浅析利用水泥窑协同处置生活垃圾项目的环保措施

白召军 薛俊杰

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

浅析利用水泥窑协同处置生活垃圾项目的环保措施

白召军 薛俊杰

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

利用水泥窑协同处置生活垃圾对二噁英、重金属等污染物控制效果较好，无二次污染，是国家产业政策鼓励的处置方式。目前，国内不少专业公司和水泥企业进行了有益探索和研究，并有不少成功案例。该类项目在采取相应的污染防治措施后，可确保各项污染物达标排放，具有良好的环境友好性。

协同处置；生活垃圾；污染防治措施

与生活垃圾卫生填埋、堆肥、焚烧发电等处置方式相比，水泥窑协同处置生活垃圾具有良好的环境效益和社会效益。该技术主要利用水泥窑处理温度高、物料停留时间长的特点[1]，对二噁英、重金属等污染物去除效果好，可对垃圾“吃干榨净”，无二次污染。同时，该技术处理规模较大，在现有熟料线基础上少加改造即可，投资少，建设周期短。因此，利用水泥窑协同处置生活垃圾是解决“垃圾围城”问题的一个有效途径，是国家产业政策鼓励的处置方式。

1 城市生活垃圾主要成分

我国城市生活垃圾基本为混合收集，随着经济建设的发展，居民生活、消费水平的提高，城市人口规模的扩大，城市生活垃圾数量和成分也不断发生变化。我国某城市生活垃圾的组成为：无机成分占40%，由灰土和砖瓦等组成；有机成分占42%，主要为厨房垃圾；在废品回物中，可回用物仅占8%，主要为少量的纸、塑料、橡胶、玻璃、金属等。我国城市生活垃圾的热值较低，在850～2 500 kcal/kg。垃圾水分在40%～70.3%,其中夏季含水率较高,约70.3%。生活垃圾中重金属含量较低，主要是少量废弃的旧家电和废弃的电池中含有As、Cr、Hg、Cd、Zn、Pb、Cu等少量重金属，这些少量的重金属在垃圾中以单质、化合物等形式存在。我国某城市生活垃圾基本组成、工业分析及重金属含量情况如表1～表3所示。

表3 某城市生活垃圾中的重金属含量（mg/kg）

2 水泥窑协同处置生活垃圾的工艺技术

我国城市生活垃圾热值低，水分含量高，成分复杂，给生活垃圾处理造成了较大困难。近些年，国内不少水泥企业和专业公司都对利用水泥窑协同处置生活垃圾进行了有益的探索和研究，取得了一些成果。有代表性的技术主要包括安徽海螺川崎研发的CKK技术（Conch Kawasaki Kiln System）、华新水泥研发的采用微生物发酵干化制备垃圾衍生燃料（RDF）作为水泥窑替代燃料的技术、史密斯热盘炉技术等。目前，这些技术均取得了较好的实际运营效果，比如安徽铜陵海螺水泥有限公司生活垃圾处理项目（300 t/d）自2010年4月正式运行以来，系统运行稳定，已累计处理铜陵市城市生活垃圾约64万t。

表1 我国某城市生活垃圾成分组成（%）

表2 某城市生活垃圾工业分析和元素分析（收到基）（%）

需要特别指出的是，目前，国家对水泥窑协同处置生活垃圾项目的管理日趋严格和规范。根据国家环保部最新发布的《水泥窑协同处置固体废物污染防治技术政策》（环保部公告2016年第72号），新建、改建或扩建处置生活垃圾的水泥企业，应选择单线设计熟料生产规模3 000 t/d及以上水泥窑。

3 水泥窑协同处理生产垃圾项目的污染防治措施

安徽海螺川崎工程有限公司研发的利用水泥工业新型干法窑协同处理城市生活垃圾系统（CKK系统）采用汽化炉技术，其工艺流程为：垃圾收集车运送的垃圾在垃圾储仓内储存，用行车进行搅拌和均化，破碎后将垃圾输送至供料装置，定量送至汽化燃烧炉中。投至炉内的垃圾与炉内的高温流动介质流化砂接触，一部分通过燃烧向流动介质提供热源，另一部分汽化后形成部分可燃性气体送往分解炉内，经分解炉、预热器及窑尾袋收尘器后排出。同时，垃圾中的不燃物在流动介质中一边沉降一边移动，到了炉底部时从垃圾中排出，掺入到水泥生料中或作为混合材掺入到水泥中。该技术主要污染防治措施如下：

1）废气污染防治措施

窑尾废气主要依托现有污染防治设施进行处理。窑尾废气中的烟（粉）尘、SO2、NOx、HF等气体排放基本不受焚烧生活垃圾的影响，SO2、HF、HCl等酸性气体由窑系统碱性环境充分反应吸收。

二噁英类污染物的控制[2]，一方面生料配料对Cl－含量严格控制，垃圾带入的Cl－被生料反应吸收并最终进入熟料，从源头上减少二噁英产生所需的氯源；另一方面，汽化炉内气体（温度500～550℃，易生成二噁英类物质）全部进入900～1 100℃的分解炉，在分解炉内停留时间约5 s，即便有二噁英生成，在分解炉内几乎全部被分解。根据安徽铜陵海螺水泥有限公司生活垃圾处理项目的监测数据，窑尾烟囱二噁英排放浓度最高为0.037 6 ngTEQ/m3（德国Eurofins GfA GmbH实验室检测数据），低于我国《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》（GB 30485—2013）中0.1 ngTEQ/m3的排放限值。

生活垃圾重金属含量较低，大部分被固化在水泥熟料中,只有微量的重金属以气体的形式排放。根据安徽铜陵海螺水泥有限公司和双峰海创环境工程有限责任公司监测数据，窑尾废气粉尘中的重金属含量均远远低于《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》（GB 30485—2013）中的有关重金属含量限值。

CKK系统设置一座垃圾处理综合房，垃圾均化、破碎等预处理及输送、贮存等操作均在其中进行。垃圾卸料车间、预处理车间及垃圾仓均为密闭式，配备大功率风机，保持车间内部处于负压状况，车间内产生的恶臭气味通过风机引到汽化炉中焚烧，最终通过窑尾烟囱排放。在汽化炉检修停运时，启用垃圾处理综合用房通风除尘除臭系统（活性炭吸附），可有效防止恶臭气味外逸对周围环境的影响。另外，垃圾卸料车间出入口通常设置两道门，进一步防止恶臭气体外逸。

为防止氯、碱等有害物质在窑内过度富集，CKK系统设置有除氯碱系统（旁路放风）。在窑尾烟室部位设抽取口抽出含高浓度有害物质的气体，鼓入冷风对其进行快速冷却,使其产生氯类结晶体，经过袋收尘收集下来，将有害物排出系统。

2）废水污染防治措施

垃圾储坑下部设有专门的渗滤液收集和储存装置，采用专用的泵将其提升。通过雾化喷头向汽化炉顶部或分解炉中下部喷射，通过高温进行蒸发氧化处理，可完全分解有机成分，实现生产污水零排放。

3）固废污染防治措施

垃圾汽化炉的灰渣，作为生料配料进入生料磨和水泥回转窑处理，重金属能够固化到水泥熟料中，二噁英在窑内得到有效分解。垃圾焚烧后的飞灰随着气流进入分解炉，与分解炉和预热器内的物料充分混合后，大部分飞灰（约99.96%）随着生料进入熟料烧成系统进行高温处理，一小部分飞灰（约0.04%）与物料混合后,随气流依次经过分解炉、预热器、窑尾余热锅炉，最终从窑尾烟囱排放，对环境影响很小。除氯碱系统（旁路放风系统）收尘器灰渣,被运至水泥粉磨站配料系统作为原料配料使用。垃圾储仓废气处理的废活性碳跟生活垃圾一起进入垃圾处理系统处理。

综上所述，CKK系统运营过程中的各项污染物均可以得到合理处置从实际运营情况来看，污染物排放浓度均可达到国家相关排放标准。

4 小结

虽然水泥窑协同处置生活垃圾各项技术均取得了一些成功的实践,但仍处于起步和推广阶段。在当前水泥行业产能过剩和城市垃圾围城的大背景下，政府部门应统筹规划布局，积极引导，结合环境税等新的环保工作思路，运用好经济杠杆，积极探索水泥窑协同处置生活垃圾运营的新模式，从而实现水泥行业的绿色化转型，实现经济效益、社会效益和环境效益的有机统一。

[1]袁曙光,许卫革,金树宝,等.利用水泥回转窑处理城市生活垃圾的方法研究[J].矿山机械,2009,37(20)：39-41.

[2]潘琦,王艳,刘旭.水泥窑协同处置生活垃圾的可行性[J].中国资源综合利用,2012,30(6)：40-43.