水泥窑协同处置固体废物烟气中重金属排放的现状分析

【讯】摘要：水泥制造工艺的特殊优势使其成为了处置固体废物的优良选择。整个处置过程既要保证水泥的质量，又要确保不会造成新的环境污染，所以过程中对相关参数进行严格的监测就显得尤为重要。本文主要对水泥窑协同处置固体废物过程中，烟气中重金属的排放监测现状进行分析，为企业处理相应固体废物种类的选择，关注重点监测参数提供依据。

近年来，随着我国经济的持续发展，生活垃圾、市政污泥、有机废液等废物的产生量逐年增加。而运用水泥制造工艺独特的优势处理相关的固体废物是一种很好的选择，水泥窑碱性及负压的生产条件，可以有效中和治理水泥窑协同处置生活垃圾焚烧产生的酸性废气，负压条件可防止烟气的外溢；同时水泥窑的碱性环境可以将废气中重金属污染物固化在水泥熟料中，实现烟气处理。随着我国的水泥窑协同处置固体废物技术日趋成熟，相关政府机构出台了一系列的政策措施鼓励水泥企业进行协同处置业务，截止2018年10月底，全国共有55家水泥厂已开展协同处置危险废物，核发危险废物经营许可证核准经营量334.82万吨。另有98个项目已通过环评或正在环评阶段，拟申请经营许可证核准经营量870.23万吨。在已开展协同处置危险废物项目中，海螺创业10家，核准经营量95.76万吨；中建材7家，核准经营量59.17万吨；金隅10家，核准经营量40.8万吨；红狮水泥4家，核准经营量40.5万吨[3]。协同处置项目快速发展，相应的环境监管要求也应运而生。目前对于水泥窑协同处置烟气的监测标准主要是HJ 30485—2013《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》，其中规定了协同处置固体废物水泥窑大气污染物最高允许排放浓度，而检测标准主要是HJ 657—2013《空气和废气颗粒物中铅等金属元素的测定 电感耦合等离子体质谱法》。

本文将通过相同的标准方法，对5家不同地区的水泥窑协同处置固体废物的企业进行投加固废前的本底空白测试，以及对1家企业进行投加前与投加后的追踪测试，最终从横向和纵向上总结烟气中重金属的检测结果，寻找规律，为水泥企业进行环境监测提供重点关注参数，从而帮助企业更有效地选择所添加的固体废物，保证处置过程中达到相应的环境要求。

1 材料

检测试验选用5家进行水泥窑协同处置固体废物的水泥厂作为案例，分别对5家进行投加固体废物前的烟气本底空白进行检测，1家进行投加固体废物后的烟气进行检测，采样位置均为窑尾，采样介质为石英滤筒，每次采样样品量为3个，本文将取3个样品平均值作数据分析。

试验仪器为安捷伦电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），型号7900。

2 前处理

取滤筒样品整个，用陶瓷剪刀剪成小块后，加入25.0 mL硝酸-盐酸混合溶液，使滤筒浸没其中，加盖，置于微波消解罐中旋紧，设定消解温度为200 ℃，消解持续时间为15 min，开始消解。消解结束后，取出消解罐，冷却，以超纯水淋洗内壁，加入约10 mL超纯水，静置0.5 h浸提，过滤，定容至50 mL，待测。也可先定容到50 mL，经离心分离后取上清液进行测定。

3 测试

配制标准溶液及内标溶液，同时进行样品和内标的上机检测，监测内标回收率。

3.1 横向试验分析

对5家水泥生产企业窑尾空白本底烟气进行监测，五家企业为水泥厂1~水泥厂5，检测结果见表1，结果的直观分析图见图1。

表1 5家水泥厂投加固体废物前烟气中重金属含量µg/m3

图1 5家水泥厂投加固体废物前烟气中重金属含量

从表1的数据以及图1的直观图可以看出，5家水泥厂所检测协同处置投加固体废物前的烟气本底空白Cd、As、Be、Sn、Sb、Co值都很低，在实际监测中几乎不需要关注；Pb、V、Cu值稍有变动，个别企业这些元素会高，但大部分保持稳定，企业在实际监测中需要一定的关注；而Tl、Cr、Mn、Ni这4个重金属元素含量不同的企业差别较大，需要在实际的监测中重点关注。

3.2 纵向试验分析

对1家水泥生产企业投加固体废物前后窑尾烟气进行监测，监测企业为水泥厂1，检测结果见表2，结果直观分析图见图2。

从表2的数据以及图2的直观图可以看出，水泥厂1在投加固体废物前后Tl、Cd、As、Be浓度几乎无变化，Sb、Pb、Cu、Co、V、Sn投加后浓度比投加前略微增加，Cr、Mn、Ni投加前后浓度变化较大。

表2 水泥厂1投加固体废物前后烟气中重金属含量µg/m3

图2 水泥厂1投加固体废物前后烟气中重金属含量

3.3 结果分析

水泥窑协同处置固体废物所依据的监测要求为GB 30485—2013《水泥工业协同处置固体废物污染控制标准》，具体监测要求见表3，5家水泥厂投加固体废物前的排放浓度值见表4。

表3 协同处置固体废物水泥窑大气污染物最高允许排放浓度mg/m3

从计算结果可以看出，基本上水泥厂协同处置固体废物投加前都能很好地满足监测标准要求，而且远低于允许的最高排放浓度。从水泥窑工艺来说，协同处置对过程中重金属的固化作用效果显著，根据德国水泥工业研究所的成果，大多数重金属在熟料中的吸收率可以达到90%[4]，所以在水泥窑协同处置固体废物项目中，窑尾的烟气监测基本都可以达到环境要求。

表4 5家水泥厂投加固体废物前烟气重金属排放浓度mg/m3

4 结论

从5家水泥厂投加固体废物前烟气的空白本底测试结果得出，在水泥企业生产过程中Tl、Cr、Mn、Ni这4个重金属元素浓度数值差别大，监测时需要重点关注。

从1家水泥厂投加固体废物前后烟气重金属浓度变化得出，Cr、Mn、Ni这3个元素需要重点关注，但由于仅选取1家企业进行了比较，不具代表性，仅做参考。

同时通过对5家水泥厂投加固体废物前窑尾本底烟气检测，得出目