第六章 水泥生產協同處置廢棄物
第一節 水泥生產協同處置廢棄物的產業現狀
水泥窯協同處置廢棄物是指在水泥生產過程中使用廢棄物，并從中回收物質和能量的過程。廢棄物可在不同的喂料點進入水泥生產過程。最常見的喂料點是窯頭主燃燒器、窯尾煙室、上升煙道、預分解爐、分解爐的三次風風管進口等。
利用企業生產過程協同資源化處理廢棄物，是指利用工業窯爐等生產設施，在滿足企業生產要求且不降低產品質量的情況下，將廢棄物作為生產過程的部分原料或燃料等，實現廢棄物的無害化處置并部分資源化的處理方式。
2013年，我國工業固體廢物產生量為32.77億噸，綜合利用量為20.59億噸，綜合利用率為62.3％。目前，城市生活垃圾年清運量約1.71億噸。由于我國廢棄物處置能力相對不足，大量固體廢物未得到及時有效的處理與處置。通過現有企業生產過程進行協同資源化處理，可以提高我國廢棄物無害化處理能力，有利于化解我國廢棄物處理處置的難題，是循環經濟的重要發展領域。在企業協同處理過程中，廢棄物可以作為替代原料或燃料實現部分資源化利用，含硅、鈣、鋁、鐵等組分的廢棄物可作為建材生產的替代原料，熱值較高的工業廢物、生活垃圾、污泥等可替代部分燃料。協同資源化可以構建企業間、產業間、生產系統和生活系統間的循環經濟鏈條，促進企業減少能源、資源消耗和污染排放，推動水泥等行業化解產能過剩矛盾，實現水泥、電力、鋼鐵等傳統行業的綠色化轉型，樹立承擔社會責任、保護環境的良好形象，實現企業與城市和諧共存。
水泥窯是發達國家焚燒處理危險廢物和城市生活垃圾的重要設施，得到廣泛的認可和應用。德國、瑞士、法國、英國、意大利、挪威、瑞典、美國、加拿大、日本等發達國家利用水泥窯處置危險廢物和城市生活垃圾已經有30多年的歷史，積累了豐富的經驗。隨著水泥窯焚燒廢物的理論與實踐的發展與各國相關環保法規的健全，該項技術在經濟和環保兩方面顯示出了巨大的優勢，取得了良好的社會效益、環境效益和經濟效益。
近年來，我國水泥產業蓬勃發展，已具備廣泛處置危險廢物和城市生活垃圾的物質和技術條件。借鑒發達國家的先進經驗，將廢物處置與水泥工業的可持續發展結合起來，是低成本、大規模處置固體廢物的重要措施，也是較為適合我國國情的做法。
通常情況下，固體廢物均具有一定的熱量和可用物質，可作為水泥工業的替代原料或替代燃料，水泥窯協同處置廢物的途徑主要有兩種方式，一種是作為水泥生產的替代原料，主要有燃料渣（包括粉煤灰、煤矸石、爐渣等）、冶金渣（包括高爐礦渣、鋼渣、赤泥等）、化工渣（包括堿渣、硫鐵礦渣、電石渣）等；另一種是以替代燃料的形式在水泥窯上煅燒熟料，主要是高熱值的有機廢物，如廢輪胎、廢橡膠、廢塑料、廢油、城市生活污泥、垃圾等。對于低熱值或危險廢物一般采用專業設施的焚燒處理方式。
一、發達國家利用水泥窯處置廢棄物的現狀
經過30多年的發展，歐美等發達國家已逐步建立起貫穿于廢物產生、分選、收集、運輸、儲存、預處理和處置、污染物排放、水泥和混凝土質量安全等一系列法規和標準，水泥行業替代燃料技術和經驗成熟，成為這些國家水泥行業節能減排的重要手段。發達國家有2/3的水泥廠使用替代燃料，可燃廢物在水泥工業中的應用替代比例平均達20％。
以污泥處置為例，工業污泥和城鎮生活用水處理廠污泥是歐洲水泥協會定義的14類替代燃料的2類，污泥是日本、德國、瑞士、荷蘭等國重要的替代燃料。瑞士水泥行業替代燃料使用最多的是干化污泥，2007年達5.7萬噸。德國從2002年年處置4000t污泥猛增到2006年的23.8萬噸，4年增長了58倍。日本水泥業使用替代燃料的數量逐年增多，其中城鎮生活水處理廠的濕污泥用量2008年達303萬噸，是水泥行業利用和處置廢棄物的第三大品種，日本水泥行業處置污泥的數量占日本污泥產生量的30％。2007年韓國水泥行業處置污泥71.3萬噸。
水泥行業燃料替代的數據表明，發達國家均有較高的替代比例。美國的替代率是25％。德國水泥行業的替代率從2000年的25.7％迅速上升至現在的49.9％。荷蘭是世界上水泥行業使用燃料替代率最高的國家，從2001年的83％上升至現在的92％。2004年歐洲水泥行業共使用替代燃料620萬噸，燃料替代率達17％，2010年達到27％。根據歐洲水泥協會報道，1995年，歐洲水泥行業使用替代燃料替代了10％的燃料熱耗，相當于替代250萬噸煤。2001年，歐洲水泥協會又把廢物利用提到戰略高度，提出“廢物利用行動計劃”（Action Plan for the Use of Waste），提出2010年燃料替代率目標翻番達到24％，最近又把目標提高到27％。
二、我國利用水泥窯處置廢棄物的現狀
我國水泥行業利用粉煤灰等固體廢物作替代原料的數量每年約3億噸，是固體廢物利用的重要領域，國家在此方面有比較完備的政策、技術標準和鼓勵措施。然而，目前國家在替代燃料方面的政策卻基本是空白。
近幾年，我國對水泥行業利用水泥窯協同處置廢棄物進行了積極的嘗試，并取得了顯著的成果，已逐步建立起了一套協同處置的技術體系，但仍與發達國家差距巨大。我國水泥行業使用替代燃料的時間短、種類少，約5000家水泥廠中僅有10余家水泥廠使用替代燃料，年替代量不足5萬噸標煤，行業總體的燃料替代率接近于零。
1998年，北京水泥廠在國內開始利用1條日產2000t水泥熟料窯進行廢棄物處置，主要針對北京市的石油、化工、汽車、醫藥、冶金和建材、實驗室等單位產生的《國家危險廢棄物名錄》中所列47類中的30類廢物進行安全處置。2005年，北京水泥廠專門興建了1條日產3200t水泥熟料生產線，協同處置10萬噸危險廢物。2009年10月，在水泥廠內建成設計處置500t/d（含水80％～85％）污泥熱干化預處理線，干化污泥3200t/d水泥熟料生產線焚燒處置。目前每天處置量400t/d。
2009年4月，華新水泥投資6500萬元，在武穴工廠建設日處理500t的生活垃圾生產線建成投產。
2009年8月21日，廣州越堡水泥有限公司把1條6000t/d水泥熟料生產線改造成日處理600t（含水80％）城市污泥工程完成并投產。系統運行可靠，操作簡便，對污泥的適應性強。按照600t/d的設計處理能力運行，每年可節約標準煤1.36萬噸、減少CO2排放3.4萬噸、避免污泥填埋而減少甲烷排放5000t，相當于每年減少CO2排放10.5萬噸。到目前共處置廣州市生活污泥26多萬噸。
2010年4月10日，安徽海螺集團與日本川崎公司利用聯合開發的水泥窯與氣化爐相結合的城市垃圾處置技術，利用銅陵海螺水泥2條5000t/d水泥熟料生產線，建設日處理生活垃圾600t的生產線一期工程投運，日平均處理生活垃圾230t，全部用于處置銅陵市產生的城市垃圾。
2010年7月，秭歸水泥公司建成利用水泥窯協同處置三峽庫區漂浮物項目，設計日處理能力1000m3，年處理能力達30×104m3。
2011年7月，江蘇天山水泥集團有限公司溧陽分公司利用水泥窯處置廢棄物工程投產，由中材國際環境工程（北京）有限公司投資建設，處置污泥、生活垃圾及危險廢物。污泥處置一期工程規模為120t/d，污泥直接泵入煙室焚燒處置。二期處理工藝為污泥深度脫水，熱干化后送入水泥窯焚燒處置，處置規模提高至200t/d。2012年3月15日，500t/d生活垃圾處置項目投產，項目把經分選預處理的生活垃圾在水泥窯焚燒處置。此外，該公司正在進行的項目還有危險廢物的處置，處置能力為危險廢物9800t/a、有毒有害工業廢液2800t/a、有毒有害半固態和固態危險廢物7000t/a。
我國水泥窯替代燃料工作起步晚、進展慢是造成國內利用水泥窯替代燃料比例落后的原因，這其中既包括經濟方面的原因也有政策、技術和相關配套體系的制約，在政策、標準、技術、監督等方面均有待于建立和完善。
近年來，我國一些水泥企業開展了利用水泥窯協同處理工業廢物、污水處理廠污泥、污染土壤和危險廢物的實踐，同時開展了水泥窯協同處理生活垃圾和垃圾焚燒飛灰的探索。部分鋼鐵企業開發了利用鉻渣等廢物制作自熔性燒結礦冶煉含鉻生鐵工藝。一些電廠開展了協同處理污水處理廠污泥的工程實踐。
目前，我國利用生產過程協同資源化處理廢棄物面臨的突出問題是產業發展處于起步階段，處理工藝和關鍵技術不成熟，企業運行管理經驗不足，廢棄物特性有待明確，缺乏針對性排放標準、污染控制標準、產品質量控制標準等風險控制相關標準和完善的控制措施，管理體制不夠健全，缺乏政策激勵。