浅论新型干法水泥窑协同处理城市垃圾

【摘要】近年来，经济、社会发展迅速，但是城市生活垃圾处置却远落后于城市发展的进程。针对我过特别是南方熔岩地区生活垃圾水分大、渣土多、热值低的特点，本文深入探讨了新型干法水泥窑协同处置城市垃圾的原理、方式和优势。

[关键字]：水泥窑 协同处置 城市垃圾

引言：

水泥窑协同处理城市垃圾是垃圾处理方面的新秀，我们对这一新生事物做了广泛调研和深入研究（国内；国外）。传统的垃圾处理方式弊端众多：卫生填埋占地面积大二次污染严重；垃圾焚烧和发电投资大运行成本高而且不适宜处置水分大、渣土多、热值低的生活垃圾。水泥窑遍布各地，协同处置生活垃圾有投资低、垃圾热值水分要求低，适用范围广、垃圾处置效率高、基本无二次污染和资源的综合利用等方面的显著优势。本文主要阐述了南方岩溶地区大型干法水泥窖协同处理生活垃圾的具体应用情况。

1.国城市垃圾的现状及来源

1.1城市垃圾现状

我国城市生活垃圾增长迅速，每年以 6%――8%的速度增长，2003年以后，总量基本上稳定在每年1.5 亿吨左右。目前，全国城市生活垃圾累积堆存量已达70 亿吨，占地约80 多万亩，近年来又以平均每年4.8%的速度持续增长。全国600 多座城市，除县城外，已有三分之二的大中城市陷入垃圾的包围之中，且有四分之一的城市已没有合适场所堆放垃圾。根据统计资料，全世界每年产生 4.9 亿吨生活垃圾，而仅中国每年就产生1.5亿吨城市生活垃圾，对于人口密度大的中国城市而言，垃圾围城已成城市痼疾。

1.2城市垃圾的来源

一般来说，将城市生活垃圾分为为轻质可燃物、厨余物、无机物三类，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。由于我国的生活习惯和能源结构，城市生活垃圾中厨余物和渣土含量较大，二者合计占比达到90%左右；而美国、德国、法国的占比基本在40%以下；厨余物的占比大，决定了生活垃圾的水分含量大；渣土占比大，决定了生活垃圾中惰性物质占比大，燃烧困难。我国生活垃圾中厨余垃圾含量高，决定了我国生活垃圾水分含量高于发达国家。

1.3传统垃圾处理方法

传统垃圾处理方法主要有填埋、堆肥、焚烧等方法。我国土地资源紧张，目前尚未建立完善的生活垃圾分类体系和机制，填埋法不利于节约土地，难以控制地下水、地表水的污染。堆肥法对垃圾成分要求高，工作面积大，处置周期过长，恶臭污染严重，堆肥产品的肥效低、存在有害成分等。焚烧法尾气净化系统投资、运行成本高，难以彻底处理二恶英等有害物质。

例如我国南方岩溶地区的垃圾也是这样的。近年来，南方岩溶地区城市经济、社会发展迅速，具备了一定的城市基础，但是城市生活垃圾处理事业却远落后于城市发展的进程，垃圾处理的现状不容乐观。城市的生活垃圾量逐年增加，垃圾的收集以人工收集后采用简单的填埋处理为主，未能实现资源化利用，并未消除填埋产生二次污染。其主要原因在于对垃圾处理事业投入不足，垃圾处理设备设施落后，环卫的管理体制不能适应市场的发展。但后来，该地区垃圾处理问题得到了有效改善。该地区的主要制约情况是：

（1）提高垃圾处理资源化率。从源头分拣开始，遵循了“循环利用-堆肥-焚烧发电-卫生填埋”处理的科学原则，从资源化与无害化方面着手，使生活垃圾实现资源最大化以及最终处理最小化。同时，也发展生活垃圾资源化相关产业。

（2）拓宽融资渠道，提高污染收费。政府方面大力清理了各种行政性壁垒，来创造良好的市场环境，拓宽融资渠道；并且执行和提高污染收费制度，提高生活垃圾资源化处理的资金供给，增强政府或市场投资和运营成本的补偿能力，还吸引多元化资本参与生活垃圾填埋处理设施的建设和运营，从而解决了垃圾处理管理经费、设施设备不足等各种问题。

（3）针对南方岩溶地区，按照产业化发展、市场化运作、企业化经营、法制化管理的要求，在制约措施上也成立环卫体制改革领导小组，加大落实力度，使该地区环卫事业基本形成了政府扶持与市场机制、社会参与相结合的运行新格局。

纵然如此，垃圾的处理现状仍然堪忧。要使得垃圾的处理科学、合理，需要进一步探求新型的方法。

2.新型干法水泥窑协同生活垃圾处理方法的应用现状

水泥窑特别是现代化的新型干法水泥生产线协同处置工业废料、生活垃圾和多数危险废弃物时，水泥混凝土生命周期环境评价维持不变，对其周围自然生态环境的安全性没有不良影响，同时还能替代(节省)一部分天然化石燃料(煤)，相应地减少了二氧化碳排放，协同全社会妥善销纳一定数量的废弃物。它是目前认为非常有效的一种垃圾处理方法。

2.1国外现状

以前国外城市生活垃圾处理办法概况，以填埋为主，焚烧为辅，堆肥较少；但是在加权平均的概念上，国外生活垃圾回收利用的比例占到19%，焚烧的比例占到22%。欧盟在处理城市生活垃圾方面，有过几次转变：刚开始是以填埋和焚烧为主，焚烧后的灰渣也被填埋；90 年代后期相继发生了几起垃圾填埋场渗透液泄漏事故，于是他们一方面修订并大幅提高了填埋场的防渗漏标准和技术规范；这样经历了6--8年，欧盟发现他们所采取补救措施成本太高，收效不大，且不能根治二次污染之隐患；经过慎重而痛苦的反思和论证，2007 年至今，德、英、等国终于相继作出了新决策，不再新建可燃废物与城市生活垃圾填埋场和焚烧炉厂；今后所有新产生的可燃废物和垃圾都要采取其他的更经安全更济的方法，尽可能地全部即时处置, 一步到位，消纳干净，不留后患，尽量少用或不用填埋场和焚烧炉。同时对水泥工业消纳可燃废物与城市生活垃圾的前景也颇为看好。在日本，以前他们先用焚烧炉烧垃圾、再建工艺技术复杂的生态水泥厂来处置焚烧炉灰的技术路线是很不经济、不可取的。很明显，日本为这条曲折的道路已付出了惨痛的代价，不值得我们效仿。

2.2国内现状

我国城市生活垃圾既有与国外不同的地方；又包含了经济发展阶段的特点；又有区域性的特征。因此处理城市垃圾，必须考虑种种特点，因地制宜，因时制宜。我国垃圾组分中大部分是水分和灰渣、以及部分轻质可燃物，在这些污染物中，目前人们议论得最多的是二恶英类物质，尤其以四氯二苯并二恶英( TCDD) 为甚，毒性相当于氰化钾的1000倍。二英有多种合成方式，不论哪种合成方式，都必须具备一些条件：低温、潮湿、缺氧、停留时间短、不完全燃烧等。我国采用的是干法水泥窖处理。由于水泥窑的固有特点，回转窑体较长，具备从 200 度到2000 度的多种环境，能够处理燃点不同的垃圾；气体最高温度达到1700 度，且在窑内停留6-10秒，可以较为彻底的消灭二英（要有效消解二英，必须在850 度以上的高温下停留2秒以上）；水泥窑中气体湍流度（雷诺氏指数）达到100000级别，燃烧充分，可预防新的二恶英的生成。

经过充分调研及分析比较，我们认为将国外先进的生活垃圾气化技术与新型水泥干法窑相结合是处理城市生活垃圾的最佳途。

3.新型干法水泥窑协同处置生活垃圾的方式

新型干法水泥窑协同处置城市生活垃圾，是用水泥窑烧成系统代替垃圾焚烧处理工艺的焚烧和尾气净化系统。该处置方式典型工艺主要包括供料、垃圾气化、灰渣处理、除氯等四部分，核心环节是垃圾气化和灰渣处理。

3.1 垃圾气化

垃圾进入气化炉内与流化砂混和、沸腾，部分垃圾燃烧产生热量保持流化砂的温度500-550℃，另一部分垃圾气化，生成可燃气体送到水泥窑分解炉内进一步燃烧，彻底分解有害物质。气化炉气化垃圾产生的烟气通过管道送入水泥窑分解炉内进一步焚烧分解有害物质。烟气中二恶英等有害物质在分解炉高温、足够的停留时间及碱性物料环境中分解、固化，达到彻底无害化的目的。

3.2 灰渣处理系统

气化炉内垃圾的不燃物灰渣从炉底排出，采用水冷设备将温度从500℃降到300℃以下，分离出铁、铝金属后，最终剩下的块状灰渣用作水泥生产的原料。

3.3 除氯系统

在水泥窑窑尾烟室处设置除氯系统，抽取部分含氯粉尘气体．通过冷却系统急冷后用收尘设备回收粉尘，减小对水泥窑运行及产品质量的影响。此环节无大气污染物排放，无固体废物产生，且充分利用了垃圾的热值，实现了垃圾的减量化、无害化、资源化。

4.新型干法水泥窑垃圾处理系统的优势

4.1 对垃圾适应性好，处理彻底

系统内设置一系列破碎、均化、计量、喂入设备，城市生活垃圾通过密闭垃圾运输车送入，不需分选，对生活垃圾的适应性很强。

此种处理方式是能够将垃圾彻底消灭的方法：首先将垃圾充分焚烧，利用其热值；灰渣本身又变成原料的一部分。由于该水泥窑系统的负压和全封闭特点，废气、以及处理中产生的气体不容易溢出，反而在负压的作用下不断被吸入回转窑，在高温下彻底消解。垃圾废液可以在窑尾用高压打入窑内，高温处理掉。

4.2 资源化程度高，节能减排效果好

垃圾焚烧产生的热量可替代部分水泥窑燃料，减少燃料燃烧产生的二氧化碳排放；炉渣可替代部分水泥原料，游离态铁、铝等金属可分别回收，资源化程度高。采用气化炉技术，气化时空气消耗量小，产生废气量少，对水泥生产影响小，能源利用率高。

4.3 处理流程简洁，处理垃圾方式灵活

利用水泥窑烧成系统代替垃圾焚烧处理工艺的尾气净化系统，简化了处理流程，降低了相应投资。水泥厂可以在生活垃圾处理的各个环节参与进去，可以直接与市政环卫部门协调，将所有生活垃圾交予水泥厂处理；也可以在设立垃圾分拣站的基础之上，只参与处理分拣出来的轻质可燃物；也可以在垃圾处理的后端，在给予一定补贴的情况下，参与处理垃圾焚烧厂的灰渣。

4.4降低垃圾处理投资、运行和监督成本

城市垃圾从收集、分拣、运输、焚烧、灰渣和燃烧废气处置等各环节，投资、运行和监督均耗资巨大。灵活利用水泥窑协同处置生活垃圾，可有效节约各环节的投资、运行和监督的成本。

取得的环保突破――高效处理二恶英水泥窑系统的分解炉内温度高(近900℃)，垃圾气化气体燃烧时间充足(7秒以上)，气化炉中产生的二恶英在分解炉中能够完伞分解；气体与高温、高细度、高浓度、高吸附性、高均匀性分布的水泥碱性物料充分接触，有利于吸收氯离子，控制氯源，再加上离开气化炉后的气体有个急冷的环节（250℃），可以避免二恶英类物质的二次生成。

5.处理方法的不足

5.1遇到的困难

在我国，在这方面的投资不足，所以实施的力度不够大，很长一段时间内可能还是沿用前人的方法和经验，这需要一段时间来推广。

5.2问题

在处理技术上，我们还需要有更为完善的地方，还需要往低污染，高效率，高环保的方向做研究。

6.结束语

水泥窑协同处理城市垃圾是符合循环经济和可持续发展的内在要求的新型垃圾处理方法。该处理方法虽然目前还有许多困难和问题，但其应用潜力十分巨大，必将成为垃圾处理行业发展中一个新的亮点，给国家和社会带来良好的环境效益、社会效益和经济效益。

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