水泥窑协同处置村镇生活垃圾的一种新模式

冯庆革，杨宏斌，李晓辉，席凯帆，黄华存，李 平，韦 旭

(1.广西大学环境学院广西高校环境保护重点实验室， 广西南宁530004；2.广西壮族自治区固体废物管理中心， 广西南宁530028；3.南宁市海星环保科技有限责任公司， 广西南宁530007)



水泥窑协同处置村镇生活垃圾的一种新模式

冯庆革1，杨宏斌2，李晓辉1，席凯帆3，黄华存1，李 平2，韦 旭1

(1.广西大学环境学院广西高校环境保护重点实验室， 广西南宁530004；2.广西壮族自治区固体废物管理中心， 广西南宁530028；3.南宁市海星环保科技有限责任公司， 广西南宁530007)

通过对广西村镇生活垃圾特点的分析，结合水泥窑处置生活垃圾技术现状，提出了一种将村镇生活垃圾进行一定处理，然后随三次风直接喷入分解炉的水泥窑协同处置新模式。试验表明：80 t/d的掺烧范围内，用该模式处置村镇生活垃圾对水泥窑工况、水泥熟料品质以及窑尾污染物排放的影响不明显，处置效果可以达到“减量化、无害化、资源化”的目标，并且工艺简单、投资成本低，为村镇生活垃圾的处置提供了一条新途径。

水泥窑；处置；村镇；生活垃圾；模式

0 引 言

2005年社会主义新农村建设以来，人们对于村镇生活垃圾处理、处置问题的关注越来越多。目前，一些地区主要采用“村收集、乡镇转运、县集中处理”的模式处理村镇生活垃圾[1]，但是“县集中处理”方案的选择直接决定垃圾的最终去向，显得尤为重要。

近年来，各专家学者纷纷将生活垃圾的处理、处置寄希望于水泥工业[2-6]，即利用新型干法水泥窑工艺温度高、热容大、碱性气氛、负压环境、不产生灰渣等天然优势处置生活垃圾，该方法具有很大前景。本研究通过调研和试验，分析了村镇生活垃圾的现状、特点和水泥窑协同处理生活垃圾的模式，提出了针对村镇生活垃圾的处置简易模式。

1 村镇生活的现状和特点

1.1 村镇生活垃圾的现状

受传统粗放的村镇经济发展模式根深蒂固的影响，居民对生态环境的认识还未根本改变。由于大多村镇管理体系不完善、资金不足等原因，村镇生活垃圾一直得不到有效治理，严重影响村镇居民的生活环境和身体健康。

目前，大多村镇生活垃圾的主要处理方法为露天堆放、焚烧和堆肥，由于缺乏科学技术合理的指导，这些处理措施可能导致二次污染，达不到根本处理的目的。少数村镇虽建有垃圾填埋场或焚烧厂，然而规模小，受经费、管理水平、人力资源等因素[7]的制约，最终不能“无害化”处理生活垃圾。

1.2 村镇生活垃圾的特点

以广西区村镇生活垃圾为例，对区内10个典型镇与20个典型村的生活垃圾进行调查，发现同全国大部分村镇类似，具有如下特点：①构成多样化、成分日趋复杂。随着各种现代工业生产的日用消费品在村镇的普及，村镇生活垃圾不但含有炉灰、厨余、果皮等易降解垃圾，还存在废旧电子产品、包装袋、碎玻璃、石棉瓦等不可降解组分，成分更为复杂，表1为广西典型村镇生活垃圾的成分；②总量少，热值低。大部分村镇居民会自主简单地处理一些生活垃圾，如堆肥[8]，回收卖废品或用于生火做饭等，因此需要收集处置的生活垃圾总量并不多，由表1可知，村镇生活垃圾无机物含量、含水率均高达50%左右，因此其热值很低；③收运、分类困难。村镇居民居住相对分散，经济和交通水平相对落后，没有专人对道路、渠道等公共场地的卫生进行集中打扫清理，不便收运。另外村镇居民环保意识不强，对于垃圾分类知之甚少，故村镇生活垃圾源头分类实施困难。

表1 广西典型村镇生活垃圾的成分

2 利用水泥窑协同处理生活垃圾的模式

2.1 铜陵海螺水泥厂CKK模式

CKK(conch kawasaki kiln system)模式[9-12]是在水泥窑系统外平行建立垃圾焚烧气化炉来处置城市生活垃圾的一种工艺，即以窑系统的三次风为主要热源，对生活垃圾及其渗滤液进行焚烧，并将焚烧后的烟气和炉渣导入窑系统中处置。主要流程见图1。该模式对原有的水泥窑系统不必过分改造，易于推广。

2010年10月，CKK模式在铜陵海螺水泥厂5 000 t/d的生产线上已经投产使用，生活垃圾处理量已然达到300 t/d的设计指标。

图1 铜陵海螺CKK模式流程图

2.2 丹麦史密斯公司热盘炉模式

热盘炉模式[10-11,13]是在水泥窑系统内建立在线垃圾焚烧炉来处置生活垃圾的一种工艺，即以三次风和部分热生料为热源，对生活垃圾进行焚烧，期间所产生的烟气和炉渣返回熟料烧成系统中进一步处置。主要流程见图2。热盘炉构造简单，占地面积小，对生活垃圾适应性强，密闭性能好，热能利用率高，无污染物外排。

图2 史密斯公司热盘炉模式流程图

2002年，针对可燃垃圾的热盘炉模式已在挪威Kjopsvik水泥厂首次投产，并相继在德国、加拿大、巴西等国家投产使用。

2.3 湖北华新水泥RDF模式

RDF(refuse derived fuel)模式[10-11,14]是通过建立专门的生活垃圾预处理厂，对混合生活垃圾进行破碎、发酵干化、分选等一系列处理后，制成替代燃料供水泥工业作为替代燃料来消纳生活垃圾的一种工艺，主要流程见图3。该工艺强化了对混合生活垃圾的预处理，制成的RDF具有含水量低、热值高的特点，RDF在水泥工业的应用可减少企业资源能源的消耗成本。

2011年7月，湖北华新武穴水泥厂的RDF模式已经正式投入运行，生活垃圾的处理量为500 t/d[15]。

图3 华新RDF模式流程示意图

3 水泥窑协同处置村镇生活垃圾的简易模式

以上的几种模式各有特点，对投资量大、生活垃圾量大、分类和收集较好的城市生活垃圾具有较好的适应性，但是，村镇的实际经济情况及其生活垃圾的特点表明，上述模式不适合村镇的生活垃圾处理；本研究在水泥窑协同处置城市生活垃圾技术的基础上，依托于某水泥厂日产4 500 t熟料的新型干法水泥窑生产线，提出水泥窑协同处置村镇生活垃圾的简易模式，其主要流程见图4。分选厂对村镇生活垃圾的处理效果如图5 和图6所示。垃圾喂料如图7所示，试验过程中，上料设备将村镇生活垃圾以一定速率定量投入水泥窑系统中，投加量依次为20 t/d，50 t/d和80 t/d。生活垃圾在三次风1 100 ℃以及分解炉870 ℃的高温下彻底焚烧，产生的烟气依次被旋风预热器、增湿塔、原料磨和除尘设备净化后高空排放，剩下的灰渣随热生料一起进入回转窑被煅烧成水泥熟料。

图4 水泥窑协同处置村镇生活垃圾新模式流程图

图5 原始村镇生活垃圾

Fig.5 Original township household garbage

图6 简易处理后的村镇生活垃圾

Fig.6 Township household garbage treated simply

图7 垃圾喂料示意图

试验结果表明，在80 t/d掺烧范围内，掺烧经简易处理后的生活垃圾对水泥窑工况的影响在可控范围之内；对水泥窑用煤量和熟料产量无影响；熟料品质与不掺烧生活垃圾时相比差别不大，其性能及其重金属含量均符合国家现行硅酸盐水泥标准[16]和水泥工厂设计规范[17]的要求；表2为80 t/d掺烧生活垃圾的水泥厂常规性污染物排放监测结果，表明窑尾烟囱污染物排放量，尤其是总所瞩目的二噁英，也符合国家现行标准水泥工业大气污染物排放标准[18]和水泥窑协同处置固体废物污染控制标准[19]。

表2 掺烧80 t/d生活垃圾的水泥厂常规性污染物排放监测结果

该模式对生活垃圾的预处理过程简单，不必对水泥窑进行太大改造，解决了目前我国村镇生活垃圾治理经费投入不足、垃圾分选困难的问题。并在处理过程中充分利用了垃圾的热量与物质，达到生活垃圾“减量化、无害化、资源化”的处置目标。

水泥窑协同处置村镇生活垃圾的新模式与其他三种模式的对比如表3所示，这四种协同处置生活垃圾的工艺，均可获得一定的环境效益，但是均有其适用的特殊性，在推广应用时，应当充分考虑当地政府财政、水泥企业、生活垃圾等的实际情况而定，若一成不变的套用这些模式则可能造成经济与环保的失衡。

表3 水泥窑协同处置生活垃圾模式对比

4 结 语

①村镇生活垃圾具有构成多样、成分复杂，总量少，热值低和收运、分类困难的特点，处理相对困难；

②采用将村镇生活垃圾进行一定预处理，然后随三次风直接喷入分解炉的水泥窑协同处置新模式，处理量小于80 t/d时，对水泥窑工况、水泥品质以及污染物排放基本无影响；

③水泥窑协同处置村镇生活垃圾的简易模式对于垃圾收集量不大且财政资金不足的村镇而言，具有一定借鉴意义。但选用何种模式，应当综合考虑当地政府、企业以及居民的实际情况，经过调查、研究和分析而定。

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[19]中华人民共和国国环境保护部.GB 30485—2013 水泥窑协同处置固体废物污染控制标准[S]. 北京：中国环境科学出版社，2013.

(责任编辑 张晓云 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

广西科技攻关项目(桂科攻12118021-1-1)

冯庆革(1967—)，男(壮族)，广西天等人，广西大学教授，博士生导师；E-mail：fengqg@gxu.edu.cn。

杨宏斌，李晓辉，冯庆革，等.水泥窑协同处置村镇生活垃圾的一种新模式[J].广西大学学报(自然科学版)，2016，41(5)：1696-1701.

10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.1696

X705

A

1001-7445(2016)05-1696-06