水泥窑处理固体废弃物环境影响评价_崔素萍

中国水泥2006.7中国随着国民经济、城乡建设的快速增长，建筑材料特别是水泥工业正以前所未有的速度发展起来。但水泥工业资源能源消耗大、废气排放大，环境负荷重，由水泥大量生产带来的环境问题越来越严重。另一方面，工业化进程不断加快，工业废弃物的排放量不断增加，废物堆放占用大量土地，并且有毒物质不断向周围扩散，对环境和人体健康造成威胁。水泥生产熟料煅烧过程中，水泥窑内温度高、热容量大，同时水泥窑中属碱性环境，更可以有效的把焚烧过程产生的酸性气体固定下来，使水泥窑焚烧废弃物具有明显的优越性，我国已在部分水泥企业中推行了水泥窑焚烧处理废物的方法。本文采用生命周期评价法（LCA）对水泥生产中水泥窑系统不烧废弃物和焚烧废弃物两种情况的环境负荷值分别进行了计算和对比，以期对水泥工业处理废弃物有更加客观的评价和认识。1目标与范围的确定本文的目的是采用LCA方法计算和评价水泥窑处理废弃物的环境负荷，为水泥窑处理废弃物技术的发展提供理论支持。研究的范围说明如下：功能单位定义：本文以1t42.5普通硅酸盐水泥所具有的使用性能作为一个功能单位。初始系统边界：本文分别研究了通常水泥生产（不烧废弃物）、焚烧废弃物两种情况下水泥生产的环境负荷情况。所以本环境评价的范围定界为：从原料进厂、原料预处理、生料粉磨、生料煅烧、熟料粉磨，直至水泥均化、储存为止，即水泥在整个水泥厂的直接生产过程，不包括原料开采、加工、运输过程。本文的研究地理范围为北京地区。2数据调研与编目2.1清单分析本文对目前北京市水泥工业利用废物生产水泥的具体情况进行考察后，调研的具体数据见表1。2.2缺失数据的处理由于CO2排放量一般不做检测，排放量按下列公式计算。CO2生成主要产生于燃料、燃煤等化石能源的燃烧以及水泥生产原料中的石灰石分解。(1)化石能源燃烧的CO2排放量计算参见表1。E=3.67FQka式中：E———CO2的排放量，kg；F———燃料的消耗量，kg；Q———燃料发热量，MJ/kg；k———燃料的碳排放系数；a———燃料的碳氧化率。(2)水泥生产过程中，原料石灰石的化学反应产生大量的CO2，其化学反应见式：CaCO3→CaO+CO2↑水泥窑处理固体废弃物环境影响评价崔素萍，吴红，聂祚仁，王志宏（北京工业大学材料科学与工程学院，北京100022）表1单位功能水泥的生产过程的环境负荷数据项目不烧废弃物焚烧废弃物原料消耗（kg）石灰石1318.51318.5黏土质原料94.594.5铁质校正原料2727高硅原料00石膏5.5%6060混合材200200废弃物010～15能耗煤耗(kg)120120电耗(kWh)101（38.4kg标煤）101大气污染物（kg）NOx1.881.43SO20.0040.003粉尘129.8应用研究RESEARCH&APPLICATION表2中国化石燃料的碳排放系数和碳氧化率燃料原煤原油天然气碳排放系数10-324.7420.0015.30碳氧化率0.900.980.99502006.7CHINACEMENT1kg石灰石的CaO的百分含量按48%计算。最后得CO2排放量的估算公式为：CO2排放量=石灰石消耗量×0.38+E=271kg+501kg=772kg3环境影响评价3.1影响类型的选择根据水泥生产过程及环境负荷的特点，本文将影响分为以下5种类型，分别是不可再生资源消耗、温室效应、环境酸化、光化学烟雾、人体健康损害。对类型的选择作以下说明：一般来说，水泥生产的废弃物中对环境影响最大的是废气，其废气中主要有毒有害成分为粉尘、CO2、SO2、NOx等，但根据北京的具体实际情况，粉尘、固体废弃物排放控制严格，所以不予考虑；水泥生产废水数量很少，并且通常仅含有少量悬浮物和油污，无毒无害，废水污染在此不作考虑。3.2分类根据上述类型的选择及水泥生产中能源、资源、废物排放的具体类型，将环境负荷项目具体分类见表3。由上表可以看到，SO2、NOx同时涉及多项环境负荷，涉及并联和串联下的分配因子的计算。本文对分配因子进行简化处理，根据各自的作用机理，SO2在酸化效应和人体健康损害两种影响类型是并联的关系，按各取其半分配，分配因子均为0.5；而NOX在光化学烟雾和酸化效应两种影响类型间形成串联机制，二者与人体健康损害形成并联，三种类型的分配因子为0.5。3.3特征化本文资源能源消耗采用符合我国本土的特征化因子。根据狄向华计算的我国的耗竭性特征化因子并结合上述分配因子，可以得到水泥生产生命周期中的特征化因子见表4。利用上述方法和表1中的数据，计算得到在生产1功能单位水泥中所带来的环境负荷值见表5。3.4根据基准计算类型参数结果的相对值(归一化)本文的基准值选定全球范围内总排放量见表6。据此，对功能单位水泥生产过程环境负荷的特征描述结果进行标准化处理。归一化处理后结果见表7