城市生活垃圾生产水泥技术相关环保问题探讨（上）

　　目前，我国城市生活垃圾大都采取堆放和填埋处理，部分城市开始进行焚烧无害化处理。垃圾填埋处理只是做到了暂时无害化处理，仍有其无法克服的缺点:一方面垃圾填埋场占用大量的土地，另一方面填埋的垃圾对周围环境土壤仍然有着缓慢而长期的影响;垃圾焚烧无害化处理对水体和土壤的影响较小，但其燃烧气体中含有二噁英/呋喃等有毒气体，处理起来相当困难，污染空气和环境。如何妥善处理城市生活垃圾，实现垃圾无害化、减量化和再资源化，已引起世界各城市的高度关注.   

　　从20 世纪70 年代开始，通过大量的研究和实践表明，用水泥回转窑作焚烧炉处理城市生活垃圾得天独厚。水泥回转窑燃烧温度高，物料在窑内停留时间长，窑内又处于负压状态运行，工况稳定，对各种有毒性、易燃性、腐蚀性、反应性的危险废弃物具有很好的降解作用。用水泥回转窑处理城市垃圾最为彻底，具有较好的社会和经济效益。   

　　目前，欧美水泥工业对工业废弃物的焚烧处理正日益受到各界的重视，并得到广泛推广。美国、加拿大、瑞典等欧美发达国家已经建有数百家这样的水泥厂，大大缓解了城市垃圾的压力，减少了建设垃圾处理厂的投资。国际上把这些水泥厂生产出来的水泥称为“生态水泥”，并作为21 世纪水泥工业的发展方向。其中，瑞典诺迪克公司(Nordic) 加工各种废油和化学溶剂用作水泥窑的二次燃料。瑞士则计划在2010 年将水泥工业处置利用二次燃料的比例提高到60 %， 届时将有两三家水泥厂实现全部用二次燃料代替煤作燃料。其经验值得我国借鉴，这一新技术亟待通过国家鼓励性政策和企业的积极参与来实现全国范围内的推广应用，使之成为我国垃圾处理的首选方法。  

　　2 　水泥回转窑处理城市生活垃圾的技术可行性与经济效益  

　　2. 1 　技术可行性  

　　从理论上讲，城市垃圾用焚烧法处理需要具备几个条件，燃烧温度高于1 200 ℃(特别是有毒有害废物的处理需要更高的温度)， 在高温区的停留时间超过2 s， 充分搅拌。垃圾焚烧炉一般都难以满足这些条件，而水泥回转窑则完全能满足这些条件。国内新型干法水泥回转窑内气体温度一般在1 300 ～ ～1 800 ℃，大型回转窑甚至可达到2 000 ℃以上。在如此高的温度下，无论是有机物还是无机物将被全部分解。窑体上方的高烟囱把窑内空气抽走，形成负压操作，使有害气体聚在窑内不外冒。窑尾有电收尘或布袋除尘设施，若再有针对性地增设净化效率较高的尾气处理装置，对环境造成污染将减到最小。经分析，城市垃圾经焚烧后的灰渣成分， 与粘土质原料很相似，主要成分与煤矸石、粉煤灰相同，其中的钾钠含量也与粘土相近。典型的城市生活垃圾焚烧后的灰渣成分见表1 。水泥窑还可处理焚烧炉处理垃圾产生的焚烧灰渣，不向外排放废渣，焚烧物中的残渣和绝大部分重金属都被固定在水泥熟料中，不会对环境产生二次污染。 

　　2. 2 　与垃圾焚烧炉相比的优越性 

　　影响垃圾焚烧过程的主要因素为炉温、停留时间、搅动现象和空气供给量。焚烧炉与水泥回转窑的处理参数比较见表2 。

　　从表2 可以看出，水泥回转窑具有更加理想的焚烧条件:焚烧温度更高，气体和物料的停留时间更长，水泥窑内高温气体湍流强烈，因此，在水泥回转窑内废弃物的焚烧更加充分，污染物的产生量更低。回转窑和分解炉组成干法预分解窑系统，在焚烧城市生活垃圾方面，与专用的垃圾焚烧炉系统相比，具有如下显著特点: 

　　(1) 操作温度高(回转窑内气体温度高达1 800 ℃，物料温度约为1 450 ℃;分解炉内气体温度约950 ℃) 。 

　　(2) 气固停留时间长(回转窑内气体停留时间长达20 s ，固体物料停留时间约在30～50 min ;分解炉内气体停留时间为6 s ，固体 
物料可达30～60 s) ，燃烧气氛稳定(氧化气氛) 。 

　　(3) 炉内不存在潮湿和不完全燃烧的环节和区域，且形成“二噁英”的氯源得到控制。 

　　(4) 热容量大，在垃圾接纳量控制范围内，不会因垃圾组分波动带来燃烧过程的波 
动。 

　　(5) 拥有一般垃圾焚烧炉所不具备的高细度(平均粒径为35～40μm) 、高浓度(固气为1. 0～1. 5 kg/ m3 ) 、高吸附性、高均匀性分布的碱性氧化物和弱酸性氧化物及其盐类物( CaO、SiO2 、Al2O3 、Fe2O3 、MgO、K2O、Na2O、CaCO3 、MgCO3 、CaSO4 等) 共存吸收氛围。 

　　(6) 对于现代干法水泥生产系统，只要生料中的总Cl - 1 离子的限量< 0. 015 %，就不会对窑系统的操作构成影响，也不会成为二噁英的氯源，而以2CaO. SiO2 . CaCl2 (稳定温度1 084～1 100 ℃) 的形式被水泥生料裹挟到回转窑内，夹带在熟料的铝酸盐和铁铝酸盐的熔剂性矿物中被带出烧成系统。 

　　(7) 具有对重金属固化控制作用，防止垃圾中重金属产生二次污染。以上特点表明，城市垃圾焚烧无害法处理采用干法水泥生产系统比采用一般垃圾焚烧炉更易于控制二次污染，特别是控制二噁英的二次污染。国内外生产实践也证明，采用现代干法窑外预分解系统焚烧城市生活垃圾，其二噁英产生量比采用垃圾焚烧炉要低得多(见表3) ，完全能够满足环保要求。我国利用水泥生产系统焚烧城市生活垃圾，产生的二噁英完全可达到国家规定的排放要求，二噁英排放值能控制在0. 1 TEQng/ m3 以下，其它焚烧工艺的二噁英排放量往往高于排放标准要求。某水泥厂2 000 t/ d 水泥熟料生产线，在常规煅烧和焚烧危险废物(年焚烧量约1～1. 5 万t) 时，检测二噁英排放浓度分别0. 006TEQng/ m3 和0. 007 TEQng/ m3 。