随着经济的发展、城市规模的不断扩大、人民生活水平的不断提高，工业固体废弃物、生活垃圾、污水处理厂污泥等城市固体废弃物产生量持续增加，废弃物处置设施建设相对滞后。

 

　　另一方面，“十二五”及今后较长的一段发展时期，人们对环境要求越来越高，废弃物产生与消纳矛盾进一步突出，而目前以填埋、焚烧、堆肥等为主的生活垃圾处理方式，因存在占地面积大、二次污染风险高、民众接受度差等不足，设施能力建设远远不能满足生活垃圾处置需求。

 

　　同时，当前水泥产能严重过剩，水泥企业急需转型，国家发展改革委、建设部、工信部等各大部委先后出台政策鼓励以水泥窑用于生活垃圾处置。

 

　　1 国内外水泥窑协同处置生活垃圾现状

 

　　1.1 国外生活垃圾水泥窑协同处置现状

 

　　将生活垃圾等城市废弃物制成RDF用作水泥生产替代燃料是国际上公认的生活垃圾最佳处理方式。根据对国外相关水泥企业的调研，德国自 20 世纪 70 年代开始，在水泥工业中使用垃圾作为替代燃料，替代率达到 60%以上；美国 1994 年共有 37 家水泥厂或轻骨料厂用危险废弃物作为替代燃料烧制水泥，处理了近 300 万ｔ危险废弃物，占美国危险废弃物总量的 60％。

 

　　法国、挪威、瑞士、加拿大等发达国家也充分利用水泥窑焚烧废弃物，并不断提高工艺技术和替代燃料和原料的比率。2005－2009 年，世界水泥工业又销纳焚烧了近 9 000 万t废料，2009 年，各国水泥工业可燃废料对煤的替代率分别是挪威 98%、荷兰 81%、德国 60%、比利时 50%、捷克 45%、法国 34%  。

 

　　1.2 国内生活垃圾水泥窑协同处置现状

 

　　受发展阶段及利益分割影响，国内生活垃圾水泥窑协同处置尚处在起步阶段，比较有代表性项目的有华新水泥武穴项目，日处理生活垃圾 200 t；中材集团江苏溧阳项目，日处理生活垃圾 500 t；海螺水泥安徽铜陵项目，日处理生活垃圾 300 t。另外，金隅集团利用水泥窑协同处置污泥、危险废弃物等项目经过多年的运营工艺路线已趋于成熟，技术走在全国前列。

 

　　1.3 生活垃圾水泥窑协同处置的优势

 

　　生活垃圾水泥窑协同处置有几大优势，一是水泥回转窑内的物料温度在 1 450～1 500℃，气体温度高达 1 700～1 800 ℃，气体在高于 950 ℃以上的区域停留时间在 8 s以上处理温度高，燃烧过程充分，垃圾中有毒有害成分能被彻底分解，一般焚毁去除率可达 99.99％；二是系统内碱性固相氛围完全有效地抑制了酸性物质的排放，使得二氧化硫和氯离子等化学成分合成盐类固定下来，降低了焚烧过程中产生二噁英的机率；三是在利用水泥工业处理生活垃圾过程中，没有一般焚烧炉焚烧产生的炉渣问题。且整个系统是在负压下操作进行，烟气和粉尘几乎无外漏问题；四是可以将垃圾中的绝大部分重金属离子固化在熟料矿物中，避免其再渗透和扩散造成污染  ；五是投资少、占用土地面积小，有良好的经济效益。

 

　　2 我国生活垃圾的特点

 

　　城市生活垃圾的组成随地理位置、经济发展状况和季节的不同呈现一定的差异，垃圾成分非常复杂，一般可分为轻质可燃物、厨余物、无机物 3 类，其中轻质可燃物是指纸张、树叶、塑料、织物、竹木等质量较轻、热值较高的有机物；厨余物是指果、皮、剩菜、骨头等厨房垃圾，含水量大；无机物包括金属、玻璃、灰渣等，一般不可燃烧。

 

　　根据水泥厂接纳需求，大致可分为有机物、无机物和可回收废物 3 类，我国部分城市垃圾成分见表 1  。

 

　

 

　　从表 1 可以看出，生活垃圾水泥窑协同处置，在水泥窑能力足够的情况下，几乎可以达到生活垃圾全部资源化利用的效果。

 

　　3 生活垃圾水泥窑协同处置的技术分析

 

　　3.1 生活垃圾预处理技术

 

　　垃圾成分和焚烧入窑方式不同，生活垃圾预处理主要包括破碎、分选、除水、制作替代燃料（RDF）4 大部分，根据 RDF 入窑方式不同，工艺可作适当调整。由于水泥窑对水分及氯离子要求的特殊性，生活垃圾预处理中必须考虑水分因素和氯离子含量问题。

 

　　其中氯离子含量在分选过程中可以将大部分 PVC 材料等含有氯元素的组分分离，后期脱水过程中可以随着水分的脱除带出一部分氯离子。入窑垃圾水分含量一般认为控制在 25%以下较为合适，主要通过好氧堆肥、厌氧堆肥等堆肥方式脱除。

 

　　3.2 生活垃圾入窑技术

 

　　当前，国内外主流的生活垃圾水泥窑协同处置入窑技术包括 RDF 直接进入分解炉及窑头、RDF 经过预燃装置燃烧后入分解炉、RDF 经热解炉分解后气体进入分解炉等方式。

 

　　生活垃圾筛下物主要为无机物，成分与水泥生产生料成分相近，可以部分用作替代原料，掺加量与水泥窑的设计能力、无机物成分及水分等有较大关系。

 

　　3.2.1 RDF 直接进入分解炉及窑头工艺

 

　　这是在欧洲国家水泥厂普遍采用的方式。直接进入分解炉的方式对替代性燃料的品质和在分解炉内停留时间要求较高，替代性燃料必须保证在分解炉内燃尽，否则会对后续的水泥工艺产生不良影响。直接进入窑头燃烧器的替代性燃料的热值和外形尺寸的要求更高：

 

　　根据《水泥窑协同处置工业废物设计规范》（GB 50634－2010），入窑实物基废物的热值应大于 11 MJ/kg，入窑灰分含量应小于 50%，入窑水分含量应小于 20%，固体替代性燃料采用气力输送入水泥窑的，其喷射风速应大于 25 m/s，颗粒状废物的粒度应控制在 5 mm以下，碎片状废物粒度应控制在 25 mm 以下。

 

　　3.2.2 RDF 经预燃装置燃烧后进入分解炉工艺

 

　　预燃装置有热解炉、回转预燃窑、热盘炉等，根据炉渣入窑方式的不同分为在线式和离线式。预燃的方式也可以大量处置品质较低的替代性燃料，燃烧后的热量直接进入分解炉。离线式预燃装置对水泥质量的影响要小于在线式预燃装置。在线式的以史密斯的热盘炉为代表，离线式的以合肥院在四川广旺能源发展集团有限责任公司 300 t/d 水泥生产线为代表。

 

　　史密斯公司热盘炉（HOTDISC）装备是当前技术比较成熟，应用较为广泛的热盘炉，目前在巴西、印度、斯洛文尼亚、斯洛伐克、挪威等国家的水泥企业中使用。该技术对对废弃物的外形、粒度、热值与水分的适应范围很大，最大进料尺寸可达 1.2 m×0.5 m,基本上全部回收利用了废物热能，安装在三次风管与分解炉之间，焚烧废物的气体进入分解炉，废物的残渣进入窑尾烟室，对窑尾主排风机影响很小。

 

　　3.2.3 热解炉分解后气体进入分解炉工艺

 

　　RDF 经过热解后将可燃气引入分解炉燃烧，这种方式适合处置品质不高的 AF，由于可燃气和炉渣分开入窑，对窑的运行和水泥质量的影响最小，还具有降低水泥窑氮氧化物的功能，该技术在国内外大型水泥企业均有应用，其中安徽铜陵海螺水泥水泥有限公司用这种技术直接处理原生生活垃圾。

 

　　4 生活垃圾水泥窑协同处置的污染排放

 

　　生活垃圾水泥窑协同处置中产生的废渣全部进入回转窑，成为熟料生产原料，产生的废水在场内处置后可达标排放或用于园林绿化用水，因此没有废水、废渣等废弃物排放。生活垃圾水泥窑协同处置重点关注二噁英、重金属及臭气排放。

 

　　4.1 二噁英

 

　　从欧洲国家长期对生活垃圾水泥窑协同处置的烟气监测数据及国内北京水泥厂、华新水泥等对水泥窑协同处置危险废弃物、生活垃圾的监测结果来看，二噁英/呋喃的排放绝大多数均<0.02 ng TEQ/ms，远低于欧盟焚烧 2000/76/EC指令规定的<0.1 ng TEQ/m3 的标准 。

 

　　4.2 重金属

 

　　经高温煅烧后，生活垃圾中绝大部分重金属固化在水泥熟料矿物中，进出浓度降至未经煅烧生料的 1/34～1/37。因此，水泥产品应用过程中不会对环境产生危害 。

 

　　4.3 臭 味

 

　　臭气成分主要为氨、硫化氢、硫醇和硫醚等恶臭挥发物。在堆肥过程中氧气充足的条件下，垃圾中的有机成分在好氧微生物的作用下产生的硝酸盐、CO2 、H2O等是无味的。

 

　　若氧气不充足或厌氧、缺氧状态下微生物将有机物分解为如H2S、SO2 、CH4、胺化物、甲苯、苯系列、硫醇类和硫醚等，目前，生活垃圾发酵过程大多采用负压操作，发酵产生的气体经排风机抽风到生物净化装置，经过生物吸附净化后达到去除气味的目的，去味后的气体排空。根据国内某企业的监测结果，恶臭污染物排放浓度小于 20,达到GB 14554－93规定的新改扩项目二级标准。

 

　　5 结 语

 

　　生活垃圾水泥窑协同处置目前技术已趋于成熟，与传统的焚烧相比较，具有投资低、占地面积小、几乎不产生二次污染等优势。目前，国家出台多个政策，鼓励利用水泥窑协同处置城市固体废弃物，将水泥企业转型为环保服务型产业，因此生活垃圾水泥窑协同处置必将成为一种发展趋势。