1 城市垃圾的組成及性質
城市垃圾主要來源于廚房的生活垃圾、街道垃圾、小型企業的垃圾、建筑垃圾、下水道污泥以及污水處理廠污泥。城市垃圾的組成較為復雜，隨著季節和城市的發展程度不同面有所變化。表1 是德國城市垃圾的組成及熱值，表2是南京水泥院研究報告中的數據。
表1 德國城市生活垃圾的組成及熱值
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物質 |
紙類 |
塑料 |
玻陶石 |
金屬 |
織物 |
有機物 |
木頭 |
其它 |
大塊廢物 |
企業垃圾 |
總熱值MJ/kg |
|
熱值MJ/kg |
15 |
40 |
0 |
0 |
12 |
5 |
13 |
4 |
10 |
5 |
? |
|
含量①% |
17.3 |
10.2 |
6.0 |
2.7 |
0.8 |
27.8 |
? |
9.0 |
11.1 |
13.5 |
10.32 |
|
含量②% |
19 |
13 |
12 |
5 |
5 |
22 |
6 |
18 |
? |
? |
11.25 |
注：①為1989年平均值；②為2002年平均值
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表2 南京生活垃圾的組成及熱值
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采樣點 |
金屬 |
玻璃 |
塑料 |
紙類 |
織物 |
木竹 |
植物 |
動物 |
灰渣 |
磚瓦陶 |
其它 |
總熱值MJ/kg |
|
轉運站 |
0.28 |
2.17 |
8.0 |
4.0 |
0.8 |
2.1 |
19.6 |
8.1 |
30.7 |
5.2 |
18.5 |
6.29 |
|
垃圾場 |
0 |
0.52 |
13.0 |
4.5 |
0.14 |
3.2 |
14.4 |
3.0 |
58.5 |
2.6 |
0 |
7.18 |
|
機場 |
2.0 |
23 |
9.4 |
13.0 |
1.3 |
1.4 |
19.0 |
0 |
0 |
2.7 |
28.2 |
8.13 |
|
火車站 |
10.4 |
2.0 |
10.8 |
13.8 |
1.1 |
3.2 |
19.4 |
3.2 |
48.3 |
4.9 |
0 |
8.07 |
|
港口 |
0.83 |
0 |
6.2 |
3.7 |
2.3 |
2.6 |
43.3 |
7.4 |
33.6 |
0 |
0 |
6.18 |
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??? 從表中可以看出，南京的城市垃圾中可燃物的比例較德國的低。在一般情況下，發展水平較高地區的城市垃圾中高熱值組分如塑料、紙、木頭和紡織物的比例要高于發展水平較低地區的城市垃圾中相應高熱值組分比例。
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??? 2 城市垃圾的預處理
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??? 根據垃圾中不同組分的性質，可將垃圾分選為用作原料和燃料兩部分。熱值較低且其中有機物含量較低的垃圾可作為原料，熱值較高的垃圾可將其粒徑處理變小后，作為回轉窯的部分替代燃料，直接喂入分解爐內或垂直煙道內進行燃燒。圖1是城市垃圾預處理的流程圖。有機物含量較高的物質在燃燒溫度低于1200℃和貧氧條件下燃燒會產生二惡英和呋喃，所以不能在低溫區加入，只能從窯分解區或窯頭加入，窯內超過1700℃的高溫和足夠的停留時間能使有機物完全分解。
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??? 3 水泥廠利用垃圾的方式
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??? 3．1 用作原料
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??? 城市垃圾經焚燒后的灰渣成分與粘土質原料很相似，主要成分與煤矸石、粉煤灰相同，其中的鉀鈉含量也與粘土相近。典型的城市生活垃圾焚燒后的灰渣成分如表3。因此垃圾焚燒灰渣可用作粘土質原料加入生料中，也可部分混合材使用直接與熟料、石膏配料磨制成水泥。
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表3 城市生活垃圾焚燒后的灰渣成分
|
名稱 |
Loss |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
K2O |
Na2O |
|
灰渣 |
1.29 |
56.96 |
13.77 |
6.06 |
9.69 |
2.90 |
2.56 |
1.93 |
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??? 運送到水泥廠的城市垃圾經分選后的熱值較低的且有機物含量極低的部分，經過磁選、破碎后，可直接作為原料使用。但應注意，新型干法窯對硫、氯、鉀、鈉含量極為敏感，垃圾和垃圾焚燒灰渣中SO3含量據國外報道在2%左右，堿金屬的含量也與天然粘土質原料差不多，但氯含量變化較大，如太高，會造成窯尾系統結皮、堵塞，應該嚴格控制，垃圾摻入量要隨著氯含量的升高而調低。
污水處理廠的污泥在水泥廠應用處理要困難一些，主要是含水較大，但其化學成分和粘土質原料相類似，仍可用作水泥原料。污泥一般需要先焚燒后再投入使用。在污水處理廠較為有效的脫水方法是用機械壓濾設備，有條件的話直接用污泥堆場通過陽光和風的作用進行干燥。如直接運到水泥廠進行焚燒處理，工藝流程簡單，沒有二次污染，但由于水分太高，所需燃料量大，成本遠高于先烘干再用于水泥生產；可用回轉窯尾廢氣進行烘干，也可用其它烘干機烘干。污泥水分較低，可直接作為一組分與其它原料一起配制生料。天津水泥設計院進行污泥在回轉窯系統的處理半工業化試驗中，將污泥加入流態化焚燒分解爐，其干燥、焚燒、分解全部在密閉的分解爐內進行，完全消除了二次污染，真正做到了污泥處理“減量化、無害化、資源化”。
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??? 3．2 用作燃料
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??? 對于城市垃圾經分選后其中熱值較高的部分，可用作水泥煅燒的部分代用燃料。經處理后，可從窯尾分解爐或窯尾上升煙道加入。德國呂德斯多夫水泥廠利用熟料燒成車間的循環流化床對舊木材、紙張、塑料、橡膠等有機可熘物、部分生活垃圾等進行氣控熱分解形成可燃氣體，可燃氣體從窯頭噴入，分解后的廢渣用作水泥原料，目前該廠在燃料上的費用已下降了40%以上。
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??? 4 結語
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??? 隨著水泥技術的不斷進步和廣大水泥從業人員的思想不斷更新，水泥廠利用城市垃圾替代部分原燃料已沒有多少技術障礙。隨著水泥工業可持續發展戰略的不斷深入和我國環境保護法規的不斷完善，水泥廠作為利用處理城市垃圾的優勢地位必將越來越體現出來。一方面是出于企業自身降低對不可再生的礦石性原料的信賴的要求，另一方面也減少污染氣體的排放，消除傳統垃圾處理方法帶來的二次污染的要求，使水泥企業摘掉污染大戶的帽子，水泥產業真正成為環保產業，具有極高的社會效益和經濟效益。
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【作者:王劍弘】