1.概述

工業(yè)廢棄物和農(nóng)業(yè)廢棄物因量大、均質(zhì)，作為工業(yè)生產(chǎn)的替代燃料和原料利用具有很多便利條件， 因而處理相對難度較低；而城市生活垃圾由于成分復(fù)雜、散亂、均質(zhì)性差，長久以來的凈化處理一直是市政部門的難題。城市生活垃圾的特性隨地理地域、生活習(xí)性、生活水平和餐飲結(jié)構(gòu)等因素的不同而有較大差異，但通常都包括廚余物、有機可燃物、無機廢棄物等幾大類，也包括廢棄的家具、電腦、電視、電冰箱等生活用品；廢舊輪胎、綠化廢棄物等。隨著人們生活及消費水平的提高，城市垃圾的產(chǎn)生量預(yù)計未來10年將翻一番[1]，如何高效徹底凈化城市生活垃圾，將是一項艱巨的綜合性、系統(tǒng)性的工程，普遍為世界各 國所關(guān)注。城市生活垃圾的衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥處理方法是目前世界各國垃圾處理所采用的主要方法，處理技術(shù)及設(shè)備都有相應(yīng)的適用條件，而且或多或少存在垃圾處理后的二次污染問題。

2.水泥窯一體化處理城市生活垃圾技術(shù)

水泥預(yù)分解窯一體化處理城市生活垃圾技術(shù)是垃圾焚燒技術(shù)的一種進化。垃圾焚燒處理技術(shù)是在焚燒爐中將垃圾燃燒釋放熱能，將熱能回收來供熱或發(fā)電；煙氣凈化后排出，焚燒的殘渣排出填埋或作他用，特點是處理量大、減容性好、無害化徹底，熱能回收作用。但由于焚燒方式的限制，排放煙氣的飛灰和焚燒殘渣中存在二次污染的可能[2]。為徹底根除垃圾焚燒產(chǎn)生的衍生污染，水泥預(yù)分解窯一體化煅燒處理城市生活垃圾將比垃圾焚燒更優(yōu)化，是迄今垃圾焚燒接近零污染的處理工藝。

⑴ 工藝流程簡介

基本的原理是利用水泥熟料高溫煅燒的熱工環(huán)境將各類廢棄物“減量化、資源化和再利用”（循環(huán)經(jīng)濟的3R原則）；同時在髙溫環(huán)境下，廢棄物本身或衍生的高毒性的成分分解為低毒或無毒的組分，應(yīng)用于水泥熟料生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)。

城市生活垃圾一體化處理技術(shù)（CKK工藝[3]）由三部分功能構(gòu)成：1）垃圾存儲系綾，2）垃圾焚燒氣化處理系統(tǒng)，3）焚化氣燃料化及廢渣原料化；突出特點：1）垃圾無需分揀；2）廢渣毋需后處理；3）廢氣燃料燃焊徹底

圖1 一體化處理技術(shù)（CKK工藝）工藝流程圖

1）垃圾存儲系統(tǒng)城市生活垃圾通過專用密閉垃圾車運送到垃圾坑內(nèi)分區(qū)儲存、發(fā)酵，經(jīng)過發(fā)酵的垃圾用行車進行拌和均化并抓人破碎機進行破碎，破碎后的垃圾用行車送入垃圾供料 系統(tǒng)，定量輸送至垃圾氣化爐中氣化焚燒。垃圾在C存坑中發(fā)酵形成的臭氣采用引風(fēng)機送人垃圾焚化爐，作為垃圾焚化爐的助燃氣體；貯存垃圾形成的滲濾液也送入氣化爐焚燒，一 方面有機質(zhì)在爐中發(fā)熱煅燒，另一方面也一定程度上調(diào)節(jié)爐溫避免爐溫過高。

2）垃圾焚燒系統(tǒng)垃圾焚燒采用沸騰爐，進人爐內(nèi)的垃圾投入高溫沸騰床上燃燒，垃圾焚燒產(chǎn)生的熱量一部分為沸騰床介質(zhì)加熱，大部分形成可燃性氣體提供水泥窯預(yù)分解系統(tǒng)中分解爐的燃料。垃圾焚燒形成可燃性燃料氣，只要溫度控制得當，垃圾中的有害成分大部分分解或降解為無毒或低毒的成分。與純粹的垃圾氣化技術(shù)不同，水泥窯處理城市生活垃圾一體化處理技術(shù)是將焚化爐氣化垃圾作為水泥窯可替代原燃料（AFR）的一個環(huán)節(jié)：焚化爐氣化垃圾的煙氣（含飛灰）是作為一種替代燃料（RDF），用于水泥窯預(yù)分解爐中（ 通常鍛燒分解氣體溫度多850T）高固氣比條件下的物料鍛燒分解，而灰渣則作為可替代原料（ARM）用于水泥熟料煅燒環(huán)節(jié)，需要經(jīng)歷1450℃的物料高溫，因此垃圾有毒物的處理和轉(zhuǎn)化更徹底、更潔凈[4]。

3）垃圾焚燒廢氣廢渣廢液處理水泥窯焚燒垃圾一體化處理技術(shù)對垃圾儲存、焚燒產(chǎn)生的廢液、煙氣和爐渣形成了一個系統(tǒng)的處理環(huán)節(jié)：垃圾C存形成的廢液、臭氣引人焚化爐焚燒凈化；焚化爐形成的煙氣作為替代燃料用于水泥窯預(yù)分解系統(tǒng)分解爐的>850℃髙溫鍛燒；焚化爐的爐渣作為替代原料用于水泥熟料1450℃的髙溫煅燒，整個環(huán)節(jié)對于二噁英的抑制和消減極充分，因此對城市垃圾的凈化最為徹底。驗收監(jiān)測的廢氣二嚼英含量、水泥產(chǎn)品重金屬浸出量極低也是很好的證明。

(2)二次污染物消減

1）二次污染物的危害 城市生活垃圾含較髙的氯成分，在特定的焚燒溫度條件下易形成含有2個或1個氧鍵連結(jié)2個苯環(huán)的含氯有機化合物-二噁英。二噁英可積存于人體并且不能排出，具有強致癌性、損害人體免疫和生殖功能，造成畸形。大氣環(huán)境中的二噁英90%來源于城市生活和工業(yè)垃圾焚燒，因此二噁英成分是垃圾焚燒工程污染物排放控制的重點。二噁英為白色結(jié)晶體，熔點302~305℃，500℃時開始分解，800℃時在2s以上完全分解；但高溫下分解的二噁英類前體物，在煙氣中的氯化鐵、氯化銅、碳等的催化作用下，300℃在附近又會迅速重新組合生成二嚼英類物質(zhì)。二噁英沒有極性，難溶于水，具有相對穩(wěn)定的芳香環(huán)，在環(huán)境中具有穩(wěn)定性、親脂性、熱穩(wěn)定性，同時耐酸、堿、氧化劑和還原劑；其抵抗能力隨分子中鹵素含量增加而增強，自然環(huán)境中的微生物降解水解以及光分解作用對其分子結(jié)構(gòu)的影響均很小，土壤中的半衰期為12a，氣態(tài)二噁英在空氣中光化學(xué)分解的半衰期為8.3d，在人體內(nèi)降解緩慢，主要蓄積在脂肪組織中。

2）消減技術(shù)原理 —體化處置技術(shù)將垃圾完全氣化成含有熱值的垃圾氣體，氣體通入水泥窯系統(tǒng)的分解爐中替代部分燃料燃燒；新型干法水泥窯髙溫煅燒、堿性物料多，可以吸收降解垃圾產(chǎn)生的一系列有害物質(zhì)（如二嗎英等），同時利用新型干法窯的余熱發(fā)電技術(shù)回收焚燒產(chǎn)生的能量。系統(tǒng)中焚化爐燃燒垃圾處于還原性氣氛，源頭抑制了二嚼英的產(chǎn)生；垃圾成分中的高氯含量是產(chǎn)生二噁英的重要元素之一，通過水泥煅燒環(huán)節(jié)煙氣旁路設(shè)置除氯裝置，能夠去除大部分氯成分從而保持系統(tǒng)內(nèi)較低的氯濃度，可以顯著降低二噁英的合成量。另外 ，垃圾焚化后的可燃性氣體在高溫分解爐中充分燃燒（分解爐內(nèi)煅燒溫度≥850℃），可燃氣中的二噁英可完全分解；二噁英再合成需處于300℃左右的溫度環(huán)境，水泥一體化處置垃圾系統(tǒng)的熱工環(huán)境中再次合成二噁英的幾率極低。

3.應(yīng)用效果分析

⑴ 垃圾特性

水泥窯垃圾焚燒需滿足特定條件：垃圾熱值不能太低，熱值不足則需要補燃；垃圾不燃物的含氯量需有所控制，否則將影響水泥質(zhì)量。

1）物理特性 南方典型城市的城市垃圾通常比重250~400kg/m3；可燃物40%—70%；垃圾發(fā)熱量3500MJ/kg（850KCal/kg）—100000MJ/kg（2400KCal/kg）。夏季和冬季垃圾中含水量差值較大，含水量多時產(chǎn)生的廢水會發(fā)出難聞的臭味污染水質(zhì)，因此垃圾污水需進一步處理；BOD、COD含量較高的垃圾污水通常的處理方法無法根治，還需通過蒸發(fā)酸化進行處理。城市 生活垃圾特性指標如表1。

表1 南方典型城市生活垃圾濕含量（濕度，%）

2）垃圾不燃物化學(xué)成分 城市垃圾不燃物的顯著特點是氯含量較高，GB175-2007《通用硅酸鹽水泥標準》限定水泥氯含量限值為0.06%，因此，為保證水泥熟料的質(zhì)量，需設(shè)定垃圾不燃物的摻人量，因而垃圾灰的除氯（鹽）系統(tǒng)是必要的設(shè)施。南方典型城市城市垃圾經(jīng)高溫煅燒的不燃無機物中氯含量0.435%，作為水泥熟料煅燒生料的摻人料，熟料中的滲人比約 1.78%。不燃無機物的化學(xué)成分如表2。

（2）開發(fā)實驗線應(yīng)用效果

開發(fā)實驗線設(shè)計規(guī)模為2*300t/d城市生活垃圾處理能力，項目一次規(guī)劃分二期建設(shè)。項目一期建設(shè)規(guī)模300t/d城市生活垃圾處理能力：2008年開工建設(shè)，2010年4月達產(chǎn)達標。項目驗收檢測數(shù)據(jù)：窯尾排放煙囪廢氣經(jīng)規(guī)范取樣、德國Eurofms GfA GmbH實驗室檢測，二噁英排放量最高值0.0376ngTEQ/m3，優(yōu)于國家規(guī)定的0.1ngTEQ/m3水泥窯排放控制標準；水泥產(chǎn)品重金屬浸出量檢測值僅鎘、鉛和銅微增，其余重金屬沒有變化或有所下降，但都遠優(yōu)（低）于標準限值。根據(jù)有關(guān)試驗研究結(jié)果[5]，水泥窯垃圾焚燒煅燒的窯熟料制備的水泥中重金屬的可浸出率不大于48%，協(xié)同處置固體廢棄物的水泥產(chǎn)品是安全可靠的。由于城市生活垃圾中含氯較髙，分解爐中髙固氣比的堿性物料吸收也較為充分，容易在水泥預(yù)分解窯預(yù)熱器系統(tǒng)中形成氯循環(huán)富集-分解爐煙氣旁路灰中氯含量高達6.75%，因此必須設(shè)置旁路除鹽系統(tǒng)。經(jīng)測算，水泥窯焚燒垃圾一體化技術(shù)的除鹽系統(tǒng)本身除鹽效率達70%。

表3南方典型項目水泥窯一體化處置垃圾系統(tǒng)驗收監(jiān)測數(shù)據(jù)

4.小結(jié)

水泥預(yù)分解窯一體化處置城市生活垃圾是市政廢棄物凈化的一項有效選擇，基本消除二次污染（主要指二噁英），凈化高效徹底。水泥窯一體化處置垃圾系統(tǒng)的投運減少了市政廢棄物采用諸如普通焚燒、填埋、堆肥等處置方式的投人和處置費用，也大幅降低了二次污染及其處置費用，具有顯著的社會和環(huán)境生態(tài)效益。