城市生活垃圾水泥窯協(xié)同處置給排水設(shè)計

李東祥

（安徽海螺建材設(shè)計研究院有限責任公司， 安徽 蕪湖 241070）

城市生活垃圾的填埋處置受占地面積、 處理能力和對周邊環(huán)境影響等因素的限制， 已無法滿足居民生活垃圾日益增長而急需消納的要求， 垃圾焚燒則是系統(tǒng)解決城市垃圾處置的有效途徑。 水泥工業(yè)新型干法生產(chǎn)線， 可利用其配套的窯和分解爐裝置， 將垃圾氣化生成的可燃氣體送到水泥窯系統(tǒng)中進行無害化燃燒， 產(chǎn)物爐渣用作水泥原料， 生活垃圾與水泥窯的協(xié)同處置簡稱CKK。 CKK 項目可促進廢棄物的資源化利用和無害化處理； 通過協(xié)同資源化可以構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟鏈條， 促進企業(yè)減少能源、 資源消耗和污染排放， 實現(xiàn)企業(yè)與城市和諧共存。 截止目前， 近30 個CKK 項目完成了設(shè)計并陸續(xù)運營。

CKK 項目給排水主要包括循環(huán)冷卻水、 消防、生產(chǎn)生活輔助用水及污廢水處理4 個系統(tǒng)。 本文結(jié)合項目設(shè)計期間的規(guī)范和標準及現(xiàn)場運行反饋， 對配套給排水設(shè)計進行梳理、 歸納和總結(jié)。

1 工程概況

某CKK 項目處理城市生活垃圾規(guī)模為2×300 t／d（21.9 萬t／a）， 分2 期建設(shè)， 項目位于水泥熟料生產(chǎn)線廠區(qū)。 熟料生產(chǎn)線規(guī)模為2×5 000 t／d， 其工藝流程為石灰石等原材料均化／粉磨→水泥窯分解爐系統(tǒng)→熟料冷卻系統(tǒng)。 項目配套建設(shè)有工藝冷卻水、 消防、 生產(chǎn)生活輔助用水及生產(chǎn)生活污廢水處理系統(tǒng)。

CKK 項目運行中產(chǎn)生的主要污染物有臭氣、垃圾可燃氣體和垃圾滲濾液等， 其給排水系統(tǒng)設(shè)計類別與熟料生產(chǎn)線相同。 在熟料煅燒過程中， 水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的物料溫度為1 450 ～1 550 ℃， 氣體溫度則高達1 700 ～1 800 ℃。 高溫環(huán)境下， 氣化爐中垃圾氣化產(chǎn)生的煙氣進入水泥窯及分解爐后繼續(xù)燃燒， 煙氣中的二噁英在分解爐近900 ℃溫度下徹底分解； 同時， 也為垃圾滲濾液高溫氧化處理、 完全分解有機成分提供了條件。 CKK 項目系統(tǒng)見圖1所示。

圖1 CKK 項目系統(tǒng)Fig. 1 System of CKK project

2 給排水系統(tǒng)設(shè)計

2.1 給水系統(tǒng)

CKK 項目單套機組總焚燒能力一般介于150～600t／d（含150t／d）， 屬于Ⅲ類垃圾焚燒廠［1］。 以某2×300 t／d 項目一期工程為例， 該項目位于某水泥廠內(nèi)， 生產(chǎn)、 生活及消防耗用水量均由工廠生產(chǎn)、 生活管網(wǎng)提供， 其水壓和水質(zhì)與水泥廠使用要求一致；項目正常生產(chǎn)及生活消耗水量為80 m3／d（消防時為296 m3／d）， 基本不增加現(xiàn)有工廠的用水負荷。 該項目耗用水量組成、 水量平衡分別見表1、 圖2 所示。

表1 耗用水量組成Tab. 1 Composition of water cunsumption

圖2 水量平衡Fig. 2 Water balance

2.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

CKK 項目循環(huán)冷卻水系統(tǒng)按照GB／T 50102—2014《工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計規(guī)范》［2］和GB 50050—2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》［3］要求進行配置。 CKK 項目循環(huán)水量約為60 m3／h， 其水量、 水壓、 水溫、 水質(zhì)與水泥廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)使用要求一致。 熟料生產(chǎn)線含水泥粉磨系統(tǒng)設(shè)計循環(huán)冷卻水量約為1 500 m3／h， 供水壓力約為0.35 MPa， CKK項目所增加的循環(huán)冷卻水量基本對生產(chǎn)線運行不產(chǎn)生影響， CKK 項目循環(huán)冷卻水系統(tǒng)經(jīng)核實后直接接入。

部分CKK 項目可能離生產(chǎn)線循環(huán)冷卻水管網(wǎng)較遠， 需要設(shè)置獨立的循環(huán)水泵站及冷卻塔系統(tǒng)。

2.3 消防系統(tǒng)

CKK 聯(lián)合廠房為本項目主要功能性建筑物， 其生產(chǎn)火災危險性為丁類， 廠房耐火等級為二級， 建筑高度24 m ＜h ＜50 m， 建筑體積20 000 m3＜V ＜50 000 m3。 消防設(shè)計［4－6］范圍包括大空間垃圾儲存坑、 中控室、 電力室、 生產(chǎn)及巡檢區(qū)域， 消防系統(tǒng)類別主要有消火栓、 消防炮、 滅火器、 氣體滅火及火災報警等， 其中消火栓、 滅火器、 火災報警屬于常規(guī)性消防設(shè)施， 消防炮、 氣體滅火屬于特殊要求的消防設(shè)施。 消防設(shè)計流量及火災延續(xù)時間見表2， 同一時間內(nèi)發(fā)生火災次數(shù)按一次考慮。

表2 設(shè)計流量及延續(xù)時間Tab. 2 Design flow and fire duration time

（1） 消火栓及水泵結(jié)合器。 室外消火栓主要利用水泥廠區(qū)域現(xiàn)有消火栓及管網(wǎng)系統(tǒng)； 室內(nèi)消防栓口動壓不小于0.35 MPa， 消防水槍充實水柱按13 m 計算， 共配置單栓減壓穩(wěn)壓型室內(nèi)消火栓（丙型）33 套， 配消防按鈕， 其中試驗消火栓1 套， 地下式消防水泵結(jié)合器3 套。

（2） 消防水箱。 消防系統(tǒng)為臨時高壓， 高位消防水箱的有效容積為18 m3， 設(shè)置在聯(lián)合廠房屋面層設(shè)備間， 受層高限制， 其最低有效水位不能滿足消防設(shè)施最不利點靜水壓力， 設(shè)計配套臥式增壓穩(wěn)壓設(shè)備1 套， 含隔膜式氣壓罐（臥式， 工作壓力比為0.80）， 立式離心泵2 臺（1 用1 備）。

（3） 氣體滅火。 在聯(lián)合廠房中控室設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)， 采用無管網(wǎng)柜式七氟丙烷滅火裝置； 其他場所配置MF／ABC4 型手提式磷酸銨鹽干粉滅火器共98 具， 滅火劑量為4 kg， 滅火級別為2A。

（4） 消防炮。 聯(lián)合廠房內(nèi)的垃圾儲存坑相對封閉， 空間體積大， 自坑底到行車軌高度接近35 m，采用固定式消防水炮滅火系統(tǒng)［7］； 共配置防腐防爆型消防水炮2 套， 單套射水流量為30 L／s， 工作壓力為0.80 MPa。

（5） 消防泵站。 由于CKK 項目生產(chǎn)過程控制及要求與水泥廠存在較大的差異， 水泥廠配套的消防泵站及管網(wǎng)系統(tǒng)不能完全滿足室內(nèi)消火栓和消防炮系統(tǒng)， 為便于消防設(shè)施的集中控制和管理， CKK項目設(shè)置獨立的消防泵站， 泵站內(nèi)配置消火栓及消防炮給水泵及相關(guān)控制系統(tǒng)； 共配置立式單級離心消防泵3 臺（2 用1 備）， 流量為40 L／s， 揚程為120 m。

2.4 污廢水處理系統(tǒng)

生活垃圾焚燒過程中， 主要污染物為大氣污染物、 惡臭和污廢水等， 污廢水則包括生活污水、 沖洗水和垃圾滲濾液， 其中生活污水主要來自聯(lián)合廠房內(nèi)設(shè)置的茶吧和衛(wèi)生設(shè)施排水， 污水量為19 m3／d， 污水經(jīng)化糞池處理后， 通過室外排水管網(wǎng)送至水泥廠現(xiàn)有的污水處理裝置， 該類污水采用常規(guī)性生化處理， 也可在項目區(qū)域內(nèi)設(shè)置1 m3／h 污水處理裝置； 沖洗水及垃圾儲庫滲出的污水經(jīng)過垃圾污水過濾器送入污水貯存槽， 該類污水含有大量有機物， 具有CODCr、 BOD5濃度高和不耐熱的特性， 給排水設(shè)計重點為污廢水中的垃圾滲濾液的處置［8］。該項目各類污廢水產(chǎn)生量及其水質(zhì)見表3。

該項目垃圾滲濾液產(chǎn)生量平均為60 m3／d（在雨季或含水量較高時約為100 m3／d， 具體設(shè)計時應考慮項目所在地地域和季節(jié)的影響）。 在進行滲濾液處置方案設(shè)計時， 選取了2 種方式， 一是采用生物膜法處理［9－15］， 二是采用焚燒法。 考慮協(xié)同處置的特點， 本項目采用焚燒法。 即通過窯系統(tǒng)的高溫對滲濾液進行氧化處理， 完全分解其有機成分， 從源頭上解決滲濾液對環(huán)境的影響， 消除垃圾滲濾液對環(huán)境的污染風險， 實現(xiàn)無害化處理和零排放。 主要設(shè)備有： 垃圾污水儲存槽提升用污水泵2 臺（1 用1備）， 流量為6 m3／h， 揚程為30 m， 垃圾滲濾液輸送泵2 臺（1 用1 備）， 流量為4.5 m3／h， 揚程為70 m， 用于清除垃圾污水中的微小固體物楔形絲過濾器1 套， 過濾精度為150 μm。

表3 污廢水產(chǎn)生量及其水質(zhì)Tab. 3 Wastewater quantity and quality

初始設(shè)計時直接采用污水泵將滲濾液提升后小部分噴入氣化爐， 大部分引入熟料線分解爐和篦冷機內(nèi)進行焚燒， 其中以篦冷機內(nèi)焚燒為主， 在水量較大時， 分解爐和篦冷機同時噴入。

經(jīng)過一定時間運行， 現(xiàn)場反饋出現(xiàn)以下問題：①垃圾滲濾液長期在水泥廠分解爐內(nèi)焚燒會產(chǎn)生大量的氯離子， 影響熟料線窯系統(tǒng)的運行； ②垃圾滲濾液在分解爐和篦冷機內(nèi)進行焚燒降低了熟料線的產(chǎn)能； ③熟料線系統(tǒng)在檢修時， 垃圾滲濾液的處理量會下降。 因此， 設(shè)計采用焚燒法時， 應滿足以下條件： ①水泥廠應有2 條及以上生產(chǎn)線可以接納滲濾液處理， 生產(chǎn)線不安排同時停產(chǎn)或檢修； ②在滲濾液處理系統(tǒng)故障或出現(xiàn)其他無法及時處理的情況下， 連續(xù)產(chǎn)生的垃圾滲濾液應進入事故收集池內(nèi)進行儲存， 并在可靠的時間周期內(nèi)全部處理完畢； ③工廠具備相應的措施確保處理的經(jīng)濟性和滲濾液長距離輸送的安全性。

3 結(jié)語

CKK 項目應盡可能充分利用與水泥廠共建和共享資源及基本設(shè)施進行處置， 但CKK 項目部分給排水系統(tǒng)需要進行比選， 如循環(huán)水系統(tǒng)與水泥廠的供水同步性， 垃圾滲濾液直接焚燒的經(jīng)濟性和安全性， 部分系統(tǒng)則需要獨立設(shè)置， 如消防系統(tǒng)； 同時， 還要注意設(shè)計中對如下子項的優(yōu)化：

（1） 水洗水系統(tǒng)應采用獨立的供水系統(tǒng)， 不得與水泥廠生活水及生產(chǎn)水系統(tǒng)連接。

（2） 垃圾滲濾液的收集及輸送應采用密閉系統(tǒng)， 垃圾預處理車間地面應做防滲處理， 垃圾坑排水格柵應設(shè)置在垃圾坑側(cè)。

（3） 消防系統(tǒng)的中控室圍護結(jié)構(gòu)及隔斷需滿足氣體滅火要求； 消防水炮應能實現(xiàn)自動或遠距離遙控操作， 采用防腐防爆材質(zhì)。

（4） 事故水池的位置及容積應滿足項目建設(shè)場地初期雨水、 垃圾儲存坑滲濾液及消防排水等非正?；驒z修要求。