摘要：生活垃圾总量的急剧增加使得环境污染问题严重，同时也给人们的身体健康带来较大威胁；基于此，有必要深化城市垃圾处置方法研究，继而为城市垃圾高效解决提供全新思路。本文以河北某有限公司协同处置500t/d生活垃圾环保技改项目为例，在阐述生活垃圾成分及分类情况的基础上，就现有生活垃圾处置技术进行对比，提出一种水泥窑协同处置生活垃圾的办法，将该方法应用于生活垃圾处置实践，并对其实际应用效果进行对比，研究表明：采用水泥窑协同处置生活垃圾技术，能有效减少城市垃圾总量，具有较高的经济效益和社会生态效益。
关键词：水泥窑；协同处置；生活垃圾；技术应用
新经济形态下，我国国民经济得到了高速发展，国家城镇化建设也在逐步加快。在一定程度上，城镇化建设及经济的快速发展有效地提升了人们的生活质量，然而其也带来了严重的环境污问题。有研究显示，我国人均生活垃圾的年产量已经达到了500kg，城市内部的垃圾堆存量已经达到了70亿吨；然而在垃圾处理方面，国内垃圾无害化处理的能力相对降低，其仅为34.89%。生活垃圾的大量堆积使得土地资源占用严重，目前我国未处置垃圾堆存占地达到了5亿m2；同时其也带来了严重的环境污染问题，并给人们的身体健康带来严重威胁。现阶段，面对巨量的生活垃圾，急需开发一种高效化、无害化垃圾处理方式来提升垃圾处理能力，进而为城市经济与环境的协调发展创造有利条件。
一、生活垃圾成分及分类情况
1、城市生活垃圾的主要成分
随着《生活垃圾管理条例》的实施，我国逐步进入垃圾分类“强制时代”，到2025年前，全国地级及以上城市要基本建成垃圾分类处理系统。现阶段，我国垃圾分类工作还处于初期阶段，有较多城市垃圾分类的践行效果并不理想。在城市生活垃圾处理中，其仍然使用混合收集的方式，这使得不同成分的垃圾交叉污染严重，给城市生态环境带来较大压力。从城市垃圾从成分来看，生活垃圾中无机物成分的含量较高，其占到垃圾总成分的50%；在无机物垃圾中，石块、废弃砖瓦、灰土是三种较为常见的垃圾形态；生活垃圾中的有机物多为厨房垃圾，其占到垃圾及总成分的38%。而在城市生活垃圾二次利用方面，有9%的垃圾可进行二次回收利用，可回收垃圾包含了金属、玻璃、橡胶、塑料、纸等类型。此外，城市垃圾中含有较高水分，其占到垃圾总质量的63%左右，在夏季，垃圾中的水分含量更高；相对而言，Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等重金属元素的含量较少，其主要来源于废弃的电池、家电等垃圾，需要注意的是，此类物质常以混合物或单质的形式存在，其污染性较强，危害极大[1]。
2、城市生活垃圾分类形式
目前，可回收垃圾、其他垃圾、厨余垃圾、有害垃圾是城市生活垃圾分类的四种基本形式。本研究中，结合垃圾处置办法，将生活垃圾分为以下四类：第一类为轻质可燃物，包含橡胶、织物、树枝、纸张、塑料等物质；第二类为有机物物质，这些物质多有厨房生产而来，如动物内脏、剩饭剩菜等，在低温烘干、发酵抑制等条件下，这些有机物可转化为燃料或者原料进行二次使用；第三类为无机物质，如废砼、陶瓷、玻璃、转是瓦块及砖土等。需注意的是，一旦无机物中存在金属物质，则需要进行单独回收；第四类为垃圾中的渗滤液，这些渗滤液参与到城市废水处理当中，经处理水质达标后，可将其直接排放或者用于灌溉。
二、我国城市生活垃圾处置方式分析
1、生活垃圾传统处置方式
卫生填埋、高温堆肥和焚烧制能是以往垃圾处置的三种常用方式[2]。就卫生填埋法而言，其具有处置方式简单、投资费用小、垃圾处理量大的特点。相对不足之处在于，该方法并不能达到完全无害化处理的目的，其会占用大量的土地资源，而且容易对填埋区的土壤、水源和大气造成污染，此外，该方法未能实现可回收垃圾的有效回收，资源化利用效果较差。当垃圾中含有较多食品、草木、纸张等易腐物时，可在厌氧菌和好氧菌的作用下，进行高温堆肥处理，该方法能起到提升地力、消除部分病原体、回收部分资源的作用，然其无害化程度较低，对于垃圾中的重技术物质去除能力较差，同时其密封效果较差，在实际处置中容易产生一些难闻的气体，需注意的是，高温堆肥需要实现垃圾的收集和外运，这会增加一定的经济成本。就垃圾焚烧而言，其主要是将垃圾及作为一种燃料，然后进行单独燃烧或与其他燃料混合燃烧，由此产生一定的蒸汽、热水或电力资源，实现了垃圾的无害化处理。从垃圾从护理效果来看，焚烧制能法能大大提升垃圾的处置效率，减少垃圾总量，然而燃烧处置过程需要较大的运维费用，并且当燃烧处置不当时，容易产生二噁英、呋喃类毒性物质及NOx、SOx、HCl和N2O等酸性污染物，对于生态环境具有较大威胁。
2、生活垃圾水泥窑协同处置
早在2016年，环保部发布《水泥窑协同处置固体废物污染防治技术政策》的公告，其为水泥窑协同处置废弃物技术装备和污染防治技术的应用提供了理论支撑。就水泥窑协同处置而言，是一种清洁有效的处置技术，在一般垃圾处理中，水泥回转窑内的温度在1450℃~1550℃，而气体温度则高达1700℃~1800℃，在这种高温状态下，一般垃圾中的有机物、有害成分可以彻底地分解，并且燃烧后的残渣成为水泥熟料的一部分，不需要对焚烧灰进行填埋处置，这有效地减少了生活垃圾的处置成本，实现了垃圾减容、减量处理，此外，其实际处置过程还有稳定性强、资源优势突出的特点。水泥窑协同处置与传统垃圾处置方式对比如表1[3]。
表1集中垃圾处置方式对比
基于水泥窑协同处置方式突出的环境保护效益，应进一步深化其技术研究，加大其在城市生活垃圾处置中的应用层次。
三、水泥窑协同处置生活垃圾技术实际应用
1、项目概况
河北某有限公司协同处置500t/d生活垃圾环保技改项目将建设1个500t/d的生活垃圾处置厂区，通过该厂区对收集来的城乡生活垃圾和一般垃圾进行预处理后，利用水泥窑协同进行焚烧，实现零排放。就水泥窑协同处置生活垃圾效率来看，其要求每日需处理500吨生活垃圾，同时每年无害化处置生活垃圾的规模需达到近15万吨左右。在生活垃圾实际处置中，要求结合垃圾的基本属性，进行水泥窑协同处置生活垃圾技术要点的全面管理。
2、项目垃圾组成分析
在市区城市生活垃圾水泥窑协同处置前，需就垃圾的组成成分进行分析，以此来实现处理工艺的针对性调整。在垃圾组成分析中，从垃圾类别及含水率、垃圾工业特性、脱水后垃圾灰渣化学成分三个层面展开分析。就垃圾类别及含水率而言，本区域生活垃圾包含厨余、纸、橡塑、纺织、木竹等诸多内容，同时涵盖灰土、砖瓦陶瓷、玻璃、金属、其它、混合类等成分.从垃圾工业特性来看，其整体热值约为940Kcal/Kg，垃圾中灰分为25.2%。对所有垃圾进行脱水处理，其灰渣的化学成分如表2所示。
表2脱水后垃圾灰渣的化学成分（%）
3、水泥窑协同处置生活垃圾技术方案
水泥窑协同处置生活垃圾工艺流程如图3所示。基于该工艺流程，本生活垃圾处置厂区不仅能满足日处理垃圾500t的要求，而且能在实际处理中，控制臭气溢散，减少液态物质进窑量；此外，其能最大限度利用垃圾中的可燃组分，减少垃圾添加对水泥生产系统过大的扰动。在实际出中，水泥窑协同处置生活垃圾技术可分为垃圾预处理和焚烧处理两个环节[4]。
图3生产线工艺流程
3.1生活垃圾预处理
在生活垃圾预处理中，通过垃圾车将生活垃圾运送到预处理车间，现将垃圾卸至储坑，随后采用行车抓斗设备，将其运到破碎机上方的下料斗，随后对垃圾进行破碎处理。完成破碎的垃圾在储料地坑内进行生物发酵，并对其挤压脱水处理。当生活垃圾完成脱水处理中，将其短暂存储于卸料储坑。准备进行焚烧时，由卸料储坑，然后通过式调速计量给料机以及管状带式输送机将其送至焚烧车间，然后在预燃炉内进行焚烧处理（见图4）。生活垃圾预处理各环节工艺要点如下：
图4生活垃圾处置工艺流程图
3.1.1垃圾卸料存储区
为满足生活垃圾卸料需要，在规范进行垃圾卸料平台建设，要求垃圾卸料平台紧贴存储坑。生活垃圾进入到卸料区后，通过双向倒车入位完成卸料，在卸料区设置双电动门及抽负压装置，这样能确保卸料区处于微复压环境，同时能有效预防臭气外泄问题。针对收集的异味气体，通过除臭除尘系统进行处理排放。在垃圾存储管理中，注重存储坑的有效设计，确保其满足生活垃圾存放需要。与卸料区相同的是，存储区设置抽负压装置，防止臭气外溢。
3.1.2垃圾抓取及破碎
在建设中，为确保生活垃圾抓取处置的效率性，可通过行车抓斗进行抓取。在实际抓取中，可安排两台行车协调作业，有效地满足工程需要。规范化的进行垃圾破碎，能为后期水泥窑协同处置焚烧创造良好条件，项目垃圾破则可采用专用的垃圾粗破碎机，台设备通过液压进行驱动，对生活垃圾进行破碎处理，完成破碎后，约90%垃圾的粒径低于150mm，可满足生活垃圾充分焚烧需要。
3.1.3垃圾发酵处理
垃圾在存储过程中，其水分在前两天并无明显变化，然在随后的3~7天内，垃圾的水分大约会下降10%左右，并最终趋于稳定。在未经脱水之间，需将破碎后的垃圾存储于发酵区内。在垃圾发酵区处理中，满足破碎后生活垃圾存储需要；同时设置负压环境，并设置引风机，实现厂房及储坑内微负压环境的有效调节。
3.1.4滤液收集及脱水
生活垃圾堆放中，其渗滤液会逐渐分离出来，这些渗滤液对于土壤环境、水分具有较大危害，需进行收集和集中处理。在生活垃圾预处理中，通过渗滤液收集池和污水泵对生活垃圾渗滤液进行收集。在渗滤液收集中，按照原生态垃圾含水率52%的规格进行渗滤液规模计算，经计算可知，其综合处置区渗滤液的产量约为50t/d。当渗滤液收集池内的液位达到一定高度后，将去泵送至系统调节池内进行处理。实际处理中，要求渗滤液收集池底部和四周防渗措施良好，同时渗滤液导排方便，这样有效地避免了渗滤液的堆积问题。
进行生活垃圾脱水处理的目的在于降低入炉垃圾的含水率，保证了水泥窑协同处置时垃圾燃烧的热值。在采用液压脱水机进行脱水处理，脱水机通过板喂机均匀喂料，然后借助推杆连续往复作业，当脱水效果达到预定目标后，垃圾逐渐卸出。项目完成脱水后，生活垃圾的含水率不超过40%。
3.1.5垃圾舒适及计量
当垃圾完成脱水处理后，在卸料储坑进行短暂存储。随后通过抓斗设备送至喂料仓内，喂料量的计算通过密封式计量给料机计进行计算。在输送中，对管带机与皮带机进行密封处理，并设置微负压系统，避免出现臭气外泄问题。
3.2焚烧处理工艺流程
在水泥窑协同处置生活垃圾技术应用中，焚烧车间按照管道输送机、三道锁风阀、气动插板阀、热盘炉、分解炉的流程进行施工。在实际焚烧中，应重点关注焚烧处置及旁路放风系统的管理。
3.2.1垃圾焚烧处理中
在垃圾焚烧处理中，水泥回转窑内的温度在1450℃~1550℃，而气体温度则高达1700℃~1800℃。具体而言，当垃圾进入到预燃炉，并汇集高温三次风及部分热生料后，其会在炉膛内进行充分燃烧。在高温条件下，这些垃圾会彻底地分解。从燃烧过程来看，其会产生高温气体、燃烧灰分、烧结渣等物质，这些物质会进入到分解炉中；当燃烧过程产生较大颗粒的烧结渣时，其会从窑尾上升烟道中落下，并进入到回转炉中进行再次燃烧，最终煅烧为水泥熟料。通常，生活垃圾中的重金属元素会被固溶在熟料当中，而燃烧后的烟气会被输送到分解炉，待尾气有毒有害物质彻底分解后，再通过尘系统净化从烟囱排出。
3.2.2旁路放风技术应用
就河北某有限公司协同处置500t/d生活垃圾环保技改项目而言，其处置的垃圾多为城乡生活垃圾，生活中的氯含量较高，采用水泥窑协同处置过程中，一旦不采用旁路放风，将导致氯含量超出水泥生产控制标准，影响水泥的生产质量。基于此，在在垃圾焚烧处理时，设置旁路放风系统，并对威胁水泥熟料的有害物质进行控制。具体而言，要求R2O、SO3的含量均小于1%，同时将水泥熟料中Cl-的含量控制在0.015~0.020%，旁路放风系统整体工艺如图5所示[5]。
图5旁路放风工艺流程
4、水泥窑协同处置生活垃圾技术应用效益评估
结合在处置实践可知，通过水泥窑协同处置技术处理生活垃圾，工艺优势极为突出。一方面，从处理过程来看，在持续运营能力突出，随着运营时间的延长，垃圾处置的总量会有所提升，整体盈利能力也有所增强。另一方面，就环境效益来看水泥回转窑内的物料温度在1450℃～1550℃，而气体温度则高达1700℃～1800℃，在高温下垃圾中有毒有害成分可彻底地分解。同时基于预处理车间、焚烧车间预防渗漏处理、气体排放控制等措施的实施，项目无土壤污染、水污染及环境污染问题。此外，从社会效益来看，其有效地改善了石家庄市及周边城镇环境卫生，对当地的环境保护起到很大的作用，同时其为当地经济的发展创造有利环境，有效地实现了经济生产、生态环境和社会发展的协调与统一。
结论
水泥窑协同处置生活垃圾技术是一种高效性的垃圾处置办法。新时期，面对着城市生活垃圾急剧增长的问题，在垃圾处理中，应结合垃圾成分、属性，进行水泥窑协同处置生活垃圾技术的合理应用，这样能有效减少城市垃圾总量，实现城市经济、环境和社会生态的健康、有序发展。
参考文献
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