水泥窑协同处置生活垃圾工艺兼具垃圾焚烧处理与环境友好两方面的特征,能有效消除垃圾焚烧产生的二噁英及其他酸性气体,消纳垃圾焚烧残留的重金属元素,是较为环保的一种垃圾处理方式。但垃圾焚烧产生的碱、氯、硫组分会对水泥窑安全运转产生不利影响,垃圾焚烧残留的重金属元素也会对水泥制品的重金属安全性产生影响。因此开展水泥窑协同处置生活垃圾工艺时,垃圾中带入的氯、碱、硫组分在预热器系统物料中的分布情况和水泥制品重金属安全性问题的研究有利于进一步完善水泥窑协同处置生活垃圾的工艺设计。本课题的研究将为水泥窑协同处置生活垃圾的工艺设计与应用提供理论依据,同时也为新型干法水泥窑炉处理其他固体废物奠定了一定的理论基础,有利于更加充分发挥水泥行业协同处置固体废物的作用,具有重要的社会意义。本文以中信集团下属的黄河同力水泥厂水泥窑协同处置生活垃圾工艺为研究对象,采用在线取样的手段,研究了以下几方面内容:1)分析当地生活垃圾的热值及垃圾中氯、碱、硫组分含量;2)分析了在协同处置生活垃圾前后预热器各级旋风筒物料中的氯、碱、硫的分布情况和变化规律;3)检测和分析了协同处置生活垃圾时对熟料物理性能的影响;4)研究了协同处置生活垃圾时生产的水泥及水泥制品重金属环境安全性问题。生活垃圾分析结果表明:洛阳地区生活垃圾的含水率为30.71%,湿基低位热值为5840 k J/kg,适用于进行焚烧处理。当前协同处置生活垃圾工艺中,垃圾中绝大部分氯、碱、硫组分是随烟气与飞灰进入分解炉的。垃圾焚烧对水泥窑系统氯组分带入量影响显著,以黄河同力水泥厂(日产5000吨回转窑)生料为例,当日协同处置生活垃圾200吨时,将洛阳地区垃圾中氯组分折算为生料中氯含量时,原生料氯含量增加29.17%。生料氯组分含量高对窑炉的安全运转影响较大。熟料碱含量约为0.7%,当继续增加熟料碱含量时,对水泥制品的耐久性影响较大。熟料硫含量约为0.33%,含量不高,硫组分对生产影响不大。从预热器各级旋风筒物料中的氯、碱、硫组分的分布情况和变化规律可得:氯、碱组分主要富集在四、五级旋风筒的物料中,而硫组分主要富集在五级旋风筒的物料中。在协同处置生活垃圾后,预热器四、五级旋风筒物料中氯、碱组分含量较处置前有了明显的增加。五级筒物料中氯组分含量是最高的,也是变化最明显的。由生料、燃料及生活垃圾带入到水泥窑系统中的氯、碱组分分别约有40%和20%残留或富集下来,而硫组分的残留或富集量较少。在水泥窑系统中,烟气、粉尘及熟料中的氯组分含量均较低。当垃圾含氯量高或协同处置量大时,在窑内富集的氯组分含量将增大。协同处置生活垃圾对熟料物理性能的影响的研究结果表明:协同处置生活垃圾前后,水泥熟料的化学组成、矿物组成与物理性能基本不变。说明了在当前垃圾处理工艺条件下,垃圾焚烧产生的挥发性组分与焚烧灰渣作生料对熟料的化学组成、矿物组成与物理性能影响不大。在协同处置生活垃圾工艺条件下,水泥制品重金属环境安全性问题的研究结果显示:水泥窑协同处置生活垃圾前后,熟料配制的水泥胶砂制品在纯水(p H=7)和模拟酸雨(p H=3.2)条件下其重金属浸出浓度均能达到Ⅱ类地表水标准要求。在纯水和模拟酸雨条件下,用10%的灰渣作混合材时其水泥制品重金属浸出浓度能达到Ⅱ类地表水标准要求,而重金属表面浸渍溶出浓度能达到Ⅰ类地表水标准要求。说明了水泥对洛阳地区生活垃圾中的重金属具有良好的固化效果,所制备水泥制品的重金属环境安全性能符合相关要求。