摘要：水泥窯協同處置生活垃圾作為一種安全、環保的處理技術，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生及處理現狀、協同處置生活垃圾技術路線、技術經濟對比、技術適用性等內容，并提出水泥窯協同處置生活垃圾發展建議。
關鍵詞：水泥窯;協同處置;生活垃圾
0引言
隨著我國經濟高速發展，城市化進程加快，生活垃圾的產生量逐年增加，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注。目前，我國生活垃圾處理方法主要有衛生填埋、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，水泥窯協同處置生活垃圾作為一種安全、環保的處理技術，已成為生活垃圾處理的重要輔助手段。水泥企業開展協同處置生活垃圾項目有助于實現企業綠色轉型，具有良好的社會效益和環境效益。
1我國生活垃圾產生及處理現狀
1.1我國生活垃圾清運及處理情況
根據2017年中國統計年鑒[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施方面，2016年我國已建成無害化處置廠共940座，其中衛生填埋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生填埋為主，隨著已有衛生填埋場即將進入大量填滿關閉狀態，以及新建衛生填埋場選址困難，我國生活垃圾處理方式將會逐漸發生變化，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]。我國生活垃圾產生特點與國外發達國家相比有顯著的不同，國內外生活垃圾組分對比如圖1所示[3-4]。美國、德國、日本等發達國家產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、生活習慣差距大，所以南北方生活垃圾組分差距大。南方地區垃圾含水率高，在雨季可以高達70%，北方地區垃圾含水率低，冬季含水率在30%。由于中國城鄉二元經濟結構導致城鎮區域社會經濟發展水平普遍低于城市，村鎮生活垃圾人均產量普遍低于其對應城市。城市與村鎮垃圾在組成方面也有很大差異。村鎮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明顯的由南向北遞增的趨勢。
1.3生活垃圾處理技術
目前，生活垃圾處理方法主要有衛生填埋、堆肥、焚燒等[5-6]。衛生填埋作為最早應用的生活垃圾處理方法，其技術比較成熟，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雜，堆肥在中國應用不廣泛。
焚燒處理是除衛生填埋外應用最多的生活垃圾無害化處置方式，近二十年在中國發展速度較快，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。隨著公眾環境保護意識的提高以及大眾對垃圾焚燒技術環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，且不會產生灰渣和飛灰，近年來得到了快速發展，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同處置生活垃圾項目。水泥窯協同處置生活垃圾作為一種安全、環保的處理技術，已成為生活垃圾處理的重要輔助手段。
2我國水泥窯協同處置生活垃圾模式分析
2.1國內主要協同處置生活垃圾技術路線
據統計，截至2018年10月底，我國已建成水泥窯協同處置生活垃圾項目57個，處置能力達770萬噸/年。在我國應用的水泥窯協同處置生活垃圾技術較多，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路線。但從基本原理區分，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進行焚燒，可以替代部分燃煤，該工藝應用于華新、中材國際等;(2)將生活垃圾經過脫水、破碎等預處理后，通過新增加配套焚燒設施(如氣化爐、熱盤爐等)對預處理后的垃圾進行焚燒，產生的廢氣和廢渣入水泥窯，該工藝應用于金隅、海螺、華潤等。
2.1.1替代燃料技術(華新)
華新公司借鑒豪瑞集團在廢物處理技術領域的經驗，并結合我國生活垃圾的特點，與豪瑞集團共同開發了生活垃圾制備替代燃料技術[8]，其替代燃料制備工藝流程如圖1所示。生活垃圾經過破碎，然后送到干化系統干化15~18d，使原生態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、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(中材國際)
中材國際自主研發了利用新型干法水泥窯協同處置城市生活垃圾的完整系統[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。可燃物經壓縮脫水后，作為替代燃料喂入分解爐;不可燃物直接參與生料配制，進入生料磨內進行粉磨。過程產生的臭氣及污水，經過專門的處理系統處理達標后排放。
2.1.3替代燃料+氣化爐技術(金隅)
金隅研發的生活垃圾制備替代燃料+氣化爐技術已成功應用，該技術工藝流程如圖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，爐渣經出渣機和除鐵后入生料磨配料倉。過程中產生的滲濾液收集后，泵入窯頭焚燒處理。
2.1.4 CKK技術(海螺)
CKK技術是海螺與日本川崎共同開發的利用水泥工業新型干法窯和氣化爐相結合處理城市生活垃圾技術[10]，其工藝流程如圖4所示。生活垃圾經破碎攪拌均化后，入氣化爐內，垃圾在500~550℃的溫度環境下與流化砂混和、沸騰，部分垃圾欠氧燃燒產生熱量以維持溫度，垃圾發生氣化反應，生成氣化煙氣，并送到分解爐內進一步燃燒。煙氣中的可燃氣體可作為替代燃料。灰渣從氣化爐底部排出，冷卻后分離出鐵、鋁等金屬，無機物灰渣用作水泥生產原料。
2.1.5機械生物法預處理+熱盤爐技術(華潤)
華潤率先在我國采用該技術實現生活垃圾協同處置[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個項目上成功應用。生活垃圾經破碎、生物干化、擠壓脫水等預處理后，計量輸送入熱盤爐，在高溫三次風(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;焚燒產生的氣體經高溫燃燒、徹底分解后，經窯尾排放。
2.2不同協同處置生活垃圾工藝技術經濟對比
綜合國內已建成的水泥窯協同處置生活垃圾項目情況，不同協同處置生活垃圾工藝的技術經濟對比如表1所示。在投資方面，替代燃料技術(華新)、替代燃料技術(中材國際)、CKK技術(海螺)、機械生物法預處理+熱盤爐技術(華潤)的投資成本高，協同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(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(金隅)運行成本約130~150元/噸，機械生物法預處理+熱盤爐技術(華潤)運行成本約120~140元/噸，二者相對低一些。
2.3不同協同處置生活垃圾技術適用性分析
不同協同處置生活垃圾技術適用性分析如表2所示，綜合分析，各類處置技術均具有其適用性，并都取得了工程示范。
3水泥窯協同處置生活垃圾發展趨勢及發展建議
近年來，我國水泥窯協同處置生活垃圾行業得到了長足的發展，已建成的項目達57個，成為了水泥企業綠色轉型的一個重要方向，為解決項目當地由生活垃圾引發的環境問題，發揮了顯著的作用，取得了良好的社會效益和環境效益。未來，水泥窯協同處置技術在生活垃圾處置方面，必將會繼續發揮重要的作用。
但在發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，并提出發展建議如下：
(1)項目建設定位應合理。生活垃圾焚燒發電廠具有較大的處置能力，處置能力一般大于1000噸/天，可與大城市產生的垃圾量匹配，焚燒發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、縣城產生的垃圾量匹配。因此，水泥窯協同處置生活垃圾項目應圍繞中小城市、縣城建設，可保證垃圾產生量與處置能力相匹配。
(2)確定重點推廣的技術路線。我國已形成了多種適用于我國生活垃圾處置的技術路線，各種技術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同處置生活垃圾的發展方向，應根據項目的垃圾產生量、垃圾品質、場地等具體情況選擇相適用的技術路線。
(3)推薦“建設預處理中心+水泥企業終端處置”模式。區別于危險廢物等固體廢物，生活垃圾組分相對簡單，適合建設預處理中心，得到均質化的生活垃圾預處理產物，通過皮帶輸送、汽車轉運等方式，由水泥企業進行終端處置。隨著我國推廣垃圾分類工作，預處理工作將更容易實現，預處理產品質量也會更好。
(4)項目經濟效益不明顯。區別于生活垃圾焚燒發電項目有完善的財政補貼政策，協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，項目經濟效益不明顯，若僅從經濟效益考慮，不建議開展協同處置生活垃圾項目建設。
(5)項目社會效益、環境效益顯著。在水泥產能過剩和供給側改革的背景下，水泥企業進行綠色轉型已變得日益迫切，而開展協同處置是實現水泥企業綠色轉型、維持生存的重要方向。未來水泥企業將會承擔更多的社會責任，為解決城市環境問題發揮重要作用。