大理市生活垃圾采用新型干法水泥回轉窯協同處置模式淺析

呂興菊

(中國大理洱海湖泊研究中心,云南大理 671000)

大理市生活垃圾采用新型干法水泥回轉窯協同處置模式淺析

呂興菊

(中國大理洱海湖泊研究中心,云南大理 671000)

對大理市生活垃圾的產生量、組分、處理現狀、存在問題進行了分析,圍繞垃圾資源化、無害化、處理低成本原則,提出采用新型干法水泥回轉窯協同處置大理市生活垃圾,探索符合區域循環經濟與低碳經濟發展模式的大理市生活垃圾處置新路子。

生活垃圾;資源化;無害化 ;處置模式;水泥回轉窯;大理市

1 大理市生活垃圾產生、處理現狀及面臨的困難

1.1 生活垃圾產生量

大理市總面積 1815km2,有 11鎮 1鄉及 1個高新技術開發區和 1個省級旅游度假區。2008年總人口 61.37萬人,其中農業人口 39.74萬人,非農業人口 21.63萬人。

據統計,2008年大理市的生活垃圾平均產生量為 460t/d,年垃圾總量約為 16.8萬 t。隨著城市化進程的加快,人口的不斷增加,大理市生活垃圾產生量不斷增加,以 10%遞增速度計算,到 2015年,大理市產生垃圾量將達到 32.7萬 t/a。

1.2 生活垃圾組成

根據 2008年調查資料,大理市城區垃圾組成見表 1。

隨著人口的不斷增加以及人們飲食習慣的變化和城市氣化率的提高,其垃圾結構將會有較大的改變。變化趨勢趨向于生活垃圾物理組成中有機物含量增多,可回收物的量遞增,灰土、瓦礫等無機物組分的量減少,垃圾中可燃組分 (紙類、織物、植物、塑料等)升高。預測垃圾成分如表 2,垃圾成分見表 3。

表 1 大理市城區垃圾組成(%)

1.3 處理現狀及面臨的困難

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為保護洱海,政府加強了對洱海周邊村鎮垃圾的治理,一是加快建設垃圾中轉站及清運系統,截止 2008年底,大理市共建有鄉鎮垃圾中轉站 12座,配備垃圾清運三輪車 650輛,建設垃圾池 850口,但因資金、管理體系等原因運行效果不好,垃圾收集率低,大部分村鎮垃圾仍處于露天堆放狀態,依然對洱海水環境造成影響;二是建設小型生活垃圾焚燒爐,采用小型焚燒爐就地焚燒村鎮垃圾,雖然便捷、方便,但是垃圾焚燒過程中會產生二噁英等有毒污染物且焚燒爐灰難以妥善處理。例如日本 20世紀 80～90年代為了處置每年近 5000萬 t的居民生活垃圾,在全國匆忙新建了 2000多臺垃圾焚燒爐;到 1995年前后,因焚燒爐灰有害成分含量很高及填埋后難以避免的滲漏,使其二次污染的隱患日益凸顯,迫使日本建設工藝技術復雜的生態水泥廠解決每年 200多萬 t焚燒爐灰的再處置問題。浪費了建設垃圾焚燒爐的大量資金并導致嚴重的二噁英污染,其慘痛經驗教訓值得我們借鑒。因此,減少洱海周邊村鎮垃圾對水環境影響的關鍵在于建立有效的垃圾收運體系,確保垃圾得到集中處置。

表 2 大理市垃圾成分預測(%)

表 3 生活垃圾元素分析表(%)

表4 大理市生活垃圾處置模式對比分析

目前,大理市僅建有庫容為 520萬 m3的大風壩生活垃圾填埋場,大部分垃圾均運至該垃圾填埋場處理,有部分垃圾運至洱源縣洱海流域垃圾處理中心處理。大風壩生活垃圾填埋場已于 2003年 7月投入使用,起始處理規模 300t/d,最終為 1000t/d,設計使用年限 11a。洱源縣洱海流域垃圾處理中心庫容為 17.6萬 m3,2008年 8月投入使用,近期處理規模為 25t/d,遠期處理規模為 60 t/d,使用年限為 11a。隨著城市規劃發展和人民生活水平的提高,大理市生活垃圾量還將繼續增大,當填埋場達到飽和時,必須尋找新的場地銷納垃圾,而大理市土地資源有限,土地的價格越來越昂貴,且洱海周邊大多屬于洱海飲用水源保護區,加之垃圾填埋后難以避免的滲漏,對土壤、地下水、大氣等都會造成現實的影響和潛在危險。2001年國家環保總局對全國 329個城市垃圾填埋場的滲濾液地下水及無組織排放進行了監測統計,結果表明目前全國尚無一家城市生活垃圾填埋場所排放的污染物全部指標均達到國家標準。因此為了保護大理市飲用水源地 -洱海,新建垃圾填埋場會受到越來越多的限制,已很難找到合適的場址。

2 水泥窯處理大理市生活垃圾的可行性分析

我國著名水泥專家、中國水泥協會高級顧問高長明指出,利用水泥窯協同處置垃圾,用垃圾替代部分原燃料進行再生利用,具有較好的社會和經濟效益,符合水泥工業可持續發展戰略,是垃圾減量化和資源化的有效途徑。在美國、加拿大、瑞典已建有數百家這樣的水泥廠,大大緩解了垃圾處理和建廠投資,在德國和北歐諸國已有 20多 a的實踐。這一技術在我國北京金隅、安徽海螺、廣州越堡等多家水泥廠得到成功運用。

2.1 大理市生活垃圾各種處置方法適宜性分析

垃圾處理常用的方法有填埋、堆肥、焚燒、熱解和固體燃料化 5種。其中以填埋法、堆肥法、焚燒法用得最多,也最為普遍。

從表 4可看出,長遠考慮,利用水泥窯處理大理市生活垃圾是最適宜、最徹底、最環保、最經濟的方法,應成為大理市生活垃圾處置的發展方向。

2.2 水泥窯處理生活垃圾的工藝技術流程

采用“垃圾焚燒爐和水泥窯聯合處理垃圾”的模式,把回轉式垃圾焚燒爐建在水泥窯旁邊,以冷卻水泥熟料熱風作為垃圾燃燒空氣。工藝流程圖見圖 1。垃圾運到水泥廠經計量后倒入垃圾池儲存。用抓斗把垃圾抓入板式輸送機,人工挑選出大件垃圾、大塊建筑垃圾和可回收物,其余被帶式輸送機送入喂料小倉,輸送過程中由除鐵器除去磁性金屬。喂料機把垃圾均勻地喂入回轉式焚燒爐,利用熟料冷卻機的熱風作為燃燒空氣,垃圾在熱風的作用下焚燒,焚燒產生的高溫煙氣 (1100℃左右)進入窯尾分解爐和預熱器,與水泥生料換熱,為水泥生料分解提供熱量,然后由窯尾廢氣處理系統凈化后排放。垃圾焚燒灰渣直接進入回轉窯作為水泥原料或從焚燒爐排出作為水泥混合材使用。該技術已取得二項國家新型專利授權,工業試驗系統于2007年 11月 15日在川煤廣旺集團天臺水泥廠成功點火。

系統特點:

①熟料冷卻機的熱風作為燃燒空氣,垃圾焚燒溫度 ＞950℃。熱解氣體入回轉窯,減少能耗;利用水泥窯的高溫,吸納分解垃圾有害成分。分解爐內溫度超過 900℃,氣體能停留 7～9s,二噁英能完全被吸納。

②生產水泥采用的原料成分決定了回轉窯內是堿性氣氛,可有效地抑制酸性物質的排放,使得SO2和 Cl等化學成分化合成鹽類固定下來,減少或避免了一般燃燒后產生二噁英的現象。

③垃圾在垃圾池儲存,有機物腐敗產生的臭氣等有機氣體由排風機抽出,經除塵器除塵后送入冷卻機頭部的鼓風機,再被鼓入冷卻機,與 1400℃左右的熟料接觸,在高溫下被分解而凈化。

④垃圾焚燒灰渣直接進入回轉窯作為水泥原料或從焚燒爐排出作為水泥混合材加以利用,不外排;而且水泥窯負壓狀態運行,煙氣和粉塵很少外溢。

⑤垃圾中的絕大部分重金屬離子隨物料固化在熟料中,避免其再度滲透和擴散污染水質和土壤。

2.3 大理市具備處理生活垃圾的水泥廠資源

據調查,大理市轄區已建成 8條日產 1000～3000t的新型干法水泥回轉窯生產線,其中日產2000t及以上的 3條生產線窯尾、窯頭廢氣處理均使用高效袋收塵,因此,大理市現有 3條水泥生產線比較適宜協同處置生活垃圾。

3 效益分析

3.1 經濟效益

以投資 7萬元 /t(不計征地費)計,處理垃圾 600t/d需新增加投資 4200萬元,是衛生填埋單位投資的 0.26～0.4倍,是垃圾焚燒發電單位投資的 0.1～0.14倍。以年運行 300d,年處理垃圾 18萬 t,以燒 1t垃圾替代燃料 0.16 t原煤計,則水泥企業可節省燃料 2.88萬 t;以處理 1 t垃圾替代原料 0.22 t計,可節省原料 3.96萬 t。若原煤 500元 /t,烘干后的粘土 40元 /t,則水泥企業年可節省燃料和原料費用 1598萬元。3a即可收回投資。

3.2 環境和社會效益

相對于投資建新填埋場,節省了征地的費用,節約土地資源,避免滲濾液污染水源保護區和水環境;垃圾熱值在水泥窯內幾乎可以全部用于煅燒熟料,有效回收熱能,節約能源;直接把垃圾燒掉,沒有爐灰的二次污染隱患,二噁英全部被分解燒盡,重金屬都被固定在熟料的結晶構造中,減少溫室氣體排放。特別是水泥窯中焚燒可燃性廢物時,排放出的 CO2總量要比全部燒煤下降一半,對于環境保護的意義十分重大。

4 結論

利用現有水泥窯處置大理市生活垃圾,除水泥生產線用地外,不需要征用大量土地,沒有對水體的污染和固體廢棄物外排,對大氣的污染也可減到極輕的程度,是最徹底的處理方式。投資和運行費用低,投入產出比高。在大理市依托現有水泥廠處置生活垃圾,可削減對洱海水環境的污染負荷,固體廢物所具有的熱量和物質轉化為水泥工業的替代燃料和替代原料,達到了節約資源能源和廢物處理的雙重目的,可真正實現垃圾的減量、再用、循環的無害化處理。項目的實施利于區域節能減排、低碳經濟和循環經濟的發展,對洱海流域環境保護治理具有積極作用,對建設資源節約型和環境友好型社會有示范意義。

[1]高長明.利用水泥廠協同處置城市垃圾勢在必行―從日本生態水泥的教訓說起 [J].水泥工程,2007,(2).

[2]李青,宋立華,袁文獻,等.水泥窯和焚燒爐聯合處理生活垃圾技術和效果 [J].水泥科技,2008,(3).

[3]姚海林,吳文,劉峻明,等.城市生活垃圾的消納處理方法及其利弊分析 [J].巖石力學與工程學報,2003,22(10).

[4]方偉.水泥窯處置危險廢物的技術研究 [J].水泥技術,2000,(6).

Collaboration Disposal of Domestic Waste by Nnew Cement Dry Kiln

LV Xing-ju

(Dali Research Center of ErhaiLake of China,Dali Yunnan 671000 China)

The components and disposal situation of the domestic waste in Dali are analyzed as well as the existing problems.The collaboration disposal way of domestic waste by new cement dry kiln is pointed out based on the principal of resource utilization and harmless with low cost.The new ways of disposing domestic waste are explored in accordance with low-carbon economy development model.

domestic waste;resource utilization;harmless;disposal model;cement kiln;Dali

X705

A

1673-9655(2010)增 1-0044-04

2009-04-05