新进步在这方面突出的典型是北京水泥厂有限责任公司承建的“北京市处置固体废弃物示范工程”项目。这个项目是北京水泥厂有限责任公司，继在日产2000吨水泥熟料新型干法生产线上小批量地进行焚烧可燃废弃物和危险废物取得成功和进展后，在国家有关部委和北京市政府的大力支持下，采用引进先进技术和自行开发研制相结合的，由我国自行专门为利用水泥回转窑处置和利用废弃物而设计兴建的水泥生产线。设计处理废弃物能力为8万～10万吨/年。该示范线已于2006年投产。虽然该示范线刚刚投产不久，但是设计兴建示范线和投料处置的实践活动已经给我们以丰富的实践活动的机会，使我们对利用水泥回转窑来处置和利用废弃物技术和工作有了更加深刻的体会。

尚存在的问题尽管在“十五”期间，我们在利用水泥回转窑处置和利用废弃物工作方面取得了一些进展和进步，但是仅仅处于起步阶段，与我国现实节约能源和环境保护严峻形势对这项工作的要求相比，尚有巨大的差距。总体上看，存在以下主要问题：

政府的推动力有待进一步加强众所周知，推动利用水泥回转窑处置和利用废弃物的技术的应用和推广，决不是单纯的技术问题，也不是仅仅靠水泥企业的努力所能解决的问题。它涉及社会管理的方方面面。这项技术应用和推广从宏观面上讲，必须建立在全社会成员的环保意识和节约能源责任的基础之上，特别是产生废弃物和危险废物的企业的管理者，更应该负有从源头减少废弃物和危险废物产生总量，以及合理有效加以处置和利用的责任。政府要通过法律、法规和相应的政策提倡和推动废弃物的社会化、专业化的处置和利用。而在这方面目前做得还很不够。从仅有的工业实践来看，能够主动、自觉地按照有关法律、法规和政策要求，依靠社会力量，由专业部门来处置和管理废弃物和危险废物的大多数是外资和合资企业。而内资企业往往做得不够。究其原因，首先是外资和合资企业的经营者本身的法律意识和环保意识普遍比较强，其次也说明政府在法制建设、法制宣传和执法力度上做得还不够。

工业实践的点少面窄时间短经过“十五”期间的努力，利用水泥回转窑处置和利用废弃物的工作有所进展，但是就全国而言，也仅仅在个别企业进行了局部的工业实践，且从处置废弃物的种类、数量来看都还很少，进行工业实践的时间也远远不够。这样的情况就使我们对这项工作不论从技术层面还是从管理层面都缺乏必要的经验和教训的积累。

在已经进行工业实践的企业中，也仅有北京水泥厂有限责任公司的示范线是在设计中全面考虑了处置和利用废弃物和危险废物的新型干法水泥生产线。其他的工业实践，基本是在原有的水泥生产线上做局部改造，完成对利用水泥回转窑处理和利用废弃物的实验的。而北京水泥厂有限公司的示范线投产至今也还不到一年，仍需要继续进行必要的运行实践，从中发现问题和解决问题，积累经验。

科学研究和技术开发工作仍显不足利用水泥回转窑处置和利用废弃物技术，是用废弃物中的有效成分来替代传统生产水泥的原料和燃料，且对水泥产品质量和废气排放对大气环境不会产生不良影响。因此，要想合理有效地利用水泥回转窑处置和利用废弃物，就必须开展一系列有针对性的科学研究和技术开发工作。目前我们虽然有一些科研设计部门、高等院校开展了这方面的研究开发工作，但是由于政府财政支持力度不够，企业真正的业务需求还不多，因此这方面的科研开发工作仍处于起步阶段，北京水泥厂有限公司这条处置废弃物的示范线的处置装备，大多是国外引进的，它反映了我国在这方面的技术和装备开发水平与国外有着较大的差距。

今后工作的建议根据国家经济和社会发展的“十一五”规划的基本思路和总体要求，水泥工业必须坚持以科学发展观为指导，坚持以节能降耗、环境保护工作为重点，按照循环经济的发展模式，走资源、能源节约型，环境友好型的道路，实现产业、社会、环境协调发展。

1.4关于利用水泥回转窑和利用废弃物技术的建议

利用水泥回转窑处置和利用废弃物技术的应用和推广，是实现上述工作目标的重要措施之

一。我们要在总结“十五”期间这项工作的基础上，肯定成绩，树立信心，针对存在的主要问题，开展有针对性的工作，力争在“十一五”期间使这项技术得到更广泛的应用和推广。建议将以下几个方面作为工作重点。

第一. 政府要切实加强法律保证和政策支持力度在应用和推广利用水泥回转窑处置和利用废弃物的工作中，政府的推动是这项技术能否成功应用和推广的关键。在今后的工作中要

进一步加强有关各种废弃物管理的法规建设，并且要加大执法力度。做到对于废弃物的收集、储存、运输、处置和利用都有明确的法规约束。对于违规的单位和个人，要根据法规的有关规定予以必要的处罚。做到依法行政、违法必究。从源头上解决废弃物和危险废物的违规处置所带来的污染环境的严重后果，并解决利用水泥回转窑处置和利用废弃物的来源问题。

在广泛调查研究的基础上，国家有关部门要抓紧制定该项技术所涉及的采用可燃废弃物替代燃料的情况下，水泥产品质量和水泥回转窑窑尾废气排放标准，使水泥企业的生产和管理有章可循。

为了推广该项技术，政府有关部门应当制定鼓励和支持政策，使企业在为社会公益事业做出贡献的同时也能得到相应的经济回报。本人在2002年就撰文提出了意见，即要想推动利用水泥回转窑处置和利用废弃物的工作的应用和推广，必须使废弃物的物流流向与处置所需资金流流向相一致。这几年的实践经验更说明了这一观点的重要性。因此，政府要采取有效措施促使废弃物产生者依法合理有效地处置废弃物，走社会化、专业化的路子，改变思路，由原来的“谁污染、谁处理”转变成为“谁污染、谁承担相应的法律和经济责任”。从源头上，解决资金流向的问题。

第二. 积极有序地开展工业实践正如前面所述，“十五”期间，利用水泥回转窑处置和利用废弃物的工业实践活动，点少面窄时间短。所处置的废弃物品种和总量都比较少。这样，我们对完成这项系统工程的内在规律、应解决的技术要点、工厂生产管理制度的调整等等都还处于摸索阶段。今后我们要在各级政府的支持下，积极稳妥地选择有条件的大中城市，有序地扩大利用水泥回转窑处置和利用废弃物的试点工作。据了解，不少地方政府支持有条件的水泥生产企业开展此项工作。但是，他们往往把利用水泥回转窑来处置城市生活垃圾作为重点。由于目前我国经济发展程度和人们的生活水平，与发达国家尚有较大的差距，加之我国对生活废弃物的重复利用水平较高，经过分检后生活垃圾的发热量较低，水分和灰分较高，这在已经建立起来的垃圾焚烧厂的运行数据中可以得到验证。因此，建议有关利用水泥回转窑处置和利用废弃物的试点，有条件的还是第一步从处置可燃工业废弃物开始，逐步积累经验，逐步扩大处置和利用废弃物的种类和总量。在条件成熟时，配合市政管理部门和环境保护部门，有序地开展利用水泥回转窑处置和利用生活垃圾的试点工作。

第三. 系统开展科学研究和技术开发工作利用水泥回转窑处置和利用废弃物，相对于使用天然矿物和化石燃料的传统水泥，生产工艺和技术有着很大的不同。“十五”期间虽然我们作过一些研究和开发工作，但是由于我们自己的实践机会比较少，大多数还停留在对国外有关技术的消化和引进中，而真正属于我们自己的东西还很少，很不全面和系统。因此，为了今后能合理成功地应用和推广这项技术，必须下定决心，在引进和消化国外先进技术的同时，结合我国需要处置和利用废弃物的具体情况，系统地展开科学研究和技术开发工作。

当前可将以下几个问题作为重点。

●固态（块状、粉状）、液态、半液态、黏着物等各种形态废弃物的收集、储存、运输、卸载、均化、计量等环节的工艺和装备的设计与开发。

●不同形态、不同成分废弃物的合理的投料点的选择。

●使用不同种类替代燃料时燃烧器的设计与制造。

●利用水泥回转窑处置废弃物时的系统工艺技术研究，包括原料配料、燃料和燃烧控制、系统操作工艺参数的调整、耐火材料的使用寿命、成品的质量分析和控制。

●根据国家大气排放污染物标准，针对利用水泥回转窑处置废弃物的具体情况，在保证产品质量的前提下，确定有效的除尘装置和合理的工艺操作参数，使水泥回转窑窑尾废气排放达到国家标准。要研制有效的控制主要污染物的在线检测仪表。

●进一步加强基础理论研究，着重在使用废弃物替代原、燃材料时的水泥熟料的化学成分和晶体结构的研究。对水泥成品中重金属允许含量和渗出条件的研究。

在开展科研和技术开发工作中，政府应当给予必要的财政支持。在每年的科研工作计划中应根据实际的工作需要，确定若干专题进行攻关。所需经费，政府应给予专项资金支持，银行给予优惠贷款，政府可给予政策性的适当的补贴。

上述科研开发工作可由科学技术管理部门或委托有关协会组织进行有计划、有组织有序地进行，避免当前相互封闭、各自为战的状态，更合理地运用有限的人力和财力，争取更大的成效。

国际上发达国家从上个世纪70年代开始，进行利用水泥回转窑处置和利用废弃物技术的研究和应用工作，经过30多年曲折探索和不懈的努力，才达到当前的水平，在节约能源和环境保护方面做出了积极的贡献。

我国开展此项工作仅仅是几年的时间，虽然仍处于起步阶段，但是我们已有了一个很好的开局。北京水泥厂有限公司示范线的建成投产，集中说明了这一点。我们要认真总结经验和教训，树立科学发展观，走资源、能源节约型，环境友好型的可持续水泥产业发展道路。按照政府推动、企业主导、公众参与的思路，积极而稳妥地大力推进利用水泥回转窑处置和利用废弃物技术的应用推广，在水泥产业自身发展的同时，一定会为我国节约资源、能源和环境保护事业做出应有的贡献！

第二章 研究内容

在水泥厂利用(销毁) 废弃物已是国内外极受关注的课题，因为一方面出自环境保护的要求，日益增长的废弃物已无处堆放和填埋；另一方面也出自水泥工业自身的需要，通过利用废弃物可以减少自然资源和能源消耗，降低CO 2排放量，也有利于降低生产成本，并增加额外收入。

当今世界对待废弃物首先是尽可能少产生和产生的废弃物能再回到生产线循环利用，其次是尽可能由其它工业以二次原料或二次燃料的形式加以利用，实在无法利用才进行销毁处理如焚烧和填埋。例如，较难利用的生活垃圾经过一系列机械-物理方法处理后绝大部分都可以重新利用，剩下需要填埋的有时仅有约3%的惰性物质。欧盟已经提出，生活垃圾也必须经过预处理后才准许填埋。

目前能够利用废弃物的工业有水泥及混凝土、发电、冶金、玻璃、砖瓦、石灰和建筑业。水泥工业是公认的利用量大、范围宽及效果好的行业，也是首选部门。它不仅能利用废弃物，还能代替焚烧炉销毁一些有毒有害的即所谓危险废弃物，这已有许多先例，也将是21世纪水泥工业发展的方向之一。

国外在这方面已有20余年的应用和研究历史，积累了许多经验，已制定一些法规和条例，可供我们参考，有助于我们节省大量人力、财力和时间，在短时间内取得成效。

2.1 水泥工业利用废弃物的主要途径和问题

水泥工业(包括混凝土业) 利用废弃物主要有以下几个途径:

1) 将废弃物以二次原料或二次燃料的形式在水泥窑上煅烧熟料。

2) 将废弃物以混合材的形式掺到熟料中磨制成水泥。

3) 作为配制混凝土的集料和细粉填充料建造成各种构筑物。

4) 利用水泥回转窑焚烧危险废弃物。

5) 用水泥封固危险废弃物。特别是有放射性的废弃物。

然而水泥工业在利用废弃物方面不是万能的，不是什么废弃物都可以随便利用，这是一个新的科技领域，有许多问题需要清楚回答和解决，例如:

1) 水泥工业排放的污染物主要为粉尘、有害气体和有害微量元素，首先应清楚水泥工业自身即在利用天然原料和燃料时这些污染物的排放量有多少，是否超过有关规定，有多大“潜力”可挖。

2) 各种与环保有关的危险物在各水泥窑中的状态特性和反应机理是什么，以便正确预测这些危险物的去向和数量。

3) 这些危险物对生产工艺、污染排放和产品质量有什么影响，在不影响生产工艺和在污染排放限量及产品质量允许的前提下，水泥窑能承受的最大量是多少。

4) 根据以上分析确定水泥窑能处理哪些废弃物，最高限量多少，采用什么方式利用最合适，如由什么温度区加入最好，是利用废弃物还是销毁处理废弃物。

5) 对废弃物预处理，包括运输、储存方面的要求是什么。

6) 环保监测方法、手段和仪器，水泥及混凝土在环保方面的测试方法和标准及如何评价。

7) 相关废弃物对生产工艺的特殊要求，如窑型、生产方法及产品应用工艺等。

8) 相关的法规、规范、标准等必须遵守的限定。

2.2 欧盟新公布的法规

欧盟对水泥回转窑掺烧可燃性废弃物作了多年研究，于2000年12月28日公布了“2000/76/EC水泥回转窑排放极限规程”，具体如表1所示。

表1 2000/76/EC水泥回转窑排放极限规程

欧盟在研究用燃烧设备处理废弃物时区分为焚烧设备和掺烧设备。焚烧设备包括垃圾焚烧炉和特殊垃圾焚烧炉；掺烧设备是以生产产品为主以废弃物作燃料的设备，如水泥回转窑。针对不同设备制定了不同的排放极限标准，它们对环境保护要求的水平是一致的，只是考虑了各种燃烧工艺的特点而有所区别。2000/76/EC专门用于掺烧废弃物的水泥回转窑的法规几乎包括了所有废弃物，仅有少数例外，如生物废弃物。规定的排放极限值不论废弃物利用量多少和是否为有毒有害废弃物都适用，对有毒有害废弃物仅在生产条件和接收方法上有不同要求。由于水泥熟料煅烧的工艺特性，规程中对SO 2、TOC 、HCl 和HF 的排放作了适当放宽，由原料条件所限造成的排放可以不计在内。

在德国原有的规程如“17.BImSch Ⅴ(联邦污染防护法Ⅴ第17条例)”和“欧盟

94/67/EC规程”中，掺烧危险废弃物时允许分开计算排放物，用加权法得出新的排放极限。在新修订的欧盟规程中仅在某些个别情况下仍允许加权计算，一般都不论废弃物掺烧量多少，统一用一个固定排放极限标准，水泥回转窑即属此范畴。

欧盟新规程对排放物检测方面的规定为:

①粉尘、氧化硫和氧化氮要连续监测。

②氯化氢和氟化氢个别测定，因为水泥回转窑废气中实际上不含这2种物质。 ③有机物的监测也用个别测定。

④微量元素和二/呋喃:新投产第1年每季检测1次，以后每年测2次。若检测值不超过排放极限的50%，可以申请减少检测次数，微量元素每2年检测1次，二/呋喃每年检测1次。

⑤汞的监测欧盟规定用个别测定，德国规定用连续监测，但目前还缺少可靠性足够高的检测仪器。

⑥掺烧危险废弃物和居民区垃圾仍适用“40%规则”，即在水泥厂处理危险废弃物时应限定在燃烧热功率的40%以下。但废油和其它可燃性液体废弃物不计算在热功率之内。这个“40%规则”并没有什么科学技术上的依据，主要是从市场政策上考虑，将废弃物引向焚烧设备。

⑦规程还明确规定允许将居民区废弃物经过预处理后作为二次燃料予以掺烧。 ⑧规程还提出废弃物或者直接加以利用，或者经过预处理后才准堆放和填埋。 关于燃烧条件的规定:

在燃烧条件限定方面主要涉及到燃烧气体的最低温度和停留时间，并与所用废弃物中的卤素含量有关:

①废弃物中的卤素含量低于1%时燃烧室的温度应高于850℃，最低停留时间为2s 。 ②若废弃物中的卤素含量超过1%，最低燃烧温度为1100℃，最低停留时间2s 。 ③在以前的有关燃烧危险废弃物的法规中，如德国的“17.BImSch Ⅴ”和“关于焚烧危险废弃物的2000/76/EC规程”都规定燃烧气体氧含量最低为6%，在欧盟新修订的

2000/76/EC水泥回转窑排放极限规程中没有写入这个限定。水泥回转窑完全能够满足以上规定要求。

在欧盟议会讨论中有些建议未被采纳，他们认为若采纳这些建议，会给水泥回转窑处理废弃物带来很大困难，甚至变得不可能实施。例如，不考虑原料条件限定NH 3的排放极限为10mg/m3(标况) ；粉尘排放极限为10mg/m3(标况) ；NH 3连续监测，二/

呋喃连续取样；完全拒绝生活垃圾，即使经过预处理的可燃部分也不允许掺烧；所有废弃物都遵守40%规则，将掺烧设备的废弃物利用率都限定在40%燃烧热功率的极限内。 以上这些未被欧盟议会采纳的建议也可供我们在制定相关法规时参考。

2.3 德国水泥回转窑利用废弃物的有关规定

2.3.1 二次燃料允许带入的微量元素量

在德国循环经济与废弃物法(KrW-/AbfG)中提出某种废弃物是否应该再利用还是应该清除处理，主要是根据污染排放量、产生的残余物质、对废弃物中所含物质和能量的利用以及产品中有害物质的富集等来确定。单纯根据微量元素含量的多少加以划分是不合适的。 水泥回转窑掺烧废弃物时必须遵守17.BImSch Ⅴ中关于排放极限的规定。表2列出了在此条件下水泥回转窑掺烧二次燃料所允许带入的微量元素量。

2.3.2 掺烧废弃物时的一些规定

德国巴伐利亚州关于水泥回转窑掺烧废弃物的一些规定(有些州也在参照执行): ①废弃物Hg 含量低于0.5mg/kg

Hg 在水泥回转窑中被吸收的程度受生产工艺参数和工况影响极大。假如在良好的工作条件下，Hg 可被熟料吸收的量为50%，每吨废弃物产生的废气量为5000m 3/t，若使Hg 的排放量不超过17.BImSch Ⅴ的限定，则废弃物中的Hg 含量不得超过0.5mg/kg。只有在特定的条件下，能确保在持续生产中有更高的Hg 吸收率，才允许提高废弃物中的Hg 含量，如提高到1mg/kg。

②对被污染的锯末和刨花的限定

被污染的锯末和刨花有些被油浸过，有些沾染上有害物质尤其是有机物或者某些有害物(如多氯联苯(PCB)含量超过100mg/kg)，这些都不能以热能方式在水泥厂利用。但PCB 含量>130mg/kg的废油可在水泥回转窑中利用，不会造成废气排放物超过极限。

另外，通过对水泥回转窑排放气体监测得出，再高的PCB 含量也没有问题，都能得到裂解，但这已不属废弃物利用范畴，而属废弃物销毁处理范畴。

2.3.3 以原料形式利用废弃物的有关规定

在德国水泥厂以原料形式利用废弃物，有作为水泥熟料煅烧的原料和磨制水泥的混合材2种方式。这时主要应遵循的法规有大气保洁技术指南TA Luft 86和循环经济与废弃物法。目前在德国水泥工业利用废弃物方面有个趋势，即不能将废弃物直接取来单独利用，多数都是经第三方将废弃物混合处理后再运到水泥厂。根据KrW-/AbfG的规定，要在废弃物未混合或稀释之前判定废弃物的可利用性。对此并没有统一的规定，而是以天然原料的化学组成(即本底含量) 为基础。巴伐利亚州环保局的条文规定，若废弃物中的单个有害物质含量在混

合前超过天然原料本底含量的10倍以上就不再考虑混合利用。易挥发的重金属如汞、砷、硒、铊不在此列。

对某些含有机物的废弃物如铸造厂废型砂，不允许加到碎石堆场和入原料磨制备，只能直接加到回转窑分解带。对废弃物中的汞含量在个别情况下允许达到1mg/kg，但混合废弃物极限值仍为0.5mg/kg。

2.3.4 德国对水泥窑与环保有关微量元素排放量的限定

德国水泥工业对废气排放的监控，目前在一般情况下是以1986年2月27日公布的“空气保洁技术指南(TA-Luft)”为准，如表3所示。这里将有关元素分3个等级，排放极限是指随废气带走的固态和气态元素量的总和。指南还规定了致癌物质的排放极限。若水泥窑掺烧可燃性废弃物还需同时执行17.BImSch Ⅴ，并按可燃废弃物热功率所占比例以加权法计算综合排放极限值。水泥工业额外关注的污染主要为粉尘、铅、镉、铊和汞。

第三章. 德国的一些研究成果

3.1 微量元素在水泥回转窑系统中的挥发性

德国水泥研究所对与环保有关微量元素在水泥回转窑系统的挥发性作了多年研究。因为德国主要是以带悬浮预热器和炉篦式加热机的回转窑为主，所以也只对这2种窑进行了研究。水泥回转窑特别是带悬浮预热器的回转窑，有强氧化条件，存在CaO 和K 2O 、Na 2O 等碱性氧化物，气体中粉尘浓度很高，这些都对微量元素化合物的特性产生很大影响，如提高挥发温度，降低挥发性。微量元素在水泥回转窑系统的挥发性反映了这些元素在熟料煅烧过程中的特性，也可以说反映了这些元素被熟料吸收的程度。依此将元素划分为4类，如表4所示。

1) 不挥发类元素与熟料中的主要元素钙、硅、铝及铁和镁相似，完全被结合到熟料中。除表中列出的11种元素外还有钼(Mo)、铀(U)、钽(Ta)、铌(Nb)和钨(W)。这类元素90%以上直接进入熟料。

2) 难挥发类元素Pb 和Cd 在水泥熟料煅烧过程中，首先形成硫酸盐和氯化物，铋(Bi)也与此相似。这类化合物在700～900℃温度范围内冷凝，在窑和预热器系统内形成内循环，很少带出窑系统外，即外循环量很少。

3) 易挥发的元素Tl 一般在450～500℃的温度区冷凝，93%～98%都滞留在预热器系统内，其余部分可随窑灰带回窑系统，随废气排放的约占0.01%。

4) 高挥发元素Hg 在预热器系统内不能冷凝和分离出来，主要是随窑废气带走形成外循环和排放。

3.2 水泥回转窑排放的微量元素量

德国水泥研究所于1984～1987年间对许多台悬浮预热器窑微量元素的吸收率与排放量作了监测，所得结果汇总于表5。

表5中排放量最高值是在净气含尘浓度约为100mg/m3(标况) 下测得的，若含尘浓度降至50mg/m3(标况) 以下，则排放量在下限范围上。

到1994年，经过对一些悬浮预热器窑和半干法窑的监测结果得出，若净气含尘浓度不超过大气保洁技术指南规定的50mg/m3(标况) ，则水泥回转窑微量元素以内循环计算，排放率的最高值不超过表6所列的极限。

Hg 及其化合物的挥发性极高，原燃料带入的Hg 一部分会以气态形式排放，一部分会冷凝下来附着在粉尘上，Hg 的排放率主要取决于废气的边缘条件和水泥窑的操作工况，受废气除尘率的影响较小，所以只能根据各台窑的情况单独确定。

3.3 微量元素浸出试验

进入水泥中的微量元素量应区分为总含量和可溶性含量，又称为“有效含量”，与环保有关的是后一部分。只有可溶性含量不超过有关限量规定才能说该水泥或混凝土是符合环保要求的。对此德国水泥研究所作了大量试验，部分结果汇总如下:

1)1988年公布的试验结果

德国水泥研究所以超量加入可溶性盐类方法作水泥中重金属元素溶解性和浸出率模拟试验。

如用水溶性Tl(NO3) 3以2000mg/L的浓度加入水中，在此溶液内加入Ca(OH)2和KOH 制成含Tl 碱性水溶液，另外再以70g/L的剂量加入PZ35F 水泥配制出pH 值11.0～13.5的水泥悬浮液，分别作溶解性试验。

浸出试验是用0～2mm 砂和6%～11%PZ35F水泥以16～17mg/kg的重金属元素含量制成砂浆试体，在20℃和100%湿度下养护至7d 和28d ，试体的渗透性系数K 值约为1×10-9m/s，比混凝土的(1×10-16m/s)大得多，用流水作试验。

此方法中的溶解性为2h 后测试值，浸出率为含11%水泥的试体28d 后测试值，其结果见表7。

从表7可以看出，Pb 、Tl 等在pH 为13的碱性溶液中是完全溶解的，在水泥悬浮液中溶解性呈几百倍的下降，砂浆浸出率就更低了。说明水泥在水化过程中，能以化学结合、物理吸附和通过形成密实结构封固重金属。这不仅适用于水泥中有挥发性和挥发性不大的重

金属，对二次原料中含量较高的水溶性重金属化合物也同样适用，如粉煤灰、垃圾焚烧炉灰和垃圾焚烧炉的除尘器灰，都能用水泥加以封固。

2)1996年公布的试验结果

1996年对Pb 、Cd 、Cr 、Hg 、Tl 和Zn 用同样方法作在水泥悬浮液中的溶解性试验，结果Pb 、Cd 、Zn 的溶解率都低于0.001%，实际上已100%的被水泥吸收；Tl 的溶解率为0.1%；Hg 为5%。只有Cr 几乎100%溶解，但Cr 的溶解性会随水化进程迅速下降，因为形成了含Cr 的钙矾石。另外，水泥中所含可溶性Cr 仅占含Cr 总量的10%～20%。 3)1999年公布的试验结果

该所经多年试验研究提出，混凝土中所含的微量元素是不游离的或游离性很微弱的，主要原因是:

———水泥熟料中绝大部分微量元素是以不溶的形式存在于熟料相中，在水化过程中会以很小的浓度释放出来，随即又被包裹起来。

———包裹在水泥石基体中的机理，主要是进入水化产物相的晶格内，产生化学性结合，或吸附在水化物相上，以及与相应的反应对象反应生成难溶的化合物沉淀下来。

———仅有少量微量元素存留在水泥石孔隙溶液中，有可能通过扩散过程到达混凝土构筑物表面。但又遇到混凝土密实基体的阻碍，所以实际上微量元素好像被封固在混凝土中。若将扩散路程缩短如破碎成碎块则有可能溶出。

研究利用加大剂量作硬化混凝土浸出试验，即用微量元素的可溶性盐，以100mg/L的量加到拌和水中配制混凝土，经28d 养护后测水泥石胶孔溶液中的微量元素含量，溶解在胶孔溶液中的量分别约为Hg0.15%，Cd0.002%，Tl0.18%，Cr0.23%，Pb0.033%，Zn0.009%。由此可以看出，99%以上的微量元素都被固封在水泥石中。将硬化水泥石破碎成0.25～10mm 不同粒度的试样作浸出试验，经24h 浸出后，0.25mm 小颗粒水泥石进入胶孔溶液中的微量元素100%地被浸出了，粒度增大到10mm 则浸出率降至约10%。这个试验用的是可溶性盐，加入量也成倍地扩大了，实际上水泥中的微量元素绝大部分是不溶的，量也没有这么大，所以混凝土中所含的微量元素不会造成环境污染。

4)2000年公布的试验结果

2000年德国Weimar 研究所作了浸出试验，用自然混凝土试体和加配微量元素的试体浸泡200d 测微量元素浸出总量，具体见表8。

从表8可以看出，即使加大配入量的试体，浸出的微量元素也很少。

该研究所还将试验结果引用到饮用水管道上，从理论上计算出达到饮用水标准极限含量时，水在管道内的停留时间。直径100mm 的管道，水的停留时间:Cr约为7个月，Hg 约为1年，Tl 约为10年以上；200mm 的水管最易浸出的Cr 也需2年以上。而一般饮用水在管道内只停留几天，所以这就说明，从重金属溶出的角度看，在最敏感的饮用水应用领域，混凝土也是毫无疑问的可以放心使用。

致谢

本文是在张晓东老师精心指导和大力支持下完成的。张晓东老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于电梯安全方面的知识，专业技能有了很大的提高。

另外，我还要特别感谢我的姐姐对我论文写作的指导，她为我完成这篇论文提供了巨大的帮助。在此我也衷心的感谢她。最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢。

参考文献:

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