垃圾围城怎么办？水泥窑解困

  生活在都市的人们，每天重复着上班、下班、吃饭、休息的循环，除了偶尔的雾霾或拥堵会影响一点心情之外，很少有人会想到一座城市表面上“秩序井然”背后的种种艰辛。对于一座常住人口数以千万的城市而言，且不论衣食住行的种种开销，单是每天产生的生活垃圾就近乎天文数字。

  生活垃圾处置的传统方式有卫生填埋、生物处理和焚烧处理三大类，但每一类都有着不少的问题，长期以来就让各地政府头疼不已。直到以金隅、中材、海螺等为代表的利用水泥窑处置生活垃圾技术的出现，这些老大难的问题才真正让人们看到了光明的前景。

  以北京市为例，在20世纪80年代之前，绝少有人想到它30年之后会拥有超过2000万的常住人口，每天制造近2万吨的生活垃圾。那时候，北京每天的生活垃圾基本都是运到郊区的农田里做肥料。这种自古以来的“纯天然”生化处理方式无疑是非常理想的，可是80年代之后，生活垃圾中越来越多地出现了金属、塑料、玻璃等不易降解的物质，这样的垃圾已不再适用于农田堆肥。面对新的变化，政府相关部门既无法迅速建设起适应垃圾组分变化的现代化处理设施，也没有相关的处理规定，在资金、经验和技术都严重缺乏的情况下，操作简单、成本低廉的填埋处置就成了必然的选择。

  然而，填埋并非一劳永逸。它不仅要消耗大量的宝贵土地，还会带来严重的环境污染。现在城市生活垃圾中的化学品含量越来越高，其中的塑料制品上百年都难以降解，而重金属和垃圾产生的渗沥液则对周边的地下水造成了严重的污染。这些填埋场不仅臭气熏天，而且潜伏着爆发瘟疫的危险，在人人高度重视自身健康和安全的今天，填埋方式显然已经走到了尽头。

  生活垃圾处置的另外两种传统方式中，生物处理方式严重依赖垃圾分类，在当前国情下，几乎没有成功的可能。在垃圾量猛增，填埋难以为继的情况下，焚烧处置就成了唯一可行的选择。

  焚烧法的优点是处理量大，减容性好(一般可缩小体积90%)，无害化彻底，残渣性能稳定，能最大限度地减少二次污染，并能回收热能用以取暖或发电。然而，这项国际上公认的成熟技术，在中国却又遭遇了独具特色的“水土不服”。

  首先，和其他国家相比，中国的生活垃圾是未加任何分类的“混合收集”；其次，由于中国的餐桌文化，厨余垃圾的比例高达50%～60%。此外，在宾馆、饭店、食堂等地方，每天还要产生巨量的餐厨垃圾，这样的生活垃圾，水分含量高，热值却很低，如果简单地套用国外的技术和装备，不仅难以燃烧充分，焚烧烟气的排放也很难控制。

  众所周知，垃圾中富含氯的塑料制品和金属在焚烧时会产生高致癌物质二恶英(PCDD/Fs)。二恶英是无色无味的脂溶性物质，非常容易在生物体内积累，进而严重危害人身健康。此外，垃圾焚烧发电厂的建设、运营成本都很高，这也给一些省市的地方财政带来很大的压力，在一些中小城市，已经出现了垃圾焚烧不规范操作的情况。这些问题进一步加深了民众对推进垃圾焚烧工作的对立情绪，全国许多地方都出现了因群众反焚烧而引发的群体性事件。由于受到周边群众的坚决抵制，各地的垃圾焚烧厂建设都极为困难。

  在生活垃圾处置方面，中国的各级政府可能是最为无奈的：一方面要妥善处置每天产生的巨量垃圾，另一方面又要应对日益强烈的民众诉求——之所以选择上马民众反对呼声很大的焚烧，其实也是尝试过许多方法之后的无奈之举。

  这样一个看似“无解”的困局，却因为水泥窑处置生活垃圾技术的诞生而峰回路转。本来没有任何关联的水泥生产与垃圾处置，因技术的发展和时代的变迁，最终紧密关联到了一起，并且焕发出勃勃的生机。

  研究表明，垃圾焚烧后的烟气如果能在850℃以上的高温环境中停留超过2秒钟，高毒性的二恶英就会完全分解。焚烧发电厂在正常运转的情况下，这样的工况条件是可以达到的；但是，如果垃圾的含水量过高，或者生产控制稍有偏差，则会因为燃烧温度不足而产生大量二恶英成分。这也正是垃圾焚烧发电厂周边民众所担忧的结果。

  然而，对于水泥窑而言，则完全不存在燃烧不充分的问题——它是为制造水泥而设计的，其工作温度在1450℃以上，最高可达1600℃，高温烟气在窑内的滞留时间更是长达8秒钟左右。在这样极端高温的环境中，包括二恶英在内的所有有机物都会得到充分的分解，人们所担忧的毒性完全不复存在。

  更为可贵的是，水泥窑“大肚能容”，那些焚烧发电方式难以处置的残渣，可以直接进入熟料的晶体结构，成为有益的成分。简单地讲，入窑的生活垃圾，要么变为生产的燃料，要么则变为水泥的原料，完全没有其他的废物产生。

  焚烧发电只是减少了生活垃圾的数量，仍有相当于总量10%左右的有毒飞灰和残渣需要通过填埋或入水泥窑消解来进一步处置；而水泥窑焚烧生活垃圾的最终产物只有一种，那就是质量合格的水泥。

  与投资巨大的垃圾焚烧发电厂相比，每个城市的周边都有着若干座既有的水泥厂，只需经过简单的改造即可用于生活垃圾的处置。这种天然的布局，既可以减少大量基础设施的再次投资，又可实现生活垃圾的完美消解，实在是利国利民的大好事。

  针对中国城市普遍面临的“垃圾围城”、“重水轻泥”、“地沟油”、非正规填埋场治理等等环境问题，北京建材总院固废资源化利用与节能建材国家重点实验室历经多年，依托国家“973”、“863”及科技支撑等国家项目支持，自主研发出污泥常温干化、污泥除臭、二恶英源头控制、固体废弃物热解等技术。利用自主研发的工艺，城市废弃物处理实现了污泥低成本干化、全过程无臭生产、固体废弃物零填埋和近零排放等，彻底消除城市废弃物所带来的大气、水体、土壤、臭气等二次污染问题，并带来良好的经济效益和社会效益。

  早在2007年，北京建材总院就开始了利用水泥窑处置焚烧发电飞灰处置飞灰的研究。作为北京市科委的重大科技项目，总院利用金隅集团丰富的内部资源，首先在琉璃河水泥厂进行中试，技术成功之后建成了全球第一条每年处理3万吨飞灰的示范性生产线。此后，总院又相继开展了利用水泥窑处置陈腐垃圾、生活垃圾、脱水污泥、污染土的研究并取得成功。

  通过对填埋场的陈腐垃圾取样分析，发现其主要成分是灰土，其中的有机质经过长年陈腐后已经分解，剩余的只是塑料、金属、动物骨头和建筑垃圾等。其后，北京建材总院与金隅红树林一起，通过工业试验，发现陈腐垃圾入窑焚烧对水泥窑窑况影响不大；又通过“973”项目，进行了水泥窑替代原燃料中的重金属迁移和固化机理研究，确认焚烧垃圾对最终的水泥成品不会造成质量影响。

  通过“低热值固废热解机理及水泥窑能源利用技术”的研究，总院综合分析国内处置生活垃圾的技术路线，总结出了生活垃圾、污泥、餐厨垃圾这三种最能代表高含水、低热值垃圾的普适规律，形成了独具金隅特色的技术路线。

  北京建材总院城市废弃物综合一体化能源再利用技术，将城市生活垃圾、脱水污泥、餐厨垃圾、矿化垃圾、园林垃圾等城市废弃物有机整合，生产出废弃物衍生燃料，并采用气化后进入水泥窑处理的方式，将城市中所有废弃物统筹考虑，改变了传统的将生活垃圾、餐厨垃圾、污泥、园林垃圾分而治之的弊端，实现了城市废弃物的零填埋和废弃物处置的近零排放，实现了废弃物资源利用的最大化，节省了大量的土地资源和固体废弃物分项处理厂建设投资。

  以生活垃圾处理来说，总院的技术是首先对垃圾进行预处理，将其中的有机、无机成分分离，即热值分离。热值高的有机成分做成燃料棒，通过气化炉热解和气化后入窑，替代部分燃料；无机的部分则作为配料烧掉，并最终成为水泥的有效成分。针对其他同行的气化技术投资过高问题，总院进行了专门的技术改进研究，采用固定床的气化炉，不仅处理量大、适应性强、入窑气体均匀，投资也大大减少。它不仅能处置生活垃圾，还能处置各种有毒有害废弃物。相关技术已经在金隅集团内部的太行前景水泥厂等投入使用，产生了良好的社会效益。

  随着经济的飞速发展和城镇化进程的深入，我国的城市污水处理量也在逐年增长，而污泥的无害化处置问题也更加迫在眉睫。未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。

  城市污水厂污泥产生于城市生活污水的生化处理阶段，主要来自于生活污水处理厂的初次和二次沉淀池，是城市生活污水处理时产生的体积最大、最容易产生二次污染的副产品。处理1000吨城市生活污水，约产生1吨含水率为80%的污泥。污水处理厂的全部建设费用中，用于污泥处理的部分最高可达到70%。

  针对污泥产生的恶臭气体，建材总院的“固废资源化利用与节能建材国家重点实验室”也结合“973”项目及金隅集团自有的重点项目进行了专门的研究。结果表明，污泥中含有大量的恶臭气体，多达40余种。总院技术团队研发了一种专门处置恶臭的物质，该物质可以与污泥中的致臭基团反应，将恶臭气体的臭味消除，“好比大蒜变成了芥末”。他们将此除臭技术应用于北京水泥厂的污泥干化工艺中，即使在烘干处理下，散发的恶臭也大幅减少，极大改善了处置现场的作业环境，研究成果令人振奋。

  与国内很多的科研院所不同，总院在产业化转化方面具备更高的效率和速度。北京建材总院又称金隅中央研究院，很多项目本身就来源于集团企业的一线需求，总院的科研成果也是直接应用于这些企业。在成果转化过程中出现的很多新问题，也能非常便利地在集团内部得到协调解决。一个完整项目所需的科研、生产、推广等环节，在金隅集团内部可以很容易地形成完整的闭合链。多年来，这种滚动发展的机制极大地提升了总院的科研效率和成果水平，一系列重大成果很快就转化成了实际的生产力和竞争力。

  凭借这种得天独厚的优势，北京建材总院不仅在生活垃圾和污泥处置领域形成了特色的技术路线，在更具挑战的有毒有害各种危险工业废弃物的处置方面更是形成了“别无分店”的独家优势，本刊将在后续报道中专门介绍给读者。