水泥窯協(xié)同處置村鎮(zhèn)生活垃圾的一種新模式

馮慶革，楊宏斌，李曉輝，席凱帆，黃華存，李 平，韋 旭

(1.廣西大學(xué)環(huán)境學(xué)院廣西高校環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣西南寧530004；2.廣西壯族自治區(qū)固體廢物管理中心， 廣西南寧530028；3.南寧市海星環(huán)?？萍加邢挢?zé)任公司， 廣西南寧530007)

?

水泥窯協(xié)同處置村鎮(zhèn)生活垃圾的一種新模式

馮慶革1，楊宏斌2，李曉輝1，席凱帆3，黃華存1，李 平2，韋 旭1

(1.廣西大學(xué)環(huán)境學(xué)院廣西高校環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣西南寧530004；2.廣西壯族自治區(qū)固體廢物管理中心， 廣西南寧530028；3.南寧市海星環(huán)?？萍加邢挢?zé)任公司， 廣西南寧530007)

通過對(duì)廣西村鎮(zhèn)生活垃圾特點(diǎn)的分析，結(jié)合水泥窯處置生活垃圾技術(shù)現(xiàn)狀，提出了一種將村鎮(zhèn)生活垃圾進(jìn)行一定處理，然后隨三次風(fēng)直接噴入分解爐的水泥窯協(xié)同處置新模式。試驗(yàn)表明：80 t/d的摻燒范圍內(nèi)，用該模式處置村鎮(zhèn)生活垃圾對(duì)水泥窯工況、水泥熟料品質(zhì)以及窯尾污染物排放的影響不明顯，處置效果可以達(dá)到“減量化、無害化、資源化”的目標(biāo)，并且工藝簡(jiǎn)單、投資成本低，為村鎮(zhèn)生活垃圾的處置提供了一條新途徑。

水泥窯；處置；村鎮(zhèn)；生活垃圾；模式

0 引 言

2005年社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)以來，人們對(duì)于村鎮(zhèn)生活垃圾處理、處置問題的關(guān)注越來越多。目前，一些地區(qū)主要采用“村收集、鄉(xiāng)鎮(zhèn)轉(zhuǎn)運(yùn)、縣集中處理”的模式處理村鎮(zhèn)生活垃圾[1]，但是“縣集中處理”方案的選擇直接決定垃圾的最終去向，顯得尤為重要。

近年來，各專家學(xué)者紛紛將生活垃圾的處理、處置寄希望于水泥工業(yè)[2-6]，即利用新型干法水泥窯工藝溫度高、熱容大、堿性氣氛、負(fù)壓環(huán)境、不產(chǎn)生灰渣等天然優(yōu)勢(shì)處置生活垃圾，該方法具有很大前景。本研究通過調(diào)研和試驗(yàn)，分析了村鎮(zhèn)生活垃圾的現(xiàn)狀、特點(diǎn)和水泥窯協(xié)同處理生活垃圾的模式，提出了針對(duì)村鎮(zhèn)生活垃圾的處置簡(jiǎn)易模式。

1 村鎮(zhèn)生活的現(xiàn)狀和特點(diǎn)

1.1 村鎮(zhèn)生活垃圾的現(xiàn)狀

受傳統(tǒng)粗放的村鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式根深蒂固的影響，居民對(duì)生態(tài)環(huán)境的認(rèn)識(shí)還未根本改變。由于大多村鎮(zhèn)管理體系不完善、資金不足等原因，村鎮(zhèn)生活垃圾一直得不到有效治理，嚴(yán)重影響村鎮(zhèn)居民的生活環(huán)境和身體健康。

目前，大多村鎮(zhèn)生活垃圾的主要處理方法為露天堆放、焚燒和堆肥，由于缺乏科學(xué)技術(shù)合理的指導(dǎo)，這些處理措施可能導(dǎo)致二次污染，達(dá)不到根本處理的目的。少數(shù)村鎮(zhèn)雖建有垃圾填埋場(chǎng)或焚燒廠，然而規(guī)模小，受經(jīng)費(fèi)、管理水平、人力資源等因素[7]的制約，最終不能“無害化”處理生活垃圾。

1.2 村鎮(zhèn)生活垃圾的特點(diǎn)

以廣西區(qū)村鎮(zhèn)生活垃圾為例，對(duì)區(qū)內(nèi)10個(gè)典型鎮(zhèn)與20個(gè)典型村的生活垃圾進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)同全國(guó)大部分村鎮(zhèn)類似，具有如下特點(diǎn)：①構(gòu)成多樣化、成分日趨復(fù)雜。隨著各種現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的日用消費(fèi)品在村鎮(zhèn)的普及，村鎮(zhèn)生活垃圾不但含有爐灰、廚余、果皮等易降解垃圾，還存在廢舊電子產(chǎn)品、包裝袋、碎玻璃、石棉瓦等不可降解組分，成分更為復(fù)雜，表1為廣西典型村鎮(zhèn)生活垃圾的成分；②總量少，熱值低。大部分村鎮(zhèn)居民會(huì)自主簡(jiǎn)單地處理一些生活垃圾，如堆肥[8]，回收賣廢品或用于生火做飯等，因此需要收集處置的生活垃圾總量并不多，由表1可知，村鎮(zhèn)生活垃圾無機(jī)物含量、含水率均高達(dá)50%左右，因此其熱值很低；③收運(yùn)、分類困難。村鎮(zhèn)居民居住相對(duì)分散，經(jīng)濟(jì)和交通水平相對(duì)落后，沒有專人對(duì)道路、渠道等公共場(chǎng)地的衛(wèi)生進(jìn)行集中打掃清理，不便收運(yùn)。另外村鎮(zhèn)居民環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)，對(duì)于垃圾分類知之甚少，故村鎮(zhèn)生活垃圾源頭分類實(shí)施困難。

表1 廣西典型村鎮(zhèn)生活垃圾的成分

2 利用水泥窯協(xié)同處理生活垃圾的模式

2.1 銅陵海螺水泥廠CKK模式

CKK(conch kawasaki kiln system)模式[9-12]是在水泥窯系統(tǒng)外平行建立垃圾焚燒氣化爐來處置城市生活垃圾的一種工藝，即以窯系統(tǒng)的三次風(fēng)為主要熱源，對(duì)生活垃圾及其滲濾液進(jìn)行焚燒，并將焚燒后的煙氣和爐渣導(dǎo)入窯系統(tǒng)中處置。主要流程見圖1。該模式對(duì)原有的水泥窯系統(tǒng)不必過分改造，易于推廣。

2010年10月，CKK模式在銅陵海螺水泥廠5 000 t/d的生產(chǎn)線上已經(jīng)投產(chǎn)使用，生活垃圾處理量已然達(dá)到300 t/d的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

圖1 銅陵海螺CKK模式流程圖

2.2 丹麥?zhǔn)访芩构緹岜P爐模式

熱盤爐模式[10-11,13]是在水泥窯系統(tǒng)內(nèi)建立在線垃圾焚燒爐來處置生活垃圾的一種工藝，即以三次風(fēng)和部分熱生料為熱源，對(duì)生活垃圾進(jìn)行焚燒，期間所產(chǎn)生的煙氣和爐渣返回熟料燒成系統(tǒng)中進(jìn)一步處置。主要流程見圖2。熱盤爐構(gòu)造簡(jiǎn)單，占地面積小，對(duì)生活垃圾適應(yīng)性強(qiáng)，密閉性能好，熱能利用率高，無污染物外排。

圖2 史密斯公司熱盤爐模式流程圖

2002年，針對(duì)可燃垃圾的熱盤爐模式已在挪威Kjopsvik水泥廠首次投產(chǎn)，并相繼在德國(guó)、加拿大、巴西等國(guó)家投產(chǎn)使用。

2.3 湖北華新水泥RDF模式

RDF(refuse derived fuel)模式[10-11,14]是通過建立專門的生活垃圾預(yù)處理廠，對(duì)混合生活垃圾進(jìn)行破碎、發(fā)酵干化、分選等一系列處理后，制成替代燃料供水泥工業(yè)作為替代燃料來消納生活垃圾的一種工藝，主要流程見圖3。該工藝強(qiáng)化了對(duì)混合生活垃圾的預(yù)處理，制成的RDF具有含水量低、熱值高的特點(diǎn)，RDF在水泥工業(yè)的應(yīng)用可減少企業(yè)資源能源的消耗成本。

2011年7月，湖北華新武穴水泥廠的RDF模式已經(jīng)正式投入運(yùn)行，生活垃圾的處理量為500 t/d[15]。

圖3 華新RDF模式流程示意圖

3 水泥窯協(xié)同處置村鎮(zhèn)生活垃圾的簡(jiǎn)易模式

以上的幾種模式各有特點(diǎn)，對(duì)投資量大、生活垃圾量大、分類和收集較好的城市生活垃圾具有較好的適應(yīng)性，但是，村鎮(zhèn)的實(shí)際經(jīng)濟(jì)情況及其生活垃圾的特點(diǎn)表明，上述模式不適合村鎮(zhèn)的生活垃圾處理；本研究在水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾技術(shù)的基礎(chǔ)上，依托于某水泥廠日產(chǎn)4 500 t熟料的新型干法水泥窯生產(chǎn)線，提出水泥窯協(xié)同處置村鎮(zhèn)生活垃圾的簡(jiǎn)易模式，其主要流程見圖4。分選廠對(duì)村鎮(zhèn)生活垃圾的處理效果如圖5 和圖6所示。垃圾喂料如圖7所示，試驗(yàn)過程中，上料設(shè)備將村鎮(zhèn)生活垃圾以一定速率定量投入水泥窯系統(tǒng)中，投加量依次為20 t/d，50 t/d和80 t/d。生活垃圾在三次風(fēng)1 100 ℃以及分解爐870 ℃的高溫下徹底焚燒，產(chǎn)生的煙氣依次被旋風(fēng)預(yù)熱器、增濕塔、原料磨和除塵設(shè)備凈化后高空排放，剩下的灰渣隨熱生料一起進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯被煅燒成水泥熟料。

圖4 水泥窯協(xié)同處置村鎮(zhèn)生活垃圾新模式流程圖

圖5 原始村鎮(zhèn)生活垃圾

Fig.5 Original township household garbage

圖6 簡(jiǎn)易處理后的村鎮(zhèn)生活垃圾

Fig.6 Township household garbage treated simply

圖7 垃圾喂料示意圖

試驗(yàn)結(jié)果表明，在80 t/d摻燒范圍內(nèi)，摻燒經(jīng)簡(jiǎn)易處理后的生活垃圾對(duì)水泥窯工況的影響在可控范圍之內(nèi)；對(duì)水泥窯用煤量和熟料產(chǎn)量無影響；熟料品質(zhì)與不摻燒生活垃圾時(shí)相比差別不大，其性能及其重金屬含量均符合國(guó)家現(xiàn)行硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)[16]和水泥工廠設(shè)計(jì)規(guī)范[17]的要求；表2為80 t/d摻燒生活垃圾的水泥廠常規(guī)性污染物排放監(jiān)測(cè)結(jié)果，表明窯尾煙囪污染物排放量，尤其是總所矚目的二噁英，也符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[18]和水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)[19]。

表2 摻燒80 t/d生活垃圾的水泥廠常規(guī)性污染物排放監(jiān)測(cè)結(jié)果

該模式對(duì)生活垃圾的預(yù)處理過程簡(jiǎn)單，不必對(duì)水泥窯進(jìn)行太大改造，解決了目前我國(guó)村鎮(zhèn)生活垃圾治理經(jīng)費(fèi)投入不足、垃圾分選困難的問題。并在處理過程中充分利用了垃圾的熱量與物質(zhì)，達(dá)到生活垃圾“減量化、無害化、資源化”的處置目標(biāo)。

水泥窯協(xié)同處置村鎮(zhèn)生活垃圾的新模式與其他三種模式的對(duì)比如表3所示，這四種協(xié)同處置生活垃圾的工藝，均可獲得一定的環(huán)境效益，但是均有其適用的特殊性，在推廣應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮當(dāng)?shù)卣?cái)政、水泥企業(yè)、生活垃圾等的實(shí)際情況而定，若一成不變的套用這些模式則可能造成經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的失衡。

表3 水泥窯協(xié)同處置生活垃圾模式對(duì)比

4 結(jié) 語

①村鎮(zhèn)生活垃圾具有構(gòu)成多樣、成分復(fù)雜，總量少，熱值低和收運(yùn)、分類困難的特點(diǎn)，處理相對(duì)困難；

②采用將村鎮(zhèn)生活垃圾進(jìn)行一定預(yù)處理，然后隨三次風(fēng)直接噴入分解爐的水泥窯協(xié)同處置新模式，處理量小于80 t/d時(shí)，對(duì)水泥窯工況、水泥品質(zhì)以及污染物排放基本無影響；

③水泥窯協(xié)同處置村鎮(zhèn)生活垃圾的簡(jiǎn)易模式對(duì)于垃圾收集量不大且財(cái)政資金不足的村鎮(zhèn)而言，具有一定借鑒意義。但選用何種模式，應(yīng)當(dāng)綜合考慮當(dāng)?shù)卣?、企業(yè)以及居民的實(shí)際情況，經(jīng)過調(diào)查、研究和分析而定。

[1] 師曉京.把村鎮(zhèn)生活垃圾管起來[N]. 農(nóng)民日?qǐng)?bào),2007-03-21(008).

[2] 蔡玉良，楊學(xué)權(quán)，辛美靜，等.重點(diǎn)關(guān)注水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾技術(shù)及推廣應(yīng)用[J]. 中國(guó)水泥，2011(5)：43-49.

[3] 潘琦，王艷，劉旭.水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的可行性[J]. 中國(guó)資源綜合利用，2012(6)：40-43.

[4] 崔素萍.水泥工業(yè)處理廢棄物優(yōu)勢(shì)及問題分析[J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向，2003(3)：49-52.

[5] MOKRZYCKI E, BOCHECZYK A U.Alternative fuels for the cement industry[J]. Applied Energy, 2003, 74(1-2): 95-100.

[6] LIU Zhi-qiang, LIU Zhi-hua, LI Xiao-lin.Status and prospect of the application of municipal solid waste incineration in China[J]. Applied Thermal Engineering, 2006, 26(11-12): 1 119-1193.

[7] 徐海云.建立集約化村鎮(zhèn)生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)[J]. 建設(shè)科技，2013(8)：30-33.

[8] 黃華.淺論南寧市生活垃圾堆肥技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展[J]. 廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004,29(S1)：186-190.

[9] 毛艷明，朱國(guó)春，黃德勝，等.水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾方案分析對(duì)比[J]. 新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)，2014(3)：12-16.

[10]朱大來，宋立華.目前水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的幾種方式[J]. 中國(guó)水泥，2010(7)：47-48.

[11]黃勇，孟凡軍.利用水泥窯處理城市生活垃圾技術(shù)[J]. 中國(guó)水泥，2010(12)：47-49.

[12]靳惠怡.無害化處理資源化利用海螺集團(tuán)水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾項(xiàng)目探究[J]. 中國(guó)建材，2014(3)：35-39.

[13]李廣明，劉延偉，單鋒，等.淺談水泥窯協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)及裝備[J]. 中國(guó)水泥，2012(3)：57-60.

[14]GENON G, BRIZIO E.Perspectives and limits for cement kilns as a destination for RDF[J]. Waste Management, 2008, 28(11): 2 238-2375.

[15]蔣明麟.水泥工業(yè)協(xié)同處置廢棄物的情況和進(jìn)展[C]//中國(guó)建材產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)創(chuàng)新發(fā)展研究論文集.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2013：61-62.

[16]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 175—2007 通用硅酸鹽水泥[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[17]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50295—2008 水泥工廠設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

[18]中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部.GB 4915—2013 水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2013.

[19]中華人民共和國(guó)國(guó)環(huán)境保護(hù)部.GB 30485—2013 水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2013.

(責(zé)任編輯 張曉云 梁碧芬)

A new co-processing model for township domestic waste in the cement kiln system

FENG Qing-ge1， YANG Hong-bin2， LI Xiao-hui1， XI Kai-fan3， HUANG Hua-cun1， LI Ping2， WEI Xu1

(1.School of Environment, Guangxi University, Key Laboratory of Environmental Protection, Nanning 530004, China; 2.Guangxi Solid Waste Management Center, Nanning 530028, China; 3.Haixing Environmental technology Co., Ltd., Nanning 530007, China)

Based on the analysis of domestic waste features of towns and villages in Guangxi, and present situation of disposal technology using NSP (new suspension preheater) kiln, a new model was put forward. The domestic waste was sprayed into preheater with the tertiary air after a simple preprocessing. The experiment results showed that: there was no obvious effect on the operation of kiln, the quality of clinker and the emission of pollutants from the stack with this new model when the co-incinerating quantity was within the limits of 80 t/d. At the same time, the goal, “reduction, harmless, resources”, was achieved. It also was of the advantages of simple process, low cost and thus provides a new approach for the disposal of domestic waste.

the cement kiln；disposal；township；domestic waste；model

2015-12-01；

2016-01-22

廣西科技攻關(guān)項(xiàng)目(桂科攻12118021-1-1)

馮慶革(1967—)，男(壯族)，廣西天等人，廣西大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師；E-mail：fengqg@gxu.edu.cn。

楊宏斌，李曉輝，馮慶革，等.水泥窯協(xié)同處置村鎮(zhèn)生活垃圾的一種新模式[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，41(5)：1696-1701.

10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.1696

X705

A

1001-7445(2016)05-1696-06