生态水泥技术推动城市垃圾资源化处理

利用“生态水泥”技术推进城市垃圾资源化处理黄之初　谢　丹武汉理工大学摘　要：　随着城市规模的扩大和人口数量的不断增长，城市垃圾的产生量呈增长趋势，其组分也发生了很大的变化，传统的垃圾处理方法在技术上已落后。

“生态水泥”技术是一种利用废弃物替代天然原燃材料生产出质量符合标准、满足环保要求的水泥生产技术，可有效实现城市垃圾的无害化、减量化和资源化。

阐述了湖北省武汉市垃圾构成和处理情况，分析了利用“生态水泥”技术处理武汉市城市垃圾的可行性并进行了经济效益分析。

关键词：　生态水泥；　城市垃圾；　资源化1　武汉市城市垃圾基本状况城市生活垃圾的迅速增长已经成为制约城市可持续发展的一个重要问题，据有关部门的资料统计显示：至2001年，中国约670个城市的年生活垃圾量已达到1．35亿t ，垃圾产生量以年约4．8％的速度增长，而无害化处理程度只有20％。

我国城市垃圾的构成已发生了很大的变化，垃圾中可回收利用的资源越来越多，以湖北省武汉市为例，城市垃圾清运量见表1，“九・五”期间，城市垃圾平均年增长2．48％，其成分不断变化，生活垃圾中以灰渣为主的无机物含量逐渐降低（见表2），厨渣、果皮、塑料、纸等有机成分逐步增加（见表3），如何处理城市垃圾已成为城市建设的当务之急。

表1　武汉市城市垃圾清运量 万t年度1991199219931994199519961997199819992000产量139．35148．26150．0165．0162．0187．2191．18184．44192．52221．39表2　1995～1999年武汉市居民生活垃圾（无机物）物理构成（％）年份煤灰玻璃金属陶瓷砖石无机物199534．021．980．864．4541．31199619．793．550．983．5927．9119978．823．590．460．5713．4419988．006．120．430．9015．45199918．503．023．181．2225．92表3　1995～1999年武汉市居民生活垃圾（有机物）物理构成（％）年份厨渣纸张果皮塑料毛骨橡胶皮革纺纤木质杂草有机物199528．933．8111．815．644．270．431．382．4358．70199634．807．1214．109．293．090．561．421．7172．09199750．809．357．3611．665．630．021．000．7586．56199841．5912．1616．398．632．670．411．171．5384．55199941．155．0613．748．702．550．811．150．9174．08 注：1996、1997、1998年主要针对江岸区居民生活垃圾进行监测，1999年加上汉口区、汉阳区，故垃圾成分出现跳跃。

2　国内外对城市垃圾的常用处理方法目前各国的垃圾处理方法以填埋、堆肥和焚烧为主。

填埋法虽然能有效实现垃圾的无害化，但是它不仅要占据大量的土地，而且其产生的渗滤液对地下水和土壤和污染对环境和人类健康的破坏将是长期和无法估量的。

堆肥技术会造成严重的二次污染而且其运行成本较高，堆肥时间较长，肥料销路不好。

特别是由于垃圾堆放时细菌与病毒的滋生、繁殖与变异而导致疫病大规模流行的现象使人们对填埋及堆肥法的后果产生了更大的忧虑。

焚烧法的处理量大、减容性好、无害化程度高，并且有热能回收，是—6—一种很有前景的处理技术的效果，但焚烧过程中产生的有毒有害灰渣、低温焚烧产生的H C l、N O x、S O x 等，特别是剧毒的二恶英（D i o x i n）气体是强烈致癌物质，另外焚烧设施所需投资大、技术含量高、设备复杂。

因此探索新的垃圾处理方法，尽量减少其污染及危害是垃圾处理无害化、资源化追求的目标。

表4　武汉市垃圾处理处置场概况场名城区用地面积／亩处理方式处理量／（t・d－1）启用时间金口江汉、桥口600卫生填埋14221991岱山江岸296一般填埋8031989紫霞观汉阳222一般填埋4031992北洋桥青山559卫生填埋4001989流芳垃圾场武昌251卫生填埋9441997塔子湖江岸27堆肥1001989合计19553172 注：处理量是按车辆载重吨位的统计值，该统计数据不含郊区垃圾处理量。

武汉市的垃圾处理方式以简易填埋为主，如表4所示，这几座垃圾处理场的技术含量不高、年限都已很长，库容均接近枯竭。

随着城市范围的扩大、城市经济的发展和人口的增加，城市垃圾的总量呈上升趋势，而且其成分也在不断变化（如表2、表3所示），所以垃圾处理的技术难度增大，因此必须寻找一种新的处理方法。

3　利用“生态水泥”技术处理城市垃圾的构想 通过广泛调研和深入研究，发现利用“生态水泥”技术处理城市垃圾特别是有毒有害废弃物是一种既安全又经济的处理方法，以下作一分析和介绍。

3．1　水泥窑处理城市垃圾的可行性分析城市垃圾经过分选后可分为有机物和无机物两大类，有机物中的塑料可送入化工厂，部分有机物可代替燃料，无机物中除金属外，含有的灰渣、玻璃、陶瓷砖石等，均是水泥原料中的化学成分。

在水泥回转窑内，燃烧火焰温度高达1700℃以上，熟料煅烧温度1450℃左右，而且物料在回转窑内的时间在20 m i n左右，气体在回转窑内的时间长达几十秒，这种工况有效控制了二恶英等有毒气体的产生，另外，由于垃圾中的可燃物在回转窑中燃烧，产生的热能可锻烧水泥熟料，这便将垃圾燃烧与水泥熟料烧成统一完成，利用熟料的碱性特性吸纳有害成份，并与灰渣形成稳定的矿物，完全消灭了残渣，把回转窑及其收尘器等变为垃圾焚烧与熟料烧成（含余热发电）和控制大气污染的多用设备，可大幅度降低投资。

因此，这种方法会成为城市垃圾无害化、资源化处理最理想的方法。

另一方面，随着我国水泥工业产业结构的调整落后的立窑小水泥厂逐步减少。

在控制水泥总量的前提下，作为水泥生产和水泥消耗的大国，有不少地方正在根据经济建设的需求，投资兴建新型干法水泥生产线和对湿法、半干法生产线进行改造。

但是传统的水泥生产中必须消耗大量不可再生的原料燃料。

因此，水泥工业必须减少不可再生资源的消耗和控制自身排放的“三废”，还要最大限度地利用工业和生活废弃物，并使其无害化。

3．2　国内外研究概况在水泥工业中，利用各种工业废弃物替代部分原料（含混合材）已有近百年历史。

日本秩父小野田公司利用下水道污泥及城市垃圾焚烧灰渣为原料生产出高强度水泥，其原料中约有60％为废弃物（城市垃圾灰占20％～30％），烧成温度为1000～130℃，燃料用量与C O2排放量都比生产普通水泥少得多，用这种方法生产的水泥被称之为“生态水泥（E c o l og y C em e n t，简称E co－cem e n t）。

1996年瑞士的H C B R e k i n g en水泥厂首次成为具有利用、处理废弃物的环境管理系统的水泥厂，并得到I S O1400的认证。

2001年日本太平洋水泥（株）在千叶县建成了世界第一个生态水泥生产线。

其他一些发达国家如德国、丹麦、瑞士等也正在开展以可燃性废弃物替代部分燃料煅烧水泥，随其所用可燃废弃物的不同替代量一般在20％～60％，个别水泥厂可达80％甚至一些发展中国家，如印尼、泰国、摩洛哥、巴基斯坦及印度等，也有相当数量的垃圾用于煅烧水泥。

我国利用水泥窑对城市垃圾和污泥的处理与利用起步较晚、水平较低。

上海建材集团总公司所属万安企业总公司、北京建材集团公司所属北京水泥厂分别进行过用水泥窑焚烧可燃有害废弃物和垃圾的试验及用淤泥替代原料的尝试，均取得可喜的成果但所进行的工作还是初步的，有不少问题急需研究解决。

3．3　技术经济效益分析现根据武汉市水泥企业的生产设备情况，以日产1000t熟料的干法窑利用本市废弃物部分代替水泥原、燃料生产水泥为例，参照国外实行的经济调控办法进行初步的分析。

（1）基本数据窑产熟料：1000t／d；熟料热耗：3680k J／k g 烟煤热值：22990k J／k g；价格：300元／t；可燃废弃—7—物平均热值：15000k J ／k g ；价格：60元／t （按第二次处理成本计）；原生性原料价格：25元／t ；二次原料价格：5元／t （按第二次处理成本计）。

（2）新增投资原料制备系统改造：600万元；燃料制备系统改造：500万元；窑头窑尾及收尘系统改造：800万元。

（3）原、燃料替代率：原料：15％；燃料：25％；可节省原料：240t ／d ；节省费用：4800元／d ；可节省烟煤：45t ／d ；节省费用：10800元／d 。

（4）投资收益净增每年节省原、燃料费：468万元；总投资：1900万元；投资回收期：4．06年（不含税率优惠因素和水泥产品收益）可见，若利用城市垃圾与污泥部分替代原燃料生产水泥，并由国家给予税收优惠，企业经济效益将大幅度提高，而社会经济效益更是可观。

4　结　论妥善处理城市垃圾是城市发展的重要部分，利用水泥回转窑生产“生态水泥”既可以焚烧有毒有害废弃物并彻底消除余渣，又可以节约自然资源，是一种安全又经济的处理方法，具有显著的优越性。

广大的科研工作者应该妥善利用这一途径，大力开展“生态水泥”技术的研究和开发工作，以实现其潜在的巨大的社会、经济效益，保护好我们的自然环境。

参考文献1　武汉市固体废物综合治理的情况汇报．武汉市环境保护局，2002．6．192　袁　玲，施惠生．生态水泥——都市水泥工业可持续发展的方向．水泥，2002（5）：1～4．3　陈华魁．用城市垃圾做原料制造水泥．中国建材，199（10）：44～46．4　王超群．水泥回转窑——处理工业（生活）垃圾技术研究．中国水泥，2002（7）：42～44．收稿日期：2003－03－04黄之初：男，1943年生，教授，博士生导师；武汉，武汉理工大学机电学院（430070）．（上接第5页）参考文献1　B a rs ou m M W ．T h e Mn ＋1A X n P h a s es ：A N ew C l a s s o fSo l i d s ．T h e r m odyn am i c a ll y S t a b l e N a no l am i n a t es ．P r o So l t d S t C h em ，2000，28：2012　N i c k l J ，S c h w e i t z er J ，L ux e nb e r g P ．G a s ph a s e n ab －sc h e i dun g i n Sy s t em e T i －C －S i ．J L e s s C o m m o n M et －a l s ，1972，26：2833　P am pu c h R ，L i s J ，S t ob i e rs k i L ，et al ．So l i d C o m bu s －t i o n Syn t h e s i s o f T i 3S i C 2，J E u r C e r am So c ，1989，5：2834　P am pu c h R ，L i s J ，P i e k a rcz y k J ，et al ．T i3S i C 2－B a s ed M a t e r i a l s P r odu c ed b y S e l f －P r op a g a t i n g H i g h T em p e r a －t u r e Syn t h e s i s a n d C e r am i c P r o c e ss i n g ．J M a t er Syn t h P r o c e s s ，1993，1：935　B a rs ou m M W ，E l －R a gh y T ．Syn t h e s i s a n d C h a r a c t e r i －z a t i o n o f a R em a r k a b l e C e r am i c T i 3S i C 2．J A m C e r amSo c ，1996，19（7）：19536　E l －R a gh y T ，B a rs ou m M W ．P r o c e ss i n g a n d M e c h a n i c aP r op e r t i es o f T i 3S i C 2：Ⅰ．R ea c t i o n P a t h a n d M i cr o s t r u c t u r e E vo l u t i o n ．JA m C e r am So c ，1999，82（10）28497　Su n Z M ，Z ho u Y C ．Syn t h e s i s o f T i 3S i C 2P o w d e r s b ySo l i d －L i qu i d R ea c t i o n p r o c e s s ．S cr i p t a M a t e r i a l i a ，199941：618　L i J F ，M a t s u l i T ，W a t a n a b e R ．M e c h a n i c al －A ll oy i n g －A ss i s t ed Syn t h e s i s o f T i 3S i C 2P o w d er ．J ou r n al o f t h A m e r i c an C e r am i c So c i e t y ，2002，85（4）：1004～1006收稿日期：2002－11－26朱教群：男，1964年生，副教授；武汉，武汉理工大学材料新技术复合国家重点实验室（430070）．—8—。