1 城市垃圾的组成及性质
城市垃圾主要来源于厨房的生活垃圾、街道垃圾、小型企业的垃圾、建筑垃圾、下水道污泥以及污水处理厂污泥。城市垃圾的组成较为复杂，随着季节和城市的发展程度不同面有所变化。表1 是德国城市垃圾的组成及热值，表2是南京水泥院研究报告中的数据。
表1 德国城市生活垃圾的组成及热值
|
物质 |
纸类 |
塑料 |
玻陶石 |
金属 |
织物 |
有机物 |
木头 |
其它 |
大块废物 |
企业垃圾 |
总热值MJ/kg |
|
热值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为1989年平均值；②为2002年平均值
表2 南京生活垃圾的组成及热值
|
采样点 |
金属 |
玻璃 |
塑料 |
纸类 |
织物 |
木竹 |
植物 |
动物 |
灰渣 |
砖瓦陶 |
其它 |
总热值MJ/kg |
|
转运站 |
0.28 |
2.17 |
8.0 |
4.0 |
0.8 |
2.1 |
19.6 |
8.1 |
30.7 |
5.2 |
18.5 |
6.29 |
|
垃圾场 |
0 |
0.52 |
13.0 |
4.5 |
0.14 |
3.2 |
14.4 |
3.0 |
58.5 |
2.6 |
0 |
7.18 |
|
机场 |
2.0 |
23 |
9.4 |
13.0 |
1.3 |
1.4 |
19.0 |
0 |
0 |
2.7 |
28.2 |
8.13 |
|
火车站 |
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 |
从表中可以看出，南京的城市垃圾中可燃物的比例较德国的低。在一般情况下，发展水平较高地区的城市垃圾中高热值组分如塑料、纸、木头和纺织物的比例要高于发展水平较低地区的城市垃圾中相应高热值组分比例。
2 城市垃圾的预处理
根据垃圾中不同组分的性质，可将垃圾分选为用作原料和燃料两部分。热值较低且其中有机物含量较低的垃圾可作为原料，热值较高的垃圾可将其粒径处理变小后，作为回转窑的部分替代燃料，直接喂入分解炉内或垂直烟道内进行燃烧。图1是城市垃圾预处理的流程图。有机物含量较高的物质在燃烧温度低于1200℃和贫氧条件下燃烧会产生二恶英和呋喃，所以不能在低温区加入，只能从窑分解区或窑头加入，窑内超过1700℃的高温和足够的停留时间能使有机物完全分解。
3 水泥厂利用垃圾的方式
3．1 用作原料
城市垃圾经焚烧后的灰渣成分与粘土质原料很相似，主要成分与煤矸石、粉煤灰相同，其中的钾钠含量也与粘土相近。典型的城市生活垃圾焚烧后的灰渣成分如表3。因此垃圾焚烧灰渣可用作粘土质原料加入生料中，也可部分混合材使用直接与熟料、石膏配料磨制成水泥。
表3 城市生活垃圾焚烧后的灰渣成分
|
名称 |
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 |
运送到水泥厂的城市垃圾经分选后的热值较低的且有机物含量极低的部分，经过磁选、破碎后，可直接作为原料使用。但应注意，新型干法窑对硫、氯、钾、钠含量极为敏感，垃圾和垃圾焚烧灰渣中SO3含量据国外报道在2%左右，碱金属的含量也与天然粘土质原料差不多，但氯含量变化较大，如太高，会造成窑尾系统结皮、堵塞，应该严格控制，垃圾掺入量要随着氯含量的升高而调低。
污水处理厂的污泥在水泥厂应用处理要困难一些，主要是含水较大，但其化学成分和粘土质原料相类似，仍可用作水泥原料。污泥一般需要先焚烧后再投入使用。在污水处理厂较为有效的脱水方法是用机械压滤设备，有条件的话直接用污泥堆场通过阳光和风的作用进行干燥。如直接运到水泥厂进行焚烧处理，工艺流程简单，没有二次污染，但由于水分太高，所需燃料量大，成本远高于先烘干再用于水泥生产；可用回转窑尾废气进行烘干，也可用其它烘干机烘干。污泥水分较低，可直接作为一组分与其它原料一起配制生料。天津水泥设计院进行污泥在回转窑系统的处理半工业化试验中，将污泥加入流态化焚烧分解炉，其干燥、焚烧、分解全部在密闭的分解炉内进行，完全消除了二次污染，真正做到了污泥处理“减量化、无害化、资源化”。
3．2 用作燃料
对于城市垃圾经分选后其中热值较高的部分，可用作水泥煅烧的部分代用燃料。经处理后，可从窑尾分解炉或窑尾上升烟道加入。德国吕德斯多夫水泥厂利用熟料烧成车间的循环流化床对旧木材、纸张、塑料、橡胶等有机可熘物、部分生活垃圾等进行气控热分解形成可燃气体，可燃气体从窑头喷入，分解后的废渣用作水泥原料，目前该厂在燃料上的费用已下降了40%以上。
4 结语
随着水泥技术的不断进步和广大水泥从业人员的思想不断更新，水泥厂利用城市垃圾替代部分原燃料已没有多少技术障碍。随着水泥工业可持续发展战略的不断深入和我国环境保护法规的不断完善，水泥厂作为利用处理城市垃圾的优势地位必将越来越体现出来。一方面是出于企业自身降低对不可再生的矿石性原料的信赖的要求，另一方面也减少污染气体的排放，消除传统垃圾处理方法带来的二次污染的要求，使水泥企业摘掉污染大户的帽子，水泥产业真正成为环保产业，具有极高的社会效益和经济效益。
【作者:王剑弘】
