利用水泥窯協(xié)同處置工業(yè)廢棄物技術(shù)淺論

　　隨著資源開(kāi)發(fā)和城市化進(jìn)程的加快，無(wú)論是發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家還是正在逐步崛起的發(fā)展中國(guó)家，各類垃圾及廢棄物的處理利用已成為一個(gè)不可避免、難以回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題?！笆濉逼陂g我國(guó)城市生活垃圾及廢棄物處理問(wèn)題得到空前重視，“無(wú)害化處理率”作為重要衡量指標(biāo)將納入政績(jī)考核體系。北京金隅集團(tuán)近年來(lái)針對(duì)固廢處置及污染控制問(wèn)題進(jìn)行了深入的技術(shù)研究，取得了大批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)成果，同時(shí)已在集團(tuán)多家水泥企業(yè)中成功應(yīng)用，取得了良好的效果?？梢韵嘈?，水泥窯協(xié)同處置廢棄物前景看好。

　　水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰

　　隨著北京市人口不斷增長(zhǎng)，北京每天產(chǎn)生的生活垃圾越來(lái)越多。統(tǒng)計(jì)資料表明，2008年北京市生活垃圾日產(chǎn)生量16620噸（607萬(wàn)噸/年）；如果按2010年全市常住人口達(dá)到1800萬(wàn)計(jì)，生活垃圾日產(chǎn)生量將達(dá)到18215噸（665萬(wàn)噸/年）。

　　目前，北京市垃圾處理90%是靠衛(wèi)生填埋，焚燒、堆肥處理量?jī)H占10%，減量化、資源化水平低。直接填埋含有大量有機(jī)物和水分的原生垃圾，作業(yè)難度大、填埋場(chǎng)安全隱患多，同時(shí)填埋產(chǎn)生的滲瀝液、沼氣處理水平低，嚴(yán)重污染周邊環(huán)境。焚燒處理可以在大規(guī)?？焖偬幚韽U棄物的同時(shí)回收部分能量，可使生活垃圾減容80%～95%，垃圾燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能還可充分回收，用于供熱和發(fā)電。與其他處理方法相比，焚燒法不僅符合垃圾處理的“三化”原則，而且具有占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定、處理時(shí)間短等多種優(yōu)點(diǎn)，在許多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)成為城市生活垃圾處理的首選方案。2010年4月22日，國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、發(fā)改委及環(huán)保部聯(lián)合發(fā)布了《生活垃圾處理技術(shù)指南》，明確指出：“焚燒處理設(shè)施占地較省，穩(wěn)定化迅速，減量效果明顯，生活垃圾臭味控制相對(duì)容易，焚燒余熱可以利用。”“對(duì)于土地資源緊張、生活垃圾熱值滿足要求的地區(qū)，可采用焚燒處理技術(shù)?！卑凑毡本┦欣贌龔S建設(shè)規(guī)劃，2012年前，將建設(shè)阿蘇衛(wèi)焚燒廠、京南垃圾焚燒廠、董村垃圾焚燒廠3個(gè)垃圾焚燒處理項(xiàng)目。2015年前，再建六里屯焚燒廠、北天堂焚燒廠、南宮焚燒廠、梁家務(wù)焚燒廠，屆時(shí)，生活垃圾焚燒將成為北京市生活垃圾綜合處理的主要方式之一。

　　飛灰是指在垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化系統(tǒng)收集而得的殘余物，總量約為生活垃圾處理量的3%~4%。飛灰中含有很多有機(jī)污染物和痕量重金屬，具有很強(qiáng)的毒性，被歸為危險(xiǎn)廢棄物。垃圾飛灰的處置受到了北京市環(huán)保局的高度重視。根據(jù)“十一五”規(guī)劃，北京市規(guī)劃中的垃圾焚燒廠全部投產(chǎn)后日處理量5400噸，垃圾飛灰的年產(chǎn)生量為6萬(wàn)噸左右。

　　目前，國(guó)內(nèi)外處理生活垃圾焚燒飛灰的成熟方式主要有安全填埋和資源化利用兩種方式。飛灰無(wú)害化安全填埋技術(shù)是將有毒有害組分包容覆蓋起來(lái)，或者使其呈現(xiàn)化學(xué)惰性，然后進(jìn)入危險(xiǎn)廢棄物填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋。國(guó)內(nèi)已建設(shè)生活垃圾焚燒廠的北京、上海、深圳等城市由于土地資源緊張、危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)選址困難，飛灰無(wú)害化安全填埋技術(shù)不符合城市可持續(xù)發(fā)展的需求。國(guó)外開(kāi)發(fā)了一些飛灰資源化利用技術(shù)，以期大量消耗焚燒飛灰，解決飛灰填埋帶來(lái)的諸多問(wèn)題，代表性技術(shù)有3種：配置混凝土；制備陶瓷、玻璃等；制備水泥。配置混凝土技術(shù)在歐洲研究較多，它是利用飛灰代替水泥或者代替砂石料用作輕質(zhì)混凝土的骨料，由于抗壓強(qiáng)度太低，產(chǎn)品一般只適合于非結(jié)構(gòu)件，而且由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)高溫處理，存在二惡英二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。利用飛灰制備陶瓷、玻璃的技術(shù)是在高溫條件下進(jìn)行，高溫處理可以破壞二惡英等有機(jī)污染物，形成的玻璃態(tài)物質(zhì)同時(shí)還能穩(wěn)定重金屬，但是這項(xiàng)技術(shù)處置成本非常高，在熔融過(guò)程中有大量的揮發(fā)物產(chǎn)生，尾氣處理難度相當(dāng)大。利用飛灰制備水泥技術(shù)在日本有多年成功的工業(yè)化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，主要是利用回轉(zhuǎn)窯具有溫度高、窯內(nèi)高溫氣體湍流強(qiáng)烈、堿性氣氛等特點(diǎn)，在高溫條件下有效分解二惡英，絕大部分重金屬元素生成穩(wěn)定的鹽類礦物固定在熟料之中，性能可以達(dá)到普通硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)。

　　比較上述3種資源化利用技術(shù)，用飛灰生產(chǎn)水泥技術(shù)實(shí)用性最強(qiáng)，能有效解決飛灰中二惡英、重金屬等有害物質(zhì)的危害性，符合北京市加強(qiáng)生活垃圾資源化處理的規(guī)劃目標(biāo)，但目前該技術(shù)在我國(guó)還沒(méi)有成功的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行先例。為了解決垃圾飛灰的出路問(wèn)題，北京金隅集團(tuán)承擔(dān)了北京市科委設(shè)立的2008年重大項(xiàng)目“生活垃圾焚燒飛灰的資源化利用”，目的是將垃圾飛灰經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，通過(guò)水泥回轉(zhuǎn)窯燒制成水泥，從而實(shí)現(xiàn)垃圾飛灰的無(wú)害化和資源化。該課題建設(shè)的年處理600噸生活垃圾焚燒飛灰的預(yù)處理中試線和處理后飛灰水泥窯工業(yè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，該技術(shù)路線是可行的，同時(shí)在用水量、污水處理的環(huán)境安全性、對(duì)水泥窯工況的影響及水泥窯的尾氣排放方面具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰項(xiàng)目的實(shí)施將有毒、有害的焚燒飛灰制備成對(duì)環(huán)境無(wú)害的基礎(chǔ)建筑材料水泥，并且在處置過(guò)程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，可節(jié)約生產(chǎn)水泥所需的礦物原料，有效緩解生活垃圾焚燒發(fā)電帶來(lái)的二次污染問(wèn)題，緩解我國(guó)大中城市的巨大環(huán)境壓力，對(duì)我國(guó)城市的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展將產(chǎn)生重要的影響，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的垃圾焚燒飛灰資源化的集成技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。建設(shè)的中試線目前已順暢運(yùn)行1年多，年處理3萬(wàn)噸飛灰的生產(chǎn)線也已完成設(shè)計(jì)，技術(shù)完全成熟，將以全套技術(shù)輸出的形式向全國(guó)推廣，解決目前已建設(shè)的近百個(gè)垃圾焚燒廠的飛灰出路問(wèn)題。

　　依托水泥窯處置城市生活污泥

　　城市污水處理廠的污泥是污水廠將城市地區(qū)的污水收集處理、出水達(dá)標(biāo)排放后剩余的殘留物。污泥泥質(zhì)符合中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB24188-2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》，主要由低級(jí)的有機(jī)物如氨基酸、腐植酸、細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物、多環(huán)芳烴、雜環(huán)類化合物、有機(jī)硫化物、揮發(fā)性異臭物、有機(jī)氟化物等組成，此外，還含有無(wú)機(jī)物和汞、鎘、鉛等重金屬物質(zhì)。

　　我國(guó)每年城市污水廠產(chǎn)生3000萬(wàn)噸污泥有待處理，對(duì)污泥的處理方法多種多樣，目前仍沒(méi)有最佳方法，許多城市新上馬的污水處理線因?yàn)槲鬯畯S污泥得不到有效處置，只得停產(chǎn)。歐州國(guó)家已由以前的堆肥變化為到水泥廠焚燒處理，美國(guó)的污泥將根據(jù)生化指標(biāo)分類處理。目前，我國(guó)城市污泥采取隨產(chǎn)隨運(yùn)，送去填埋或郊區(qū)傾倒，從而變成二次污染源，對(duì)大氣、水體、土壤都造成污染和危害，其危害的程度和持久性遠(yuǎn)大于廢水，如不進(jìn)行適當(dāng)處理及合理有效的再利用，將導(dǎo)致在處理污水的同時(shí)制造出新的、更為嚴(yán)重的污染，使人們生存的環(huán)境進(jìn)一步惡化，生態(tài)環(huán)境難以修復(fù)。因此為城市污泥處理廠的污泥尋求解決出路，對(duì)其進(jìn)行減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化處理和利用是十分必要和迫切的。我國(guó)政府已經(jīng)將城市污泥無(wú)害化處理及有效利用工作列入重要議事日程，并納入了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的總體規(guī)劃之中。

　　北京金隅集團(tuán)研究開(kāi)發(fā)的依托水泥窯處置城市生活污泥技術(shù)，解決了干化取熱方式、干泥入窯焚燒、廢氣處理及污水處理回用等技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)與污泥干化處置系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。首先，其工藝簡(jiǎn)便、運(yùn)行靈活性高：由于出口污泥含固率可調(diào)，通過(guò)調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)，同一套設(shè)備，干燥后產(chǎn)品的含固率可調(diào)整65%~90％；污泥干燥一步完成，無(wú)需返混等。整個(gè)設(shè)備的開(kāi)機(jī)和設(shè)置需要相對(duì)較短的時(shí)間，同時(shí)渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性基本上保證了干燥器內(nèi)的清空，便于工廠的停機(jī)、重設(shè)和重啟。其次，安全可靠性高：渦輪轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)烈渦流使污泥得到均勻的攪拌，污泥干燥是每個(gè)顆粒不斷地通過(guò)與熱壁短暫接觸的過(guò)程中完成的；與此同時(shí)，污泥的整體溫度被保持在80℃~85℃之間，污泥加熱均勻、溫度低，從而可避免顆粒過(guò)熱和粉塵的產(chǎn)生。預(yù)熱空氣與物料同向流動(dòng)，熱空氣一方面采用對(duì)流方式加熱物料，同時(shí)帶走熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的蒸汽，并且引導(dǎo)物料沿一個(gè)方向向前運(yùn)動(dòng)，氧氣含量控制不依賴惰性氣體，防止粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。三是熱耗低：該工藝是結(jié)合熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流兩種熱交換方式進(jìn)行干燥的技術(shù)，集合了熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的優(yōu)點(diǎn)，熱能的分析可參考10.8熱平衡計(jì)算。此外，該技術(shù)維護(hù)工程量小，冷卻水循環(huán)使用，減少了清潔水源的消耗。工藝中產(chǎn)生的臭氣被有效處理，對(duì)外沒(méi)有臭氣的排放。

　　目前，北京金隅集團(tuán)污泥干化系統(tǒng)正式運(yùn)行。依托現(xiàn)有水泥窯處理處置污水廠污泥項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了污泥處置無(wú)害化、穩(wěn)定化、減量化和資源化的目的。徹底解決了部分北京市污水廠產(chǎn)生的污泥，為政府在污泥處理處置領(lǐng)域提供了新的運(yùn)行模式。

　　生活垃圾篩上物水泥窯處置

　　生活垃圾篩上物包括原生垃圾篩上物、垃圾堆肥篩上物以及礦化垃圾篩上物等。篩上物中含有大量的塑料、紙、布及其他可燃物，含水率低于新鮮垃圾，經(jīng)適當(dāng)?shù)念A(yù)處理處置，將成為一種水泥工業(yè)很好的替代燃料。根據(jù)北京市政府《關(guān)于全面推進(jìn)生活垃圾處理工作的意見(jiàn)》中的規(guī)劃，2015年，北京市生活垃圾焚燒、堆肥、填埋處理比例將變?yōu)?:3:3，按照8%垃圾增長(zhǎng)率計(jì)算，2015年垃圾產(chǎn)生量將超過(guò)1000萬(wàn)噸，僅原生垃圾的篩上物產(chǎn)生量將達(dá)到200萬(wàn)噸以上。隨著北京市垃圾填埋場(chǎng)治理再利用的逐步展開(kāi)，北京市垃圾篩上物的產(chǎn)生量將進(jìn)一步增加，研發(fā)垃圾篩上物水泥窯利用前景廣闊。

　　利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理生活垃圾，與傳統(tǒng)的焚燒處理方式相比，具有很大的優(yōu)越性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生活垃圾的無(wú)害化、減量化處置，而且這項(xiàng)技術(shù)還可以充分利用生活垃圾的熱能，幫助水泥企業(yè)降低燃煤消耗，真正實(shí)現(xiàn)生活垃圾處理的資源化。我國(guó)在近幾年將利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置生活垃圾提到議事日程，已在北京、上海等地水泥廠進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，取得了可喜的成果，正加緊付諸工業(yè)推廣實(shí)施。

　　但是，利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置生活垃圾，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)及環(huán)保法規(guī)等方面還有很多問(wèn)題必須認(rèn)真解決。比如：垃圾貯存、運(yùn)輸過(guò)程的惡臭問(wèn)題，水泥窯摻燒量低、窯況波動(dòng)大等技術(shù)瓶頸，垃圾焚燒生活垃圾可能會(huì)引起水泥窯內(nèi)熟料燒成機(jī)制和后續(xù)水泥、混凝土產(chǎn)品性能的變化等。必須對(duì)這些技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行深入的研究，以保證在無(wú)害、資源化消納生活垃圾的同時(shí)，生產(chǎn)出合格的水泥和混凝土制品。

　　垃圾衍生燃料（RDF）技術(shù)即將垃圾制成燃料棒的技術(shù)。生活垃圾經(jīng)破碎、分揀、干燥、添加助劑、擠壓成型等處理過(guò)程，制成固體形態(tài)（圓柱條狀）燃料，易運(yùn)輸及儲(chǔ)備，在常溫下可儲(chǔ)存6~12個(gè)月，且不會(huì)腐敗。

　　北京金隅集團(tuán)生活垃圾篩上物水泥窯處置項(xiàng)目，采用新型分選設(shè)備，一次將可燃垃圾與不可燃垃圾高效分離；采用新工藝，將可燃垃圾經(jīng)過(guò)一次粗破碎即可加工成RDF；同時(shí)研制脫氯、控氮添加劑，抑制RDF氣化過(guò)程中氯、氮氧化物及二惡英產(chǎn)生；優(yōu)化RDF氣化參數(shù)，提高可燃?xì)怏w產(chǎn)生比率，降低中間產(chǎn)物產(chǎn)生量；將可燃?xì)怏w直接與水泥窯對(duì)接，省卻了冷卻和氣體凈化環(huán)節(jié)的資金投入，避免了焦油困擾；水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒可燃?xì)怏w，代替垃圾焚燒的二燃室，建設(shè)投資??；將可燃?xì)怏w通入水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒，代替低氮燃燒工藝，降低氮氧化物產(chǎn)生量，省卻脫硝環(huán)節(jié)；RDF氣化焚燒，實(shí)現(xiàn)了垃圾利用的最大化和清潔化；氣化殘?jiān)c底渣建材利用專利技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)垃圾零填埋。RDF加工與水泥窯利用兩部分可以分別就近建設(shè)，充分利用現(xiàn)有的垃圾處理設(shè)施；在滿足水泥窯利用的前提下，生產(chǎn)出的RDF還可作為生物質(zhì)燃料，進(jìn)入市場(chǎng)銷售。

　　生活垃圾篩上物水泥窯處置項(xiàng)目的實(shí)施，將原本用來(lái)填埋處理的垃圾篩上物氣化后再進(jìn)入水泥窯清潔焚燒，可節(jié)約生產(chǎn)水泥所需的礦物原料，有效解決生活垃圾焚燒發(fā)電帶來(lái)的二次污染問(wèn)題，緩解我國(guó)大中城市巨大的環(huán)境壓力，對(duì)我國(guó)城市的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。

　　玻璃鋼替代水泥燃料

　　玻璃鋼學(xué)名玻璃纖維增強(qiáng)塑料，它是以玻璃纖維及其制品作為增強(qiáng)材料，以合成樹(shù)脂作為基體材料的一種復(fù)合材料，熱值非常高。玻璃鋼邊角料形狀不規(guī)則，強(qiáng)度極高，破碎難度大，難降解，焚燒易產(chǎn)生有毒氣體。一般情況下，玻璃鋼的壽命為10～20年。廢棄玻璃鋼產(chǎn)品處理的傳統(tǒng)方法是掩埋與燃燒，掩埋有占用大量土地及污染地下水的缺點(diǎn)，而燃燒則有產(chǎn)生有害氣體污染環(huán)境的缺點(diǎn)。近年來(lái)研究已證實(shí)，不飽和聚酯的主要原料苯乙烯為環(huán)境激素，由于它的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，又不能生物降解，具有很高的環(huán)境滯留性，成為持續(xù)性有機(jī)污染物，無(wú)論在空氣、水還是在土壤中，都能強(qiáng)烈地吸附于顆粒上，借助于水生、陸生食物鏈不斷富集，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害，人類若食用被污染的動(dòng)、植物，將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果?；谝陨显?，北京市環(huán)保局已明令禁止玻璃鋼廢料的填埋和直接燃燒處置。

　　對(duì)于玻璃鋼這種產(chǎn)生量大、形狀各異，長(zhǎng)條狀或者塊狀，無(wú)具體規(guī)格，性質(zhì)特殊、處理難度大的廢棄物，采用現(xiàn)有的處置系統(tǒng)難以滿足日益膨脹的市場(chǎng)需求，必須為其設(shè)計(jì)有針對(duì)性的預(yù)處理系統(tǒng)，將其制備為能夠連續(xù)穩(wěn)定輸送的燃料，則可實(shí)現(xiàn)真正意義上的燃料替代。利用玻璃鋼廢棄物作為生產(chǎn)水泥的替代性燃料，是消除這種工業(yè)廢料污染最有效、最徹底的途徑，而且通過(guò)利用玻璃鋼廢棄物進(jìn)行替代燃料可以使水泥生產(chǎn)企業(yè)減少對(duì)其他能源的消耗，大大降低了生產(chǎn)水泥的成本，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　較傳統(tǒng)直接燃燒、填埋簡(jiǎn)單的處置技術(shù)相比，利用水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒，對(duì)廢棄物的處置更加完全，在處置的過(guò)程中對(duì)環(huán)境污染較小，不存在焚燒灰渣的二次處理，也沒(méi)有二次污染產(chǎn)生，這是它最為突出的優(yōu)越性。水泥回轉(zhuǎn)窯處理廢棄物還有一些優(yōu)越性，其一，水泥回轉(zhuǎn)窯溫度高，爐內(nèi)火點(diǎn)溫度高達(dá)1650℃~1800℃，在高溫作用下廢棄玻璃鋼中的有害成分會(huì)被完全焚毀，即使很穩(wěn)定的有機(jī)物也能被完全分解。其二，水泥回轉(zhuǎn)窯有一個(gè)很大的焚燒空間，有均勻的、穩(wěn)定的焚燒氣氛，物料在爐中高溫下停留時(shí)間長(zhǎng)，與空氣接觸充分，廢舊玻璃鋼燃燒完全，二惡英分解徹底。其三，廢玻璃鋼焚燒過(guò)程要求控制適當(dāng)?shù)倪^(guò)剩空氣量，只有當(dāng)焚燒裝置處于少量過(guò)?？諝鈼l件下，焚燒熱效率才能較高，而這一點(diǎn)也恰好是水泥回轉(zhuǎn)窯所要求的。

　　因此，采用廢舊玻璃鋼作為生產(chǎn)水泥的燃料，可以完全消除廢舊玻璃鋼由于傳統(tǒng)掩埋和燃燒帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，也是緩解能源緊缺的重大舉措。