郝粼波

（中國城市建設研究院有限公司，北京 100102）

1 引言

在國家“十四五”規(guī)劃和“雙碳”目標的歷史背景下，“碳減排”目標從本質意義上講是循環(huán)經(jīng)濟理念的延伸以及成果的量化體現(xiàn)。社會生產(chǎn)過程的資源集約、節(jié)約、循環(huán)利用，將會為“雙碳”目標的實現(xiàn)作出實際貢獻，而建筑垃圾的高效資源化利用是其重要分支目標。

相較于傳統(tǒng)建筑拆除垃圾以及建筑工程渣土，作為建筑垃圾中更難于處置的裝修垃圾，其自身成分復雜，且難以人為前端分類［1］，這也是目前我國裝修垃圾整體資源化處理率較低的原因。我國城市發(fā)展在從高速向高質量轉變，裝修垃圾產(chǎn)生量與城市化發(fā)展程度呈正相關性，其處置需求也日漸迫切［2］。裝修垃圾預處理技術的研究及應用將是實現(xiàn)建筑垃圾整體再生資源化利用率穩(wěn)步提高的關鍵環(huán)節(jié)。

源于處理對象的理化性狀相似，國內(nèi)外建筑垃圾處理行業(yè)普遍起源于選礦領域。較之礦物類原料，建筑垃圾（尤其是裝修垃圾）的雜質成分更具多樣性［3］，加之其自身產(chǎn)生量極為龐大：約占城市固體廢物總量的30%～40%［4］，因此在普遍采用區(qū)域統(tǒng)籌及集中處理模式時［5］，我們往往要面對“大而雜”的處理對象。礦物破碎、分選類單機設備多為重型，一般沒有小試環(huán)節(jié)，而直接進入中試甚至試生產(chǎn)階段，因此在設計工藝生產(chǎn)路線時，對設計研究人員的工藝理論、工程經(jīng)驗儲備都提出了極高的要求。在本次中試實驗中，設計人員針對除雜環(huán)節(jié)進行了細致的應用理論考證［6］，并結合類似項 目 的設計經(jīng)驗［7］，制定了適用于我國城鎮(zhèn)裝修垃圾現(xiàn)狀的中試處理生產(chǎn)方案。

2 研究過程與方法

2.1 研究背景

隨著我國城市化進程的穩(wěn)步推進，我國裝修垃圾產(chǎn)生量逐步增長，其簡易、無序地堆放也帶來了一系列社會影響及環(huán)境附加成本。經(jīng)監(jiān)測報告分析研究，非常規(guī)堆放的裝修垃圾，易導致Zn、Cr、As、Hg 等重金屬析出［8］，且其遷移、擴散能力會隨降水作用而提高，進而加大對生態(tài)環(huán)境的污染［9］。

2021 年中國循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展論壇的數(shù)據(jù)報告顯示，2020 年我國通過循環(huán)經(jīng)濟戰(zhàn)略，共減少二氧化碳排放量約2.6×109t。要實現(xiàn)“雙碳”目標，從根本上要求再生資源循環(huán)利用效率穩(wěn)步提高。而在建筑垃圾處理領域，發(fā)展相對滯后的裝修垃圾高效預處理技術，將有利于整體建筑垃圾資源化處理水平提升。

2.2 裝修垃圾成分調研

我國裝修垃圾處理正在從早期的簡易堆放、無處理填埋方式，逐步向以再生循環(huán)利用為導向的綠色發(fā)展模式轉變［10］。進入“十三五”后，我國對裝修垃圾的處理研究也步入工程化應用階段，同拆除垃圾資源化處理技術發(fā)展規(guī)律一致，掌握裝修垃圾基本成分特征，是制定、完善預處理工藝技術路線的先決條件。利用項目咨詢及工程設計機會，筆者所在單位過去數(shù)年陸續(xù)參與了北京、上海、蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江、成都等城市的城鎮(zhèn)裝修垃圾成分調研工作，通過已收集的調研數(shù)據(jù)分析可得出初步結論：①裝修垃圾最主要的可資源化利用組分為混凝土、磚瓦等再生骨料類硬質組分，考慮到不可避免混入的砂漿塊、陶瓷、玻璃等組分，其再生骨料類占比約37%～56%；②裝修垃圾成分中的惰性物質（渣土、灰分類物質）含量很高，占比約18%～33%；③裝修垃圾中的竹木、塑料、織物、紙張等雜質類物料，多為高熱值輕質可燃物，其再生資源利用成本較高，一般采用外運焚燒方式處置，占比約13%～25%；④裝修垃圾中的金屬類（包含黑色金屬、有色金屬、貴金屬等）波動范圍雖然較大，約為0.1%～1.5%（成分含量呈現(xiàn)數(shù)量級級別變化），但總體占比較小，不足以影響對整體組分分析的定量判斷。

綜上所述，在自主調研的基礎上，參考業(yè)內(nèi)其他調研工作成果，確定本研究開展裝修垃圾預處理工藝集成中試生產(chǎn)線的原料組分基準值，具體如圖1 所示。

圖1 裝修垃圾成分示意Figure 1 Composition schematic of decoration waste

2.3 裝修垃圾預處理中試生產(chǎn)線工藝技術路線研究

2.3.1 中試生產(chǎn)線技術路線

本次中試生產(chǎn)線技術路線示意如圖2 所示。

圖2 技術路線示意Figure 2 Technology route schematic

2.3.2 實驗場地介紹

中試實驗場地位于北京市昌平區(qū)小沙河村西，生產(chǎn)線及辦公管理區(qū)占地面積約1.33 hm2。中試場地基本條件如下：①中試實驗場地生活用水及生產(chǎn)降塵用水均為深井水；②廠區(qū)內(nèi)配備400 kW 柴油發(fā)電機1 臺（生產(chǎn)線機組設備用），400 kV 變壓器1 臺（提供生活用電及生產(chǎn)線皮帶機用電）；③場地交通運輸條件良好，且遠離村鎮(zhèn)居民區(qū)500 m 以上。

2.3.3 實驗工藝設計基本條件

裝修垃圾處理生產(chǎn)線設計處理量為50 t/h；中試實驗時間為2021 年8 月7 日—9 月10 日；計劃總實驗運行時間累計不低于60 h，其中連續(xù)運行4 h 天數(shù)不小于7 d；計劃總處理量不小于3 000 t。

2.3.4 實驗取樣測試說明

測試對象：預處理后0～10 mm、10～30 mm 成品再生骨料。取樣點：多級振動篩出料皮帶處分級料堆。取樣方法：按照GB/T 14685—2011 建筑用卵石、碎石中規(guī)定的取樣方法執(zhí)行。測試指標：雜物含量，包含金屬、塑料、植物等GB/T 25177—2010 混凝土用再生粗骨料中規(guī)定的內(nèi)容。雜物含量取3 次實驗結果的最大值，精確至0.1%，單次最少試樣量不低于15.0 kg。

2.3.5 中試實驗工藝路線中試實驗工藝路線示意見圖3。

圖3 裝修垃圾預處理中試生產(chǎn)線工藝流程示意Figure 3 Process flow schematic of decoration waste pretreatment pilot production line

2.3.6 實驗工藝流程描述

原料裝修垃圾運至實驗基地后，首先于卸料緩沖區(qū)進行初步分類堆放。袋裝裝修垃圾首先進入齒輥破袋機（圖4），破袋后物料會同散裝原料垃圾進行初步人工預分揀，之后通過挖掘機上料至預篩分單元，預篩分環(huán)節(jié)將物料篩分為＞40 mm的篩上物料和≤40 mm 的篩下物。≤40 mm 的篩下物進入弛張篩，篩孔設計為10 mm，高效篩除10 mm 以下灰分渣土部分。10～40 mm 混合物料進入折板風選機，預篩分環(huán)節(jié)產(chǎn)生的＞40 mm 的篩上物料進入箱式風選機。兩路物料各自通過風選去除輕質雜物后，經(jīng)磁選進一步回收鐵質金屬，此后匯合進入二級人工分揀房（此單元可在工程化應用中采用智能機械手升級替代），將可回收物及雜質進一步回收、分離。

圖4 破袋粗破機實景Figure 4 Real scene of bag breaking machine

分揀后混合物料進入多級圓振篩，≤10 mm 篩下物作為成品骨料外售；10～30 mm 混合物料通過折板風選機深度去除輕質雜物后，可作為成品骨料外售；＞30 mm 混合骨料通過箱式風選機去除輕質雜物，之后進入反擊式破碎機，經(jīng)磁選回收鐵質金屬后回到二級人工分揀環(huán)節(jié)。

中試生產(chǎn)線終端產(chǎn)物去向如下：①分選骨料外售作為再生建材制備原料；②金屬類可以直接作為可回收資源外賣資源化利用；③高值塑料、木材作為可回收資源外賣資源化利用；④低利用價值的可燃物打包外運至垃圾焚燒發(fā)電廠；⑤混合灰分渣土作為回填土外運。

中試試驗過程及分選雜物實景見圖5～圖6。

圖5 中試實驗過程實景Figure 5 Real scene of pilot experiment process

圖6 分選雜物實景Figure 6 Real scene of sorting debris

3 結果與討論

3.1 實驗結果

本次裝修垃圾預處理中試實驗，穩(wěn)定產(chǎn)能可維持在50 t/h 以上；總生產(chǎn)時間72.9 h，其中連續(xù)運行4 h 天數(shù)達到10 d，裝修垃圾總處理量達到3 914.21 t，現(xiàn)場實驗環(huán)節(jié)各主要指標均超過預定目標。通過數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計分析，本次實驗周期分選雜物平均比例為16.10%，其中人工分揀比例約占總雜物分揀量的30%；分選骨料（含粗、中、細全部骨料）平均占比為37.70%；分選灰分渣土質物料平均占比為46.20%。中試實驗過程物料分類統(tǒng)計及平衡示意見圖7。

圖7 中試實驗過程物料組分平衡示意Figure 7 Material composition balance schematic during pilot experiment process

裝修垃圾預處理生產(chǎn)線主產(chǎn)品為再生骨料，對0～10 mm、10～30 mm 產(chǎn)品進行再生骨料含雜率檢測，再生骨料雜質成分含量為0.4%，符合DB11/T 999—2021 城鎮(zhèn)道路建筑垃圾再生路面基層施工與質量驗收規(guī)范I 類要求。

3.2 直接運營成本分析

本生產(chǎn)線主要生產(chǎn)運營成本包括可變成本和固定成本。

可變成本中外購燃料及動力費用主要為設備用電及降塵用水費用，在中試生產(chǎn)期間共計消耗電能59 496 kWh，參考本地工業(yè)電價1.34 元/kWh，共耗電費79 724.64 元；中試期間生產(chǎn)降塵用水總量約280 m3，參考本地工業(yè)用水價格12.5 元/m3，共耗水費約3 500 元；外購燃料及動力費用中的燃油部分包含于上料設備租賃費用中，該部分費用實驗期間共計31 500 元；固定成本中的人工、維修等其他管理費用共計約56 000 元。

綜上所述，本次中試實驗直接生產(chǎn)運營成本為43.62 元/t。在生產(chǎn)線實現(xiàn)原料穩(wěn)定性供應及規(guī)模化生產(chǎn)后，年生產(chǎn)經(jīng)營成本還會有所下降。

3.3 問題分析與總結

1） 本次實驗周期分選雜物平均比例為16.10%，相較于裝修垃圾原料物料組分的基準值13.7%，基本吻合，略有提高。不排除風選頻率偏高造成部分骨料損失的情況，以及雨天后物料沾黏等特殊情況。

2）本次實驗分選雜物中，人工分揀比例達到總雜物分選量的29.56%，機械分揀比例占70.44%，生產(chǎn)線人工作業(yè)強度相對較大，需要在此單元進行機械化替代深入研究。智能機械分揀系統(tǒng)的引入，還將對難于進行傳統(tǒng)機械分揀（以占比、尺寸分選原理為主導）的加砌塊組分進行高效選別，進而提高再生骨料的品質。

3）本次實驗分選骨料（含粗、中、細全部骨料）平均占比為37.70%，通過雜質檢測顯示，再生骨料雜質成分含量為0.4%，符合DB11/T 999—2021 中的I 類要求，完全滿足高級別再生資源化利用需求。

4）本次實驗分選灰分渣土質物料平均占比為46.20%，相較于裝修垃圾原料物料組分的基準值33%，比例明顯提高，主要由于弛張篩孔徑在實際生產(chǎn)過程中，為了在潮濕環(huán)境下保障二級篩分穩(wěn)定出料并解決卡堵問題，由原設計的10 mm 更換為20 mm，如在正式封閉廠房工作環(huán)境下，此方法可從根本上減少預篩分單元及二級篩分單元再生骨料的損失。

5）本次實驗研究人員重點觀測了降雨天氣前后的物料變化規(guī)律，9 月3 日明顯降雨前，灰分渣土平均占比為47.0%，再生骨料平均占比為36.9%；而降雨后的3 d 灰分渣土平均占比為44.4%，再生骨料平均占比為40.0%；9 月3 日降雨當天，灰分渣土占比為42.8%，為整個實驗周期記錄數(shù)據(jù)最低值，再生骨料占比則高達42.9%。

從上述數(shù)據(jù)可以看出，降水對灰分渣土和再生骨料的分選比例影響較大，會顯著降低灰土篩分效率，其物質轉移集中在分選再生骨料組分中，這必將影響該時間段再生骨料的含泥量比例，降低骨料品質。對于應對此種情況的解決方案：一方面可以通過建造正規(guī)封閉式車間廠房，減少降水天氣對原始物料的含水率影響；另一方面可以對二級篩分單元進行優(yōu)化升級，通過更換篩網(wǎng)類型（如星盤篩、三角篩等螺桿類篩分設備）進而大幅提升二級篩分的灰土篩分效率。

4 結論

通過本次中試實驗過程，驗證了所提出的裝修垃圾預處理工藝路線在實際生產(chǎn)過程中基本滿足連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)要求，且實現(xiàn)了全套設備國產(chǎn)化供應，各項主要指標達到實驗預期目的，為進一步提高資源化率指標、探尋裝修垃圾高效預處理精進技術打下了良好的實踐基礎。