摘要：水泥窯協(xié)同處置生活垃圾作為一種安全、環(huán)保的處理技術(shù)，已成為除焚燒處理之外生活垃圾處理的重要輔助手段。本文著重闡述并分析了我國生活垃圾產(chǎn)生及處理現(xiàn)狀、協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)路線、技術(shù)經(jīng)濟對比、技術(shù)適用性等內(nèi)容，并提出水泥窯協(xié)同處置生活垃圾發(fā)展建議。
關(guān)鍵詞：水泥窯;協(xié)同處置;生活垃圾
0引言
隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，城市化進程加快，生活垃圾的產(chǎn)生量逐年增加，2016年全國垃圾清運量達到了2.036億噸，生活垃圾處理問題備受關(guān)注。目前，我國生活垃圾處理方法主要有衛(wèi)生填埋、堆肥、焚燒等，生活垃圾的無害化程度可達95%以上，但仍以衛(wèi)生填埋作為主要無害化處理方式。由于水泥窯具有較強的消納處理各類廢棄物的能力，水泥窯協(xié)同處置生活垃圾作為一種安全、環(huán)保的處理技術(shù)，已成為生活垃圾處理的重要輔助手段。水泥企業(yè)開展協(xié)同處置生活垃圾項目有助于實現(xiàn)企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，具有良好的社會效益和環(huán)境效益。
1我國生活垃圾產(chǎn)生及處理現(xiàn)狀
1.1我國生活垃圾清運及處理情況
根據(jù)2017年中國統(tǒng)計年鑒[1]，截至2016年底，全國生活垃圾清運量為2.036億噸。在已建成生活垃圾處理設(shè)施方面，2016年我國已建成無害化處置廠共940座，其中衛(wèi)生填埋657座，焚燒249座，其他34座。我國無害化處理能力達62.135萬噸/日，其中衛(wèi)生填埋處理能力35.01萬噸/日，焚燒處理能力25.585萬噸/日，其他方式處理能力1.54萬噸/日。2016年，我國生活垃圾無害化處理量為1.967億噸，無害化處理率為96.6%，其中衛(wèi)生填埋1.187億噸，占無害化處置量的60.3%;焚燒7378.4萬噸，占無害化處置量的37.5%;其他428.9萬噸，占無害化處置量的2.2%。由此可見，我國生活垃圾無害處理仍以衛(wèi)生填埋為主，隨著已有衛(wèi)生填埋場即將進入大量填滿關(guān)閉狀態(tài)，以及新建衛(wèi)生填埋場選址困難，我國生活垃圾處理方式將會逐漸發(fā)生變化，未來必將以焚燒等方式作為主要處理方式。
1.2我國生活垃圾產(chǎn)生特點
生活垃圾中主要含有廚余類、紙類、橡塑類、紡織類、木竹類、玻璃類、金屬類、灰土類、磚瓦陶瓷類等組分[2]。我國生活垃圾產(chǎn)生特點與國外發(fā)達國家相比有顯著的不同，國內(nèi)外生活垃圾組分對比如圖1所示[3-4]。美國、德國、日本等發(fā)達國家產(chǎn)生的生活垃圾主要以紙類為主，其次為廚余垃圾，而我國城市生活垃圾以含水率高、有機質(zhì)含量高的廚余類組分為主，廚余垃圾所占比例超過50%，相比于發(fā)達國家，我國城市生活垃圾中可回收利用的紙類、金屬類和橡塑類組分較低。而且因為我國幅員面積遼闊，南北方氣候、生活習(xí)慣差距大，所以南北方生活垃圾組分差距大。南方地區(qū)垃圾含水率高，在雨季可以高達70%，北方地區(qū)垃圾含水率低，冬季含水率在30%。由于中國城鄉(xiāng)二元經(jīng)濟結(jié)構(gòu)導(dǎo)致城鎮(zhèn)區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展水平普遍低于城市，村鎮(zhèn)生活垃圾人均產(chǎn)量普遍低于其對應(yīng)城市。城市與村鎮(zhèn)垃圾在組成方面也有很大差異。村鎮(zhèn)生活垃圾主要由廚余類與灰土類垃圾組成，而且灰土類含量呈現(xiàn)明顯的由南向北遞增的趨勢。
1.3生活垃圾處理技術(shù)
目前，生活垃圾處理方法主要有衛(wèi)生填埋、堆肥、焚燒等[5-6]。衛(wèi)生填埋作為最早應(yīng)用的生活垃圾處理方法，其技術(shù)比較成熟，操作管理比較簡單，投資和運行費用較低，但該方法的垃圾減容效果差，侵占大量土地資源，且產(chǎn)生的滲瀝液、沼氣收集處理難度大，易造成二次污染。堆肥作為有效處理富含有機成分生活垃圾的重要方法，由于我國生活垃圾組分復(fù)雜，堆肥在中國應(yīng)用不廣泛。
焚燒處理是除衛(wèi)生填埋外應(yīng)用最多的生活垃圾無害化處置方式，近二十年在中國發(fā)展速度較快，已成為我國大型城市生活垃圾處理的主要手段。以北京市為例[7]，北京市生活垃圾年焚燒量由2008年的12.6萬噸增加到2016年的300萬噸，增加了23倍;焚燒處理比重由2008年的1.87%增加到2016年的41.05%，增加了21倍。但焚燒處理帶來了焚燒尾氣、飛灰、灰渣等多種問題，尤其焚燒尾氣中包含有顆粒物、SO2、重金屬、二噁英等多種污染物，飛灰中含有苯系物、二噁英等有機污染物及鉛、銅等多種重金屬，飛灰屬于《國家危險廢物名錄》中列明的危險廢物。隨著公眾環(huán)境保護意識的提高以及大眾對垃圾焚燒技術(shù)環(huán)境安全性認識的缺乏，許多新籌建的垃圾焚燒廠往往受到周邊民眾的抵制與反對，焚燒廠選址困難。
由于水泥窯具有較強的消納處理各類廢棄物的能力，且不會產(chǎn)生灰渣和飛灰，近年來得到了快速發(fā)展，華新、金隅、海螺、中材國際、華潤等多家水泥集團已紛紛建成水泥窯協(xié)同處置生活垃圾項目。水泥窯協(xié)同處置生活垃圾作為一種安全、環(huán)保的處理技術(shù)，已成為生活垃圾處理的重要輔助手段。
2我國水泥窯協(xié)同處置生活垃圾模式分析
2.1國內(nèi)主要協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)路線
據(jù)統(tǒng)計，截至2018年10月底，我國已建成水泥窯協(xié)同處置生活垃圾項目57個，處置能力達770萬噸/年。在我國應(yīng)用的水泥窯協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)較多，華新、金隅、海螺、中材國際、華潤等水泥集團均采用了不同的技術(shù)路線。但從基本原理區(qū)分，可以分為兩大類：(1)制備垃圾衍生燃料(RDF)入窯處理工藝，具體為通過脫水、破碎、篩分等工藝將生活垃圾中可燃組分制備成RDF，RDF輸送至水泥窯高溫區(qū)進行焚燒，可以替代部分燃煤，該工藝應(yīng)用于華新、中材國際等;(2)將生活垃圾經(jīng)過脫水、破碎等預(yù)處理后，通過新增加配套焚燒設(shè)施(如氣化爐、熱盤爐等)對預(yù)處理后的垃圾進行焚燒，產(chǎn)生的廢氣和廢渣入水泥窯，該工藝應(yīng)用于金隅、海螺、華潤等。
2.1.1替代燃料技術(shù)(華新)
華新公司借鑒豪瑞集團在廢物處理技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)驗，并結(jié)合我國生活垃圾的特點，與豪瑞集團共同開發(fā)了生活垃圾制備替代燃料技術(shù)[8]，其替代燃料制備工藝流程如圖1所示。生活垃圾經(jīng)過破碎，然后送到干化系統(tǒng)干化15~18d，使原生態(tài)生活垃圾的含水率由45%以上降低至25%左右，干化的垃圾輸送至分選車間，分選出的有機質(zhì)、可燃物等作為替代燃料輸送至分解爐，分選出磚瓦碎塊等不可燃物入填埋場。整個過程中產(chǎn)生的垃圾滲濾液，由水泥窯窯頭噴入進行焚燒處理。
2.1.2替代燃料技術(shù)(中材國際)
中材國際自主研發(fā)了利用新型干法水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾的完整系統(tǒng)[9]，包含生活垃圾處理廠和水泥廠配套接納兩個部分，工藝流程如圖2所示。生活垃圾由運輸車送至預(yù)處理廠直接進行分選處理，分選出其中的可燃物(塑料、橡膠、紙片等)與不可燃物(無機物、廚余物等)運送至水泥廠?？扇嘉锝?jīng)壓縮脫水后，作為替代燃料喂入分解爐;不可燃物直接參與生料配制，進入生料磨內(nèi)進行粉磨。過程產(chǎn)生的臭氣及污水，經(jīng)過專門的處理系統(tǒng)處理達標(biāo)后排放。
2.1.3替代燃料+氣化爐技術(shù)(金隅)
金隅研發(fā)的生活垃圾制備替代燃料+氣化爐技術(shù)已成功應(yīng)用，該技術(shù)工藝流程如圖3所示。生活垃圾進廠后入儲坑，由行車抓斗進行垃圾均化，然后喂入垃圾破碎機，破碎后的垃圾進入滾筒篩分機，篩上物進入脫水機脫水，脫水后的物料通過溜槽進入垃圾篩上物儲庫，篩下渣土進入緩沖倉，然后通過皮帶輸送到污泥儲坑。篩上物垃圾由抓斗抓入給料機后進入氣化爐，經(jīng)氣化燃燒后，分解為高溫可燃氣和無機爐渣，高溫可燃氣進入分解爐，爐渣經(jīng)出渣機和除鐵后入生料磨配料倉。過程中產(chǎn)生的滲濾液收集后，泵入窯頭焚燒處理。
2.1.4 CKK技術(shù)(海螺)
CKK技術(shù)是海螺與日本川崎共同開發(fā)的利用水泥工業(yè)新型干法窯和氣化爐相結(jié)合處理城市生活垃圾技術(shù)[10]，其工藝流程如圖4所示。生活垃圾經(jīng)破碎攪拌均化后，入氣化爐內(nèi)，垃圾在500~550℃的溫度環(huán)境下與流化砂混和、沸騰，部分垃圾欠氧燃燒產(chǎn)生熱量以維持溫度，垃圾發(fā)生氣化反應(yīng)，生成氣化煙氣，并送到分解爐內(nèi)進一步燃燒。煙氣中的可燃氣體可作為替代燃料?；以鼜臍饣癄t底部排出，冷卻后分離出鐵、鋁等金屬，無機物灰渣用作水泥生產(chǎn)原料。
2.1.5機械生物法預(yù)處理+熱盤爐技術(shù)(華潤)
華潤率先在我國采用該技術(shù)實現(xiàn)生活垃圾協(xié)同處置[11],工藝流程如圖5所示，熱盤爐由丹麥FLSth公司專為水泥窯焚燒廢棄物研制，目前已在加拿大、挪威、中國等50個項目上成功應(yīng)用。生活垃圾經(jīng)破碎、生物干化、擠壓脫水等預(yù)處理后，計量輸送入熱盤爐，在高溫三次風(fēng)(900℃)中引燃，焚燒溫度可達1050℃。焚燒殘渣進入水泥窯，形成水泥熟料;焚燒產(chǎn)生的氣體經(jīng)高溫燃燒、徹底分解后，經(jīng)窯尾排放。
2.2不同協(xié)同處置生活垃圾工藝技術(shù)經(jīng)濟對比
綜合國內(nèi)已建成的水泥窯協(xié)同處置生活垃圾項目情況，不同協(xié)同處置生活垃圾工藝的技術(shù)經(jīng)濟對比如表1所示。在投資方面，替代燃料技術(shù)(華新)、替代燃料技術(shù)(中材國際)、CKK技術(shù)(海螺)、機械生物法預(yù)處理+熱盤爐技術(shù)(華潤)的投資成本高，協(xié)同500噸/天生活垃圾項目投資超過1億元;替代燃料+氣化爐技術(shù)(金隅)的投資成本相對低一些。在運行成本方面，上述五項技術(shù)運行成本在120~220元/噸之間，相比較而言，替代燃料+氣化爐技術(shù)(金隅)運行成本約130~150元/噸，機械生物法預(yù)處理+熱盤爐技術(shù)(華潤)運行成本約120~140元/噸，二者相對低一些。
2.3不同協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)適用性分析
不同協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)適用性分析如表2所示，綜合分析，各類處置技術(shù)均具有其適用性，并都取得了工程示范。
3水泥窯協(xié)同處置生活垃圾發(fā)展趨勢及發(fā)展建議
近年來，我國水泥窯協(xié)同處置生活垃圾行業(yè)得到了長足的發(fā)展，已建成的項目達57個，成為了水泥企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的一個重要方向，為解決項目當(dāng)?shù)赜缮罾l(fā)的環(huán)境問題，發(fā)揮了顯著的作用，取得了良好的社會效益和環(huán)境效益。未來，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)在生活垃圾處置方面，必將會繼續(xù)發(fā)揮重要的作用。
但在發(fā)展過程中所面臨的各方面問題，仍不可忽視，綜合分析所面臨的問題，并提出發(fā)展建議如下：
(1)項目建設(shè)定位應(yīng)合理。生活垃圾焚燒發(fā)電廠具有較大的處置能力，處置能力一般大于1000噸/天，可與大城市產(chǎn)生的垃圾量匹配，焚燒發(fā)電已成為我國大型城市生活垃圾處理的主要手段。而水泥窯協(xié)同處置生活垃圾項目處置能力最大一般為500噸/天，與中小城市、縣城產(chǎn)生的垃圾量匹配。因此，水泥窯協(xié)同處置生活垃圾項目應(yīng)圍繞中小城市、縣城建設(shè)，可保證垃圾產(chǎn)生量與處置能力相匹配。
(2)確定重點推廣的技術(shù)路線。我國已形成了多種適用于我國生活垃圾處置的技術(shù)路線，各種技術(shù)路線均具有其適用范圍，且都取得了工程案例實踐。從項目投資和運行情況來看，制備替代燃料是水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的發(fā)展方向，應(yīng)根據(jù)項目的垃圾產(chǎn)生量、垃圾品質(zhì)、場地等具體情況選擇相適用的技術(shù)路線。
(3)推薦“建設(shè)預(yù)處理中心+水泥企業(yè)終端處置”模式。區(qū)別于危險廢物等固體廢物，生活垃圾組分相對簡單，適合建設(shè)預(yù)處理中心，得到均質(zhì)化的生活垃圾預(yù)處理產(chǎn)物，通過皮帶輸送、汽車轉(zhuǎn)運等方式，由水泥企業(yè)進行終端處置。隨著我國推廣垃圾分類工作，預(yù)處理工作將更容易實現(xiàn)，預(yù)處理產(chǎn)品質(zhì)量也會更好。
(4)項目經(jīng)濟效益不明顯。區(qū)別于生活垃圾焚燒發(fā)電項目有完善的財政補貼政策，協(xié)同處置生活垃圾項目缺少國家補貼政策支持，某些項目僅從地方政府獲得了少量財政補貼。從已運行的項目來看，大部分項目處于不盈利或虧損狀態(tài)，項目經(jīng)濟效益不明顯，若僅從經(jīng)濟效益考慮，不建議開展協(xié)同處置生活垃圾項目建設(shè)。
(5)項目社會效益、環(huán)境效益顯著。在水泥產(chǎn)能過剩和供給側(cè)改革的背景下，水泥企業(yè)進行綠色轉(zhuǎn)型已變得日益迫切，而開展協(xié)同處置是實現(xiàn)水泥企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型、維持生存的重要方向。未來水泥企業(yè)將會承擔(dān)更多的社會責(zé)任，為解決城市環(huán)境問題發(fā)揮重要作用。
