水泥生產與超大城市廢棄物協同處置的策略分析

宋華

(上海建材（集團）有限公司,上海200032)

0 引言

上海作為一個超大型國際化大都市，一方面城市建設的規模仍然很大，每天需要使用的水泥量較多；另一方面隨著城市發展，生活垃圾和危險廢物的焚燒量快速增加，帶來的次生灰渣危險廢棄物劇增，由于現有的消納途徑有限，填埋空間消耗過快，對城市的運營安全已產生不利影響。當前，一些發達國家的城市和國內的大城市正在利用水泥生產中高溫煅燒的優勢來協同處置固危廢，并逐漸發展成為另一種新的城市廢棄物處置方式。筆者作為長期從事建材制造業的一員，就本市水泥生產與城市固危廢的有效協同處置進行了分析。

1 上海市危險廢棄物處置情況

據數據統計，2021 年上海市危險廢棄物產生量約為155.4 萬噸，其中企業自行利用處置54.5 萬噸，儲存2.9 萬噸，委外利用處置98 萬噸。委外處置中，市內轉移約67.9 萬噸，跨省轉移約30.1 萬噸，涉及產廢企業296 家。在這些委外轉移的危險廢棄物中，位居前10 位的類別合計89.6 萬噸，占全市委外轉移量的91.43%；委外轉移前3 位分別為HW18 焚燒處置殘渣、HW31含鉛廢物和HW17 表面處理廢物，這些類別均是目前本市暫時無法直接無害化處置的危險廢棄物，然而卻正好屬于水泥窯協同處置的范圍。

隨著經濟發展，上海市危險廢棄物總量逐年上升，預計2025 年全市次生灰渣危險廢棄物產生量將達37萬噸，其中生活垃圾焚燒產生的飛灰量為29 萬噸（目前主要采取耦合處理后填埋于浦東老港廢物填埋場），危險廢棄物焚燒產生的灰渣量為8 萬噸（目前需要跨省轉移）；另有需要跨省轉移的重金屬污泥9 萬噸，次生灰渣危險廢棄物及重金屬污泥等危險廢棄物總量將達46 萬噸。

2 國內外城市在水泥窯協同處置固危廢方面的相關做法

當前，水泥窯協同處置已成為國際公認的處置危險廢棄物終極手段之一，在《巴塞爾公約》的條文中，水泥生產過程中危險廢棄物的協同處理方法已被認為是對環境無害的處理方法[1]。水泥窯協同處置具有節能、環保、經濟的優勢，主要表現在以下4 個方面：（1）水泥窯煅燒溫度高，高溫停留時間長，危險廢棄物無害化處置徹底；（2）焚燒灰渣可直接利用，無灰渣二次處理問題；（3）排放氣體可高效處置，環保指標好；（4）回轉窯熱容量大，工況穩定，危險廢棄物處理量大。

在一些發達國家，水泥窯協同處置城市固危廢較為普遍。早在20 世紀50 年代初，廢輪胎作為二次能源在德國水泥行業首次使用；自20 世紀70 年代以來，歐美發達國家開始嘗試將可燃性廢物作為替代燃料，并進行協同處置固廢實踐，并且替代燃料的數量和種類不斷擴大，比如廢輪胎、固體廢棄物、石油焦、廢機油、廢木屑和園林垃圾等[2]；20 世紀80 年代，日本太平洋水泥公司開始利用水泥窯接收處置城市廢棄物（廢棄油、廢塑料和廢木材等），并逐漸延伸至處置飛灰和廢硫酸等危險廢棄物。歐美等發達國家在水泥窯協同處置領域逐步建立起貫穿廢棄物產生、分選、收集、運輸、儲存、預處理與處置、污染物排放、水泥和混凝土質量安全的一系列法規標準，水泥行業替代燃料技術和處置固危廢技術已經成熟，成為發達國家水泥行業節能減排和協助處置城市固危廢的重要手段[3]。

在國內，水泥生產協同處置各種廢棄物也有十多年歷史且已取得較為可觀的成果。水泥窯協同處置主要廢棄物包括廢輪胎、石油焦、廢塑料、廢機油、肉骨粉以及各類醫廢類、其他污泥類和液體類等，這些可作為水泥窯替代燃料或原料。以北京為例，協同處置固危廢的水泥廠有2 家，分別處置生活垃圾焚燒廠飛灰和危險廢棄物，處置量占全市危險廢棄物產生量的60% 以上；以廣州為例，2 個水泥廠處置干污泥規模達23 萬噸，可處置廣州主城區80% 以上污泥。近年來水泥窯協同處置各類廢棄物發展迅猛，經濟、社會及環境效益顯著。截止到2020 年，我國已取得危險廢棄物經營許可證的水泥窯協同處置危廢項目有86 個，年處置規模約464萬噸，覆蓋27 個省級行政區域。位列前三的水泥生產企業分別是金隅、海螺和紅獅，這三個企業的危險廢棄物協同處置能力占整個行業危險廢棄物協同處置能力的46% 。水泥窯協同處置危險廢棄物將是未來主力軍，與傳統危險廢棄物焚燒項目互相補充配合。

3 在上海建設水泥窯協同處置城市廢棄物的必要性分析

3.1 為本市固危廢處置提供托底保障

（1） 未來固危廢跨省轉移存在風險

自2017 年以來，在環保壓力下，各省份逐步收緊危險廢棄物轉入，禁止將省外危險廢棄物轉移至本省貯存、焚燒或填埋，并嚴格控制省外危險廢棄物轉移至本省進行資源化利用[4]。長三角地區是上海市危險廢棄物跨省轉移主要目的地，但是跨省轉移渠道正在縮窄：江蘇省規定，嚴禁從省外移入利用價值低、危害性大、環境風險大、次生固廢產生量大的危險廢棄物；安徽省規定，未經省級環保部門批準，禁止外省危險廢棄物轉入、焚燒、干化、物化和填埋。

（2） 解決城市污泥、飛灰和醫廢等難處置危廢的老大難問題

城市污泥中的污水含有約50%的污染物，簡單脫水后外運棄置會再次污染水體和環境，因此污泥的科學處置不容忽視[5]。實驗證明，利用水泥窯協同處置城市污泥，摻量在2%以下時不會影響水泥質量，是無害化處置城市污泥的有效途徑。

飛灰是城市生活垃圾焚燒后在煙氣系統收集的殘余物，由于其含有高毒性二噁英、可溶性鹽和可溶出性重金屬，被列為H W 18 危險廢棄物。傳統的處理方式諸如飛灰穩定/固化填埋、飛灰熔融等均不能徹底處置，而且均涉及二次處理，存在處理成本高、占用土地多等問題，通過水泥窯高溫煅燒和少量摻入，在不影響水泥質量的前提下協同處置能夠徹底處置飛灰。

2022 年上海新冠疫情實施封控的兩個多月期間，城市生活垃圾和醫療廢棄物產生量激增，遠遠超出了現有焚燒能力，導致大量城市廢棄物積壓。類似的應急處理，我們可以借鑒武漢的經驗，在武漢封控期間，武漢市政府采用華新水泥股份有限公司的水泥窯協同處置技術，利用水泥窯的高溫焚燒對病毒、病菌等瞬間消殺，高效及時地解決了城市生活垃圾和醫療廢棄物，成為守住疫情防控的“最后一道關口”。

3.2 水泥窯協同處置是本市建設“無廢城市”、推進資源循環利用的有效手段

原生態環境部部長李干杰同志指出，“無廢城市”建設是一個長期的探索過程，需要試點先行、先易后難、分步推進，現階段以危險廢棄物、大宗工業固體廢物、主要農業廢棄物、生活垃圾和建筑垃圾為重點[6]。水泥窯協同處置是危廢資源循環利用的重要手段，水泥窯內溫度（1 600 ℃）高，停留時間長，相對于傳統焚燒爐具有可完全分解二英和固化重金屬等優點，廢物產出水泥熟料，沒有焚燒灰渣的二次處理和污染。

對于上海市而言，迫切需要加快建立健全危險廢棄物的長效處置機制。為切實有效防范環境風險，優化營商環境，上海將打造“無廢城市”，2020 年基本實現原生生活垃圾“零填埋”，2025 年全市危險廢棄物無害化處理率將達到100% 。為此，“十四五”期間，上海將著重解決結構性的處置能力短板，推動形成協同處置等多途徑處置能力。在《上海市“十四五”危險廢棄物監管和利用處置能力建設規劃》中明確要求，積極推進重金屬污泥、危險廢棄物焚燒灰渣、生活垃圾焚燒飛灰等無機類危險廢棄物多途徑的利用處置?！渡虾Ｊ猩鷳B空間建設和市容環境優化“十四五”規劃》要求，妥善處理全市焚燒飛灰，力爭將生活垃圾焚燒二次污染物填埋率控制在2% 以下。

3.3 有效釋放固危廢填埋占用的土地資源

目前，上海垃圾填埋場容量緊張，各類廢物的填埋口徑收窄，危險廢棄物填埋場和一般廢物填埋場的選址較難。采用水泥窯協同處置垃圾焚燒飛灰、危險廢棄物焚燒飛灰及其灰渣，在資源利用的同時可有效釋放焚燒飛灰、危險廢棄物灰渣二次填埋所占用的土地資源。

4 本市水泥使用情況和生產分析

4.1 本市水泥使用情況

本市水泥需求量多年保持在高位。據相關協會統計，2020 年上海市水泥年銷量約為2 280 萬噸，其中外省市進滬水泥銷量占比約九成（見表1）。根據“十四五”規劃，本市將全面深化“五個中心”建設等要求，因此需要大量的水泥及水泥制品。

表1 上海市水泥生產量及使用量（Tab.1 Cement production and usage in Shanghai）單位：萬噸

4.2 本市水泥生產分析

由于環保和規劃等原因，除了階段性保留一定的水泥粉磨能力外，水泥窯已全面停產。2016 年本市最后一條水泥窯（原金山水泥廠）關停后，全市再無可協同處置危險廢棄物的水泥生產企業，這限制了上海市協同處置危險廢棄物的能力。隨著觀念更新、科技發展和技術進步，如果在本市較為偏僻的工業園區建設水泥生產線，應該是可行的。最近也有類似項目在論證過程中。

（1） 產能及處置能力

根據當前上海市每年的產廢數量與實際固危廢處置能力、未來五年預計城市產廢數量，并假設采用智能化新型干法預分解生產工藝來進行處置，結合國內外同類型企業實際運營情況，固危廢摻入量和摻入比例控制情況，生產過程中的安全生產、能源需求和排放指標控制要求等因素，按照“世界先進、國內一流”的設計標準，比較理想的方案是投資建設一條或累計建設8 000 t/d 產能的熟料新型干法水泥生產線及與之相配套的固危廢協同處置設施。包括同期建設低溫余熱發電系統、垃圾焚燒飛灰水洗系統、垃圾焚燒飛灰協同處置系統、固體廢棄物（危險廢棄物）預處置系統、固體廢棄物（危險廢棄物）協同處置系統和替代燃料生產系統等。

項目建成后，預計年協同處理固體廢棄物（危險廢棄物）總計逾110 萬噸，其中生活垃圾焚燒飛灰處置量約為20 萬噸，危險廢棄物焚燒灰渣等難以處置的次生灰渣以及重金屬污泥等年處置量約為20 萬噸，兩者合計約40 萬噸[7]，可以有效彌補本市危險廢棄物處理處置能力不足，為本市固體廢棄物（危險廢棄物）處置提供托底保障，助力上海創建“無廢城市”。此外，作為該項目的副產品——水泥，也可以為城市建設提供保障，實現企業與城市共生共融發展。

（2） 經濟盈利性

按照項目的固危廢處置能力設計方案投資，資金籌措依據國發[2015]51 號《國務院關于調整和完善固定資產投資項目資本金制度的通知》，股東投入資本金，項目再申請長期銀行貸款和流動資金銀行貸款。原材料方面選擇與石灰石礦企業簽署長期供應合作關系，并按照市場價結算，燃料和電力采用清潔能源和傳統能源相結合的方式供應，人工成本按照國內先進水平定崗定編，物料輸送按照精簡和市場化運作的原則操作。

項目投產后的經費運營，一是通過處理固危廢向政府、產廢單位領取補貼；二是自主研發和生產替代燃料，降低成本；三是通過銷售水泥獲取項目收益、現金流和分攤成本；四是根據財稅[2015]78 號《資源綜合利用產品和勞務增值稅優惠目錄》，充分考慮項目稅務成本的減免因素。

（3） 能耗和環保

水泥窯協同處置是當前最優的城市固危廢處置方案之一，是一種成熟的先進工藝。與其他處置方式相比，其處置城市危險廢棄物最徹底，真正做到了“吃干榨凈”，處置的危險廢棄物也不會產生二次污染問題。由于水泥窯協同處置屬于上海市急需增加的對固廢、危廢處置的有效途徑，也屬于布局城市固廢托底保障的設施，因此在項目審批立項時，建議從項目服務于整個城市持續健康運營的角度，給予項目必要的能耗指標和排放指標，或者在申請能耗指標和排放指標時，考慮將原項目關停節約下來的排放指標反哺給水泥窯協同處置項目。

（4） 創新點

（a） 提高協同處置比例。加大工藝技術創新的力度，對標國外先進技術，在保證生產安全和產品質量的前提下，積極研發協同處置固危廢的比例，確保實現年處置城市廢棄物逾110 萬噸（包括危險廢棄物逾40 萬噸）的目標，力爭水泥處置率達420 kg/t，與目前國際先進水平的日本太平洋水泥公司處置水平（476 kg/t）接近。

（b） 煙氣排放超低。采用創新的預分解系統自脫硝+選擇性非催化還原（SNCR）脫硝+選擇性催化還原（SCR）脫硝、石灰石-石膏濕法（FGD）脫硫技術，實現超低標準排放（NO 質量濃度≤50 mg/m3、顆粒物質量濃度≤5 mg/m3、SO2質量濃度≤20 mg/m3）；與傳統水泥生產企業相比，力爭實現減排率超過20%。

（c） 能耗低。一是采用清潔能源（天然氣）替代傳統水泥生產用的燃煤；二是采用低熱耗的窯型、最新技術的冷卻機來進行純低溫余熱發電等措施；三是積極開發、生產和使用生物質燃料（RDF），實現資源綜合利用，并逐步提高替代燃料的比例，在節約能源的同時降低成本；四是嚴控生產和產品質量關，生產能耗達到國際先進水平。

（d） 廢水零排放。采用飛灰水洗分鹽技術，將水泥生產線產生的廢水送至垃圾焚燒飛灰水洗系統，實現全廠無生產廢水排放。

（e） 實現智能制造。涵蓋智能規劃、智能控制、智能物流、智能管理和智能服務等。

5 建設中存在的問題和解決措施

項目建設和投入生產都是屬地管理，作為一個為全市消納生活垃圾和固體廢棄物的項目，其對環境的影響和能耗排放都屬于屬地的指標，不可避免會帶來全局和局部相關利益沖突，主要集中在能耗、交通和碳排放等方面。

5.1 存在的問題

（1） 能耗問題

水泥窯協同處置項目設計方案的能耗水平已達到先進水平，但相比本市大力發展的新型制造業的生產能耗，還是屬于“高耗能”項目，會給項目屬地能耗指標控制帶來很大壓力。

（2） 交通問題

水泥窯協同處置項目一旦正常生產，每天將有各類原材料進廠、成品水泥出廠，因此需要具備水路及陸路運輸條件。陸路運輸車輛都是大型車輛，會給周邊帶來較大的交通壓力及安全壓力。

（3） 環保問題

水泥窯協同處置項目的碳排放相對比較大，雖然項目設計時使用天然氣和生物質燃料等清潔能源和可再生能源，但相比本市大力發展的新型制造業其碳排放相對較高，對項目屬地碳排放指標控制有較大壓力。

5.2 解決措施

計劃建設的項目屬于資源化利用和環保處置項目，對本市生活垃圾和固體廢棄物消納具有積極作用，可為城市運行提供安全保障，為此應堅持“以廢定產、超凈排放、高效低碳”原則。

（1） 以廢定產

以處置生活垃圾和固體廢棄物（危險廢棄物）數量為依據，控制水泥生產規模，并非無限制生產水泥。

（2） 超凈排放

必須嚴格按照《上海市大氣污染防治法》設計方案，堅持使用天然氣為燃料。使用天然氣導致水泥成本高于外省市進滬水泥成本，應有相關引逼政策，要求本市政府投資（國企投資）項目優先使用本市生產的水泥，或者使用一定比例。

（3） 高效低碳

體現在能耗指標上，計劃建設的項目已經在能源使用種類和生產能效上動足腦筋、想盡辦法，但其能耗還是較高，建議進行合理分攤，或者部分單列，不能由屬地區域自行承擔。

（4） 技術創新

通過積極研發和生產替代燃料，緩解（或縮?。┦褂锰烊粴鈱е碌呐c其他水泥企業使用燃煤相比的成本價差問題，提高企業的盈利水平。加大創新投入，逐步提高廢棄物摻入水泥的比例，提高固危廢的處置能力。

6 結語

城市中利用水泥窯協同處置城市廢棄物是成熟的先進技術，已在發達國家應用，水泥生產企業進行水泥窯協同處置城市廢棄物屬于首創，是科技進步給予的支撐，也是超大型城市運行的安全保障，符合上海市“十四五”規劃中環境保護和生態建設的要求，有利于本市“無廢城市”建設，將成為“政府好幫手、城市的凈化器”，助力城市更新。