5 水泥窑协同处置技术 5.1 技术名称
技术名称：水泥窑协同处置，英文名称： Co-processing inCementKiln 5.2 技术适用性
5.2.1 适用的介质：污染土壤；
5.2.2 可处理的污染物类型：有机污染物及重金属；
5.2.3 应用限制条件：不宜用于汞、砷、铅等重金属污染较重的土壤；由于水泥生产对 进料中氯、硫等元素的含量有限值要求，在使用该技术时需慎重确定污染土的添加量。 5.3 技术介绍
5.3.1 原理：利用水泥回转窑内的高温、气体长时间停留、热容量大、热稳定性好、碱 性环境、无废渣排放等特点，在生产水泥熟料的同时，焚烧固化处理污染土壤。有机物污染 土壤从窑尾烟气室进入水泥回转窑，窑内气相温度最高可达 1800℃，物料温度约为 1450℃， 在水泥窑的高温条件下，污染土壤中的有机污染物转化为无机化合物，高温气流与高细度、 高浓度、高吸附性、高均匀性分布的碱性物料（CaO、CaCO3 等）充分接触，有效地抑制酸 性物质的排放，使得硫和氯等转化成无机盐类固定下来；重金属污染土壤从生料配料系统进 入水泥窑，使重金属固定在水泥熟料中。
5.3.2系统构成和主要设备：水泥窑协同处置包括污染土壤贮存、预处理、投加、焚烧和 尾气处理等过程。在原有的水泥生产线基础上，需要对投料口进行改造，还需要必要的投料 装置、预处理设施、符合要求的贮存设施和实验室分析能力。
水泥窑协同处置主要由土壤预处理系统、上料系统、水泥回转窑及配套系统、监测系统 组成。
土壤预处理系统在密闭环境内进行，主要包括密闭贮存设施（如充气大棚），筛分设施 （筛分机），尾气处理系统（如活性炭吸附系统等），预处理系统产生的尾气经过尾气处理系 统后达标排放。上料系统主要包括存料斗、板式喂料机、皮带计量秤、提升机，整个上料过 程处于密闭环境中，避免上料过程中污染物和粉尘散发到空气中，造成二次污染。水泥回转 窑及配套系统主要包括预热器、回转式水泥窑、窑尾高温风机、三次风管、回转窑燃烧器、 篦式冷却机、窑头袋收尘器、螺旋输送机、槽式输送机。监测系统主要包括氧气、粉尘、氮 氧化物、二氧化碳、水分、温度在线监测以及水泥窑尾气和水泥熟料的定期监测，保证污染 土壤处理的效果和生产安全。
5.3.3 关键技术参数或指标 影响水泥窑协同处置效果的关键技术参数包括：水泥回转窑系统配置、污染土壤中碱性 物质含量、重金属污染物的初始浓度、氯元素和氟元素含量、硫元素含量、污染土壤添加量。
（1）水泥回转窑系统配置：采用配备完善的烟气处理系统和烟气在线监测设备的新型 干法回转窑，单线设计熟料生产规模不宜小于 2000 吨/天。
（2）污染土壤中碱性物质含量：污染土壤提供了硅质原料，但由于污染土壤中 K2O、 Na2O 含量高，会使水泥生产过程中中间产品及最终产品的碱当量高，影响水泥品质，因此， 在开始水泥窑协同处置前，应根据污染土壤中的 K2O、Na2O 含量确定污染土壤的添加量。
（3）重金属污染物初始浓度：入窑配料中重金属污染物的浓度应满足《水泥窑协同处 置固体废物环境保护技术规范》（HJ622）的要求。
（4）污染土壤中的氯元素和氟元素含量：应根据水泥回转窑工艺特点，控制随物料入 窑的氯和氟投加量，以保证水泥回转窑的正常生产和产品质量符合国家标准，入窑物料中氟 元素含量不应大于 0.5%，氯元素含量不应大于 0.04%。
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（5）污染土壤中硫元素含量：水泥窑协同处置过程中，应控制污染土壤中的硫元素含 量，配料后的物料中硫化物硫与有机硫总含量不应大于 0.014%。从窑头、窑尾高温区投加 的全硫与配料系统投加的硫酸盐硫总投加量不应大于 3000mg/kg。
（6）污染土壤添加量：应根据污染土壤中的碱性物质含量、重金属含量、氯、氟、硫 元素含量及污染土壤的含水率，综合确定污染土壤的投加量。 5.4 技术应用基础和前期准备 在利用水泥窑协同处置污染土壤前，应对污染土壤及土壤中污
染物质进行分析，以确定
污染土壤的投加点及投加量。污染土壤分析指标包括污染土壤的含水率、烧失量、成分等， 污染物质分析指标包括：污染物质成分、氯、氟、硫浓度，重金属、氯、氟、硫元素含量等。 5.5 主要实施过程
（1）将挖掘后的污染土壤在密闭环境下进行预处理（去除掉砖头、水泥块等影响工业 窑炉工况的大颗粒物质）；（2）对污染土壤进行检测，确定污染土壤的成分及污染物含量， 计算污染土壤的添加量；（3）污染土壤用专门的运输车转运到喂料斗，为避免卸料时扬尘造 成的二次污染，卸料区密封；（4）计量后的污染土壤经提升机由管道进入喂料点，送入窑尾 烟室高温段处置；（5）定期监测水泥回转窑烟气排放口污染物浓度及水泥熟料中污染物含量。 5.6 运行维护和监测
因水泥窑协同处置是在水泥生产过程中进行的，协同处置不能影响水泥厂正常生产、不 能影响水泥产品质量、不能对生产设备造成损坏，因此水泥窑协同处置污染土壤过程中，除 了需按照新型干法回转窑的正常运行维护要求进行运行维护外，为了掌握污染土壤的处置效 果及对水泥品质的影响，还需定期对水泥回转窑排放的尾气和水泥熟料中特征污染物进行监 测，并根据监测结果采取应对措施。
5.7 修复周期及参考成本 水泥窑协同处置技术的处理周期与水泥生产线的生产能力及污染
土壤投加量相关，而污
染土壤投加量又与土壤中污染物特性、污染程度、土壤特性等有关，一般通过计算确定污染 土壤的添加量和处理周期，添加量一般低于水泥熟料量的 4%。 水泥窑协同处置污染土壤在国内的工程应用成本为 800-1000 元/m3。 5.8 国外应用情况 水泥窑是发达国家焚烧处理工业危险废物的重要设施，已得到了广泛应用，
即使难降解
的有机废物（包括 POPs）在水泥窑内的焚毁去除率率也可达到 99.99%到 99.9999%。从技 术上水泥窑协同处置完全可以用于污染土壤的处理，但由于国外其它污染土壤修复技术发展 较成熟，综合社会、环境、经济等多方面考虑，在国外水泥窑协同处置技术在污染土壤处理 方面应用相对较少。下表列出的是国外水泥窑协同处置技术在污染土壤修复方面的应用情 况。
表 5-1 国外应用情况
序号 1 2
3 4 5
场地名称
美国德克萨 斯州拉雷多 市某土壤修 复工程 （U.S.-Mexico Environmental Program） 澳大利亚酸化土壤修复
美国 Dredging Operations and Environmental Research Program
德国海德尔堡某场地修复 斯里兰卡锡兰电力局土壤修复工程
PAHs
目标污染物
多种有机污染物及重金属等 PAHs、PCBs PCDDs/PCDFs PCBs
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5.9 国内应用分析
5.9.1国内应用情况 水泥窑协同处置常用于处置各种固体废物（如毒鼠强等剧毒农药）、不合格产品（如含
三聚氰胺奶粉、伪劣日化产品等）以及事故污染土壤等。水泥窑协同处置技术受污染土壤性 质及污染物性质影响较少，而且我国是水泥生产和消费大国，水泥厂数量多，分布广，因此， 目前在国内水泥窑协同处置越来越多应用于污染土壤的处理，特别是重度污染土壤的处理。 我国水泥窑协同处置污染土壤的应用始于2005年，某地修建地铁时，发现含六六六、滴 滴涕农药类污染土壤1.6万m3，首次采用水泥窑协同处置污染土壤。2007年，该技术应用于 某染料厂污染场地重金属及染料污染土壤的处置，处置规模达2.5万m3。2011年，该技术应 用于某地某焦化厂污染场地多环芳烃污染土壤的处理，处理规模达到6万m3。截止2013年年 底，某地已处置约40万m3含六六六、滴滴涕、多环芳烃、总石油烃、重金属等污染物的污 染土壤。除此以外，某些地区还开展了水泥窑协同处置POPs 污染土壤的实践。
5.9.2 国内案例介绍
（1）工程背景：某地铁线路规划途经某地原化工区，建设过程中开展的场地调查与风 险评估发现，存在多环芳烃污染土壤。为满足项目施工进度的要求，污染土壤采用异位处理 至修复目标：萘 50mg/kg，苯并(a)蒽 0.5mg/kg，苯并(b)&(k)荧蒽 0.5 mg/kg，苯并(a)芘 0.2mg/kg， 茚并(1,2,3-cd)芘 0.41mg/kg，二苯并(a,h) 蒽 0.22mg/kg。
（2）工程规模：61665m3
（3）主要污染物及污染程度：土壤中的污染物为多环芳烃。16 种常见的多环芳烃沸点 大多在 200-500℃之间，属于半挥发性有机物，均较难被生物降解。调查发现，萘最大检出 浓度为 4100 mg/kg，苯并(a)蒽 138 mg/kg，苯并(b)&(k)荧蒽 393mg/kg，苯并(a)芘 72mg/kg， 茚并(1,2,3-cd)芘 144mg/kg，二苯并(a,h) 蒽 45.7mg/kg。
（4）技术选择依据：考虑到污染物多环芳烃半挥发性、难被生物降解特性、以及污染 物浓度较高特点，同时考虑到污染场地再开发建设项目急迫，对场地污染修复时间短的需求， 最终选定水泥窑协同处置技术。
（5）工艺流程和关键设备：工艺流程如图 5-1 所示。
图 5-1 工艺流程图 具体为：1）污染土壤进场后暂存的过程中防止对环境的污染；2）在密闭设施内对土 壤进行筛分预处理，密闭设施配备尾气净化设备，保证筛分过程中产生的废气能达到排放 标准；3）筛分后的土壤运至污染土卸料点，卸料点由密闭输送装置连接至窑尾烟室，卸 料区设置防尘帘等密闭措施；4）污染土经板式喂料机进入皮带秤计量，计量后的土壤经 提升机提升后由密闭输送装置进入喂料点，送入窑尾烟室高温段焚烧；5）污染土壤中的 有机物经过水泥窑高温煅烧彻底分解，实现污染土壤的无害化处置，土壤则直接转化为水 泥熟料，尾气达标排放，整个过程无废渣排出。
（6）主要工艺及设备参数： 根据污染土壤中污染物的性质以及土壤元素组成，本项目污染土壤按照 4%的添加量 进行添加，每天处理污染土壤约 300 吨，全部处理完 61665m3污染土壤用时约 400 天。 水
泥窑协同处置的设备主要由上料系统、水泥回转窑及配套系统组成。上料系统主要
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由存料斗、板式喂料机、皮带计量秤、提升机等组成、水泥回转窑及配套系统主要由五级 旋风预热器带预热炉型、新型回转式水泥窑、窑尾高温风机、三次风管、回转窑燃烧器、 篦式冷却机、窑头袋收尘器、螺旋输送机、槽式输送机等组成。
（8）成本分析：
该项目包含设备改造、水泥产量损失、运行管理费用的处理成本约 800 元/m3，其运行 过程中的主要能耗为额外增加的燃料和电消耗。
（9）修复效果：
依据设计方案，该项目处理污染土壤 61665m3，在水泥熟料中多环芳烃污染物等目标 污染物均未检出，达到修复目标并通过管理部门验收。
（案例提供单位：北京金隅红树林环保技术有限责任公司）
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6 原位固化/稳定化技术 6.1 技术名称
技术名称：原位固化/稳定化，英文名称：In-situ Solidification/Stabilization 6.2 技术适用性
6.2.1 适用的介质：污染土壤。
6.2.2 可处理的污染物类型：金属类，石棉，放射性物质，腐蚀性无机物，氰化物以及 砷化合物等无机物；农药/除草剂，石油或多环芳烃类，多氯联苯类以及二噁英等有机化合 物。
6.2.3 应用限制条件：该技术不宜用于挥发性有机化合物，不适用于以污染物总量为验 收目标的项目。 6.3 技术介绍
6.3.1 原理：通过一定的机械力在原位向污染介质中添加固化剂/稳定化剂，在充分混合 的基础上，使其与污染介质、污染物发生物理、化学作用，将污染介质固封在结构完整的具 有低渗透系数固态材料中，或将污染物转化成化学性质不活泼形态，降低污染物在环境中迁 移和扩散。
6.3.2 系统构成和主要设备：主要由挖掘、翻耕或螺旋钻等机械深翻松动装置系统、试 剂调配及输料系统、气体收集系统、工程现场取样监测系统以及长期稳定性监测系统组成。
主要设备包括机械深翻搅动装置系统（如挖掘机、翻耕机、螺旋中空钻等）、试剂调配 及输料系统（输料管路、试剂储存罐、流量计、混配装置、水泵、压力表等）、气体收集系 统（气体收集罩、气体回收处理装置）、工程现场取样监测系统（驱动器、取样钻头、固定 装置）、长期稳定性监测系统（气体监测探头、水分、温度、地下水在线监测系统等）。
6.3.3 关键技术参数或指标 主要包括：污染介质组成及其浓度特征、污染物组成、污染物位置分布、固化剂/稳定
化剂组成与用量、场地地质特征、无侧限抗压强度、渗透系数以及污染物浸出特性。
（1）污染介质组成及其浓度特征：污染介质中可溶性盐类会延长固化剂的凝固时间并 大大降低其物理强度，水分含量决定添加剂中水的添加比例，有机污染物会影响固化体中晶 体结构的形成，往往需要添加有机改性黏结剂来屏蔽相关影响，修复后固体的水力渗透系数 会影响到地下水的侵蚀效果。
（2）污染物组成：对无机污染物，添加固化剂/稳定化剂即可实现非常好的固化/稳定 化效果；对无机物和有机物共存时，尤其是存在挥发性有机物（如多环芳烃类），则需添加 除固化剂以外的添加剂以稳定有机污染物。
（3）污染物位置分布：污染物仅分布在浅层污染介质当中时，通常采用改造的旋耕机 或挖掘铲装置实现土壤与固化剂混合；当污染物分布在较深层污染介质当中时，通常需要采 用螺旋钻等深翻搅动装置来实现试剂的添加与均匀混合；
（4）固化剂组成与用量：有机物不会与水泥类物质发生水合作用，对于含有机污染物 的污染介质通常需要投加添加剂以固定污染物。石灰和硅酸盐水泥一定程度上还会增加有机 物质的浸出。同时，固化剂添加比例决定了修复后系统的长期稳定性特征。
（5）场地地质特征：水文地质条件、地下水水流速率、场地上是否有其他构筑物、场 地附近是否有地表水存在，这些都会增加施工难度并会对修复后系统的长期稳定性产生较大 影响。
（6）无侧限抗压强度：修复后固体材料的抗压强度一般应大于 50Pa/ft2 帕/平方英尺， （约合 538.20Pa/m2），材料的抗压强度至少要和周围土壤的抗压强度一致。
（7）渗透系数：衡量固化/稳定化修复后材料的关键因素。渗透系数小于周围土壤时， 才不会造成固化体侵蚀和污染物浸出。固化/ 稳定化后固化体的渗透系数一般应小于
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