我国建筑陶瓷工业污染现状与治理技术

吴宜锴，刘志鹏，刘明华

（1.福州大学环境与资源学院，福州 350108；2.福建省生物质资源化技术开发基地，福州 350108）

改革开放以来，我国建筑陶瓷工业飞速发展，据有关资料报道，1995～2000年我国建筑陶瓷产量基本在15亿～18亿平方米之间。但从2001年开始，产量迅猛增长：2001年超过21亿平方米，2003年达到32.5亿平方米，2005年达到41亿平方米，2007年超过50亿平方米，2009年达到66亿平方米，2010年更是接近80亿平方米，其产量稳居世界首位。目前，我国建筑卫生陶瓷企业已达3800家以上，其中建筑陶瓷企业有2860家左右，分布在除西藏以外的各省、自治区、直辖市。陶瓷企业的区域化集中程度非常高，仅广东、福建、四川、山东、浙江5个省份的企业数量就占全国的63%以上，生产能力约占全国总生产能力的91%，产值约占全国总产值的92%以上。但是，这些发展也付出了巨大代价，因为陶瓷行业是一个高能耗高污染行业，对迅速发展起来的陶瓷产区及周边地区的环境造成了很大的污染[1]。我国建筑陶瓷工业所带来的环境污染，主要包括废气污染、固体废物污染、废水及噪声污染，尤其是废气和废水污染，其危害大、影响范围广，是我国建陶行业可持续发展亟待解决的一个严重问题。

1 我国建筑陶瓷工业污染的种类

1.1 废气

目前，我国陶瓷工业整体的发展水平仍然较低，大部分建筑陶瓷生产企业规模小、技术力量薄弱、环保措施不到位，清洁生产远未实现，故在建陶厂及其周边，废气的主要污染是粉尘和燃料烟气。陶瓷工业废气污染源具有排放点多、分布广、有固定排放源和无固定排放源共存的特点。有固定排放源废气主要来自喷雾干燥塔、干燥线和辊道窑等设备；无固定排放源产尘点分散，主要来自原料堆场和生产车间各工段，包括原料装卸、配料、干燥粉料出料、转运、输送等过程。

1.2 固体废物

陶瓷生产各个工序都可能产生固体废弃物，陶瓷工厂的固体废弃物根据产生工段的不同，可分为生坯废料、施釉废品、素烧废品、烧成废品及彩烤废品等；按照固体废物种类的不同，包括来自成型、干燥过程中产生的半成品废品、釉烧后的废品以及废水处理污泥、废旧耐火材料、燃煤炉渣等。

1.3 废水及噪声污染

建筑陶瓷企业所产生的废水主要来自原料球磨、注浆成型、静压成型、塑性成型、制釉、模型制作和匣钵制备工序的设备和地面冲洗废水，以及喷雾干燥、瓷砖抛光线、冷却冲洗废水以及煤气发生炉产生的含酚废水等。上述废水中不仅含有大量固体粉尘、悬浮物，而且还夹带着一定的重金属及有毒化合物，废水若不能得到有效治理和回用，外排废水将对周边地表水体甚至地下水体造成污染。

此外，噪声也是陶瓷企业所产生的污染之一，高噪声设备主要包括大型球磨机、喷雾干燥塔、煤气发生炉、各类风机及泵、冷却塔等。

2 我国建筑陶瓷工业污染的治理现状及存在的问题

2.1 废气防治措施

建筑陶瓷生产过程中产生的废气主要为喷雾干燥塔废气和窑炉烧制废气，其主要污染因子为SO2、NOx、烟（粉）尘。目前，对于建筑陶瓷企业来说，脱氮还是一件难事，而脱硫除尘则主要通过采用清洁能源进行控制，如采用含硫量低的油、天然气、电等，或者对煤直接进行脱硫，还可改用水煤浆或采用煤制气脱硫后作燃料以达到除尘脱硫的作用[2]。

2.1.1 喷雾干燥塔废气的防治措施

目前我国陶瓷工业喷雾干燥塔废气治理主要有“旋风+脉冲袋式”除尘和“旋风+湿式水喷淋”除尘两种方式，其优缺点见表1。“旋风+脉冲袋式”除尘原理见图1，“旋风+湿式水喷淋”除尘原理见图2。

表1 目前喷雾干燥塔两种除尘方式优缺点比较

图1 喷雾干燥塔旋风+脉冲袋式除尘原理图

图2 喷雾干燥塔旋风+湿式水喷淋除尘原理图

2.1.2 辊道窑废气的防治措施

我国常用的辊道窑燃料形式有两种：自制煤气发生炉水煤气和天然气。天然气为清洁能源，燃烧后产物主要为CO2和水蒸气；对自制水煤气，需要进行预脱硫后方可排送至窑炉燃烧。

目前，我国陶瓷企业煤气发生炉煤气采用干法脱硫，以活性氧化铁为脱硫剂，煤气经脱硫塔底部进入脱硫装置，通过脱硫层时，硫化氢与活性氧化铁充分接触，生成硫化铁和硫化亚铁，与空气中的氧接触，在水分存在的条件下，铁的硫化物又转化为氧化铁和单质硫，同时进行脱硫和再生的过程，脱硫后的煤气通过管道输送至炉窑中燃烧。

脱硫和氧化铁再生机理如下：

吸附脱硫反应：

再生反应：

当煤气中的O2含量达到脱硫与再生相匹配时，可实现同时脱硫和再生，直到氧化铁大部分表面被单质硫和其它杂质覆盖[2]。

氧化铁的形式有多种，主要包括：α-Fe2O3、β-Fe2O3、γ-Fe2O3，其中，β-Fe2O3不具有脱硫活性，α-Fe2O3对H2S的吸附能力仅为γ-Fe2O3的1/2。因此，氧化铁中活性氧化铁的含量有限，当达到一定硫容时，活性氧化铁基本反应完毕，剩余氧化铁不具备吸收H2S的能力，因此必须更换脱硫剂[3]。

此法主要缺点为氧化铁活性脱硫剂再生后，化学活性恢复差，再生费用高，通常不做再生回用处理；同时，要达到一定的脱硫率，在脱硫剂尚未达到饱和硫容时即被更换，因此必须做好脱硫设施进出口气体中H2S的监控。

2.1.3 粉尘污染的防治措施

粉尘污染包括原辅材料的堆场扬尘、原料装卸、运输过程中飘散到空气中的细料粉尘、车辆卷起的路面灰尘、喷雾干燥塔卸料逸出的超细粉尘颗粒、输送带输送原料过程中分散到空气中的飘尘以及压砖机粉尘、施釉线粉尘等。粉尘污染防治措施见表2。

表2 粉尘污染的防治措施

虽然企业在主要产尘环节设置了防尘措施，但部分产尘点仍存在粉尘排放，例如：露天原料堆场的风起扬尘、球磨工段配料加料过程的粉尘、粉料输送带未密闭、压砖成型工段等。

2.2 固体废物防治措施

目前我国建筑陶瓷企业固体废物处置措施如下：

（1）废砖坯收集后直接回用到球磨配料，重新制砖；

（2）废旧耐火材料主要成分为氧化铝，统一收集后外售给可回收利用厂家；

（3）污水处理产生污泥可掺入到球磨配料，作为制砖原料使用；

（4）燃煤炉渣收集后，出售给附近建材厂综合利用；

（5）废瓷砖收集后，仅有少部分企业外协破碎加工后再返回球磨作为矿料配料；相当部分企业外运堆置。

废瓷砖若随意丢弃，影响附近村庄居民生活环境；同时，由于废瓷砖很难降解，大量堆置将造成土地资源永久占用。

2.3 废水及噪声防治措施

2.3.1 清洗废水

陶瓷生产过程的主要废水为清洗废水，主要包括釉料色料球磨机冲洗水、配色浆池冲洗水、喷雾干燥塔冲洗水、施釉线冲洗水等。

清洗废水“混凝+沉淀”处理技术，处理效果较好，技术成熟，是国内及欧盟陶瓷企业普遍采用的废水处理技术，吨水处理费用一般在1元以内。从处理效果、投资成本和运行费用均最佳的角度出发，推荐陶瓷企业采用的废水处理技术是絮凝、沉淀处理后水回用工艺。对陶瓷企业来说，该技术成熟、效果好、投资低，但要加强管理，处理设施运行也较简单、易操作。

2.3.2 煤气发生站含酚废水

在煤制气过程，会产生含酚废水。目前，我国建筑陶瓷企业含酚废水处理方式主要有放回深色矿料球磨、喷入喷雾干燥塔雾化燃烧、煤气发生炉蒸气化+排放、煤气发生炉蒸气化+燃烧等4种，其优缺点比较见表3。

2.3.3 噪声防治措施

噪声控制从控制声源、阻拦噪声传播和加强个人防护这三方面考虑，并将三者有机地统一起来。陶瓷生产线对噪声的控制首先从声源上着手，尽可能地选用低噪声设备；对产生机械噪声的设备，如搅拌机、球磨机等，在设备与基础之间安装减震装置，可消声5～15 dB(A)；对产生气流噪声的设备，如空压机、风机对空排气口等安装消音器，一般消声20dB(A)左右。其次，在噪声传播途径上采取措施加以控制，如将高噪声车间做成封闭式围护结构，使噪声下降15～25dB(A)，同时采用车间外绿化，利用树木的屏蔽作用使噪声得到不同程度的隔绝和吸收。另外，在厂区布置中，将各种高噪声车间布置在生产厂区的中部，远离厂前区和周围居民区，在噪声易超标厂界设置隔音屏障，以减轻噪声对附近居民的干扰[4]。

表3 我国建筑陶瓷企业酚水处理方式对比

3 治理措施建议

3.1 废气治理措施建议

3.1.1 喷雾干燥塔废气治理措施建议

针对喷雾干燥塔废气的治理，建议：

（1）针对喷雾干燥塔，可改进燃烧系统，尝试采用清洁能源代替燃煤。

（2）对于水喷淋除尘，可采用碱液代替水，提高脱硫效率。

（3）对于脉冲袋式除尘，可采用煤粉掺烧石灰石的方法，脱除部分SO2。

3.1.2 煤气发生炉煤气脱硫建议

（1）鉴于个别企业的辊道窑已经成功使用天然气作为燃料，建议在区域天然气供应充足的条件下，可优先采用清洁能源，淘汰煤气发生炉。

（2）对水煤气的脱硫，由于干法脱硫剂的化学活性恢复差，再生费用高，脱硫率不稳定，因此必须做好脱硫设施进出口气体中H2S的监控。

（3）可借鉴化肥厂等湿法脱硫的成功经验，采用湿法脱硫代替干法脱硫。

3.1.3 粉尘污染治理措施建议

用工程技术措施消除或降低粉尘危害，是粉尘治理的最根本措施。目前在我国建筑陶瓷的生产过程中，切实可行的粉尘污染防治措施有：

（1）改革工艺过程，改进生产设备

改革工艺流程和改进生产设备，是粉尘污染防治的核心。例如尽可能采取机械化、自动化、连续化生产；汽车装卸粉料时，配备吸尘、喷淋等防尘设施；用铲车向衡重器的加料时应在落料处设防尘反射板及喷水抑尘装置；在球磨机加料口设置喷雾装置；喷雾干燥塔及料仓下料口设置收尘装置；粉料的带式输送采用密闭廊道等。

（2）加强厂区建设，合理绿化

合理建设厂房，采用通风除尘系统使工作地点的粉尘浓度达到国家卫生标准，这是工厂防尘工作的又一重要措施。在厂区内合理建设绿化带除尘，如种植密集生长的吸灰乔木与灌木等。

（3）个人防护和卫生

所有可能接触到粉尘的作业人员，都必须佩戴防尘口罩；接触粉尘的人员在离开粉尘区域时要彻底洗手；工作服、工作帽应放在工作区，不要带到生活区；接触粉尘的人员，用人单位应该按国家规定在工人上岗前、在岗期间以及离岗前安排健康体检，了解工人的身体状况，确保工人免遭粉尘的伤害。

3.2 固体废物治理措施建议

在广东佛山、福建晋江等建筑陶瓷的集中产区，已经建立了陶瓷固体废物专门处理厂，不仅有效解决了当地陶瓷企业固体废物处置难题，且给企业带来了良好的经济效益。目前建陶业固体废物综合利用措施为通过破碎加工成一定规格粒径的废瓷粉进行再利用，主要有：

（1）返回陶瓷自身生产，按照一定比例掺入配料中循环使用；

（2）用于生产轻质建筑材料如广场砖、劈开砖；

（3）作为水泥混合料或固体混凝土材料（SWC）配料使用。

陶瓷行业固体废物破碎后的粉料，其主要成分、性质与陶瓷原料的部分矿料相当，可替代部分矿料，通过优化投料配比工艺，按照一定比例掺入原料中回用，逐渐得到广泛应用[5、6]。在建陶业集中产区投资建设废瓷砖专门加工处理厂势在必行。对建陶企业相对集中区域，单个陶瓷厂配备专门的固体废物设备不仅投资大且不能实现集中处理，统一管理。为了避免单个企业配备破碎设备而成的重复投资，建议政府相关部门牵头，协调陶瓷集中产区的陶瓷企业，共同建设一个固体废物专门加工处理厂，以解决区域固体废物出路问题。

4 结语

近年来，我国建筑陶瓷工业飞速发展，给社会带来了巨大的经济效益，但陶瓷企业既是高能耗行业，又是高污染行业，推行清洁生产、进行污染治理势在必行[7]；一方面能改善企业工作环境和周边环境，有利于建筑陶瓷企业技术进步，产品质量升级，增强市场竞争能力，应对发达国家绿色贸易壁垒；另一方面，对建筑陶瓷企业环境污染的治理可以实现废物减量化和效益最大化，给企业带来经济效益的同时减轻乃至消除对人类健康和环境的危害，为保护生态环境做出积极的贡献。只有这样，建筑陶瓷工业才能由大变强，真正实现持续稳定的发展。

[1] 张娜.我国建筑陶瓷工业环境污染与治理[J].陶瓷，2006，（7）: 9-11.

[2] 李海明. 陶瓷业发生炉煤气脱硫探讨[J].化工设计，2009，19（1）:9-11.

[3] 呼德龙，马凤美.关于氧化铁脱硫剂活性问题的探讨[J].煤气与热力，2000，20（2）: 126-127.

[4] 王才梅，程浩，张伟伟. 建筑陶瓷工业污染防治措施[J]. 河南建材， 2010，4: 78-80.

[5] 付鹏，刘卫东.工业固体废弃物在陶瓷工业中的应用[J].佛山陶瓷，2006，（120）: 14-15.

[6] 董峰，郝洪顺，崔文亮，等. 陶瓷工业固体废弃物的回收再利用[J].硅酸盐通报，2006，25（3）: 125-126.

[7] 熊颖群，李钢.陶瓷行业的粉尘治理[J].山东陶瓷，2010，33（3）: 25-27.