建筑行业在国民经济各行业中所占比重仅次于工业和农业,对我国经济的发展有举足轻重的作用。改革开放三十多年来,我国建筑业得到了快速的发展,建筑业在国民经济中的支柱产业地位不断加强,对国民经济的拉动作用更加显著。然而,随着城市的快速发展,城市面积扩大,老城区改造步伐加快,建筑垃圾产生量急剧增多,这已经严重阻碍了城市的发展步伐。
建筑垃圾是建筑物在拆除、新建、重建、维修、装修及自然灾害等过程中产生的各类废弃物,按照产生的阶段,主要可以分为以下三类:
- 施工阶段的固体废弃物
建筑施工中,不同结构类型建筑物所产生的施工垃圾中各种成分的含量有所不同,但主要成分一致,主要包括含砂浆、混凝土、砖石、钢筋混凝土桩头、废金属料、竹木材、各种包装材料。
- 装修阶段的固体废弃物
主要包括建筑用胶、涂料、油漆等物质,不仅是难以生物降解的高分子聚合物材料,还含有有害的重金属元素,这些废弃物如果处理不当会直接危害到周边居民的生活。另外,还有木料、钢材、玻璃、塑料等装修垃圾,这部分具有比较高的回收效益。
- 拆除阶段的固体废弃物
主要包括废混凝土块、沥青混凝土、砖瓦、渣土等,占垃圾总量的80%,不存在“二次污染”的问题,比较利于处理。该部分具有很可观的回收效益,若能够有效处理,能产生巨大经济效益。
据统计数据显示,截至2019年,我国城市固体轻物质的现存数量已经达到了110亿吨,其中建筑垃圾存有量估计约达到21~28亿吨,占城市垃圾总量比重的30%。
目前,主要的建筑垃圾处理方式还是以填埋为主,但是填埋会占用大量土地,建筑垃圾中的一些有害物质会造成地下水的污染,同时,清运和堆放过程中土方车、清运车会造成扬尘,会排放尾气,这些同样会造成严重的环境污染。另外,填埋会破坏土壤结构、造成地表沉降,填埋土层之上基本难以重新长出植被。将建筑垃圾再生处理进行资源化利用是目前公认的对建筑垃圾最好的处理方式。
行业上按照可再生性和可利用价值,通常将建筑垃圾分为可直接利用的材料、可作为材料再生或可以用于热回收的材料,以及没有利用价值的废料三类。本位着重讨论第二类,通过再生处理可以资源化利用的建筑垃圾。
再生处理工艺
建筑垃圾要经过破碎、分级和按一定比例相互配合后才能得到再生骨料,需要专门的机械设备和生产工艺。因此单纯就生产成本而言,再生混凝土的成本会高于天然骨料混凝土。但由于其可以节约用地,减少污染和保护环境,实现建筑资源的循环利用,其社会意义非常明显。
一般建筑垃圾处理工艺流程主要由进料-破碎-分选三步组成:
进料过程主要采用抓斗抓取原生建筑垃圾中的大块杂物,在振动筛中初步筛出建筑垃圾中的渣土成分,减轻后续破碎、筛分的负荷,提高生产效率和产品质量,另外配合喷淋系统在过程中进行除尘,改善工作环境。
破碎系统主要实现将混凝土和钢筋分离。破碎机的工作原理是基于转子快速旋转,物料因受到板锤与反击板的双重作用,再加上物料之间的相互碰撞而逐渐粉碎。
分选系统主要有磁选、风选、水力浮选、微粉去除等。磁选系统主要是通过永磁磁选机将建筑垃圾中的金属、钢筋等物筛选出来;风选系统的原理类似于吸尘器,在吸风口处完成对建筑垃圾种类的筛分,物料在负压的作用下逐步分离出其中的轻质物和细微颗粒;水力浮选主要是分选出建筑垃圾中混杂的废塑料、废木材、废纸张等密度轻于水的物质;微粉去除主要是分理处建筑垃圾再生骨料处理中破碎、筛分、强化等环节产生的诸多微粉,以提高再生混凝土的强度和耐久度。
几种建筑垃圾资源化利用举例
- 再生粗骨料混凝土
建筑垃圾中的混凝土通常是代替混凝土制作材料中的粗骨料进行回收利用。有研究表明,当采用建筑垃圾中的过筛砼碎块替代混凝土材料中粗骨料的比例在0 – 40%之间时,混凝土的强度不会降低,甚至在砼碎块的惨入率在20%左右的时候混凝土的强度有所提高;
而制成细骨料,学术界普遍认为掺入再生细骨料后再生混凝土的强度和耐久性都会有很大程度降低。再生细骨料参量大于60%时对强度影响较大,主要原因时再生细骨料的缺陷多,粘土等杂质多。上海市地方标准《再生混凝土应用技术规程》也建议再生细骨料不宜用作配置房屋结构与道路结构混凝土。
- 建筑垃圾制砖
建筑垃圾中的混凝土、水泥等废弃物经过合理破碎后还可用来代替石子生产草坪砖、广场砖、盲孔砖、透水砖、隔墙砖、模块砖、保温砖、砌块砖等数十种环保砖。建筑垃圾制砖通常先进行粗破碎,出去废土、金属、塑料、木材、装饰材料等杂质,经分选后进行破碎处理,再经过振动筛,后按比例掺入一定的水泥、粉煤灰等添加剂,搅拌均匀后送到液压砌块机成型,再自然养护即可。建筑垃圾砖导热性能较混凝土砖偏高,在设计中应增加外墙外保温或内保温的措施。
- 钢材
废钢是我国再生资源回收的主要组成部分。由于钢铁具有磁性,所以比较容易从建筑垃圾废物流中分离出来。在钢材抵达生命终点阶段时,将废钢熔炼后,可生成新的钢材,调整钢材的化学成分以及调整新产品的外形。废钢经过分离和拣选,可用于生产任何新钢材。
目前,钢厂都会把废钢作为原料的一部分。在高炉生产工艺中,碱性氧气转炉是将高碳铁水精炼成粗钢的设备,该设备每次投料通常都含有15%-25%废钢。废钢作为冷却剂,可以吸收放热脱碳工序产生的多余热量,另外还可以作为含铁物料(Iron Unit)的来源。在有些情况下,作为含铁物料来源的废钢被直接投入高炉,可减少温室气体排放。
在电弧炉生产工艺中,使用电能重新熔炼进料生产新钢材,进料中废钢占比最高达100%。
在钢铁生产过程中每使用1吨废钢,可以减少1.5吨二氧化碳排放,节约1.4吨铁矿石、0.74吨煤炭和0.12吨石灰石。
炼钢工艺能够去除废钢中存在的大部分杂质。因此,钢铁行业不会像玻璃行业和铝业一样,将废钢降级循环成更低品质的产品。
- 木料、木屑
废木料一般属于可直接利用的材料,再生利用率较高。拆卸下来的废旧木材,有些可以直接当木材重新利用。对于建筑施工产生的多余木料,清除其表面污染物后,根据尺寸大小直接利用,而不用降低其使用等级。可加工成楼梯、栏杆、室内地板和饰条等,也可加入粘合剂支撑复合板材。建筑垃圾中的碎木,木屑等,可作为燃料堆肥原料和侵蚀防护工程中的覆盖物。不含有毒物质的碎木、锯末和木屑,例如没有经过防腐处理的废木料、无油漆的废木料,可直接作为燃料利用其燃烧释放的能量。废木料也可以用于生产粘土、木料、水泥复合材料,与普通混凝土相比,具有质量轻、导热系数小等有点,因而可作为特殊的绝热材料使用。
建筑垃圾资源化利用的难点
目前,我国建筑垃圾资源化利用率较欧美、日本等发达国家还有一定的差距。在建筑垃圾资源化利用过程中主要面临以下几个难点:
- 拆房和装修垃圾源头分类制度缺失
建筑垃圾成分复杂,尤其在装修垃圾中,包含砖块、玻璃、陶瓷、墙板、旧家具、旧家电以及砂浆混凝土块。政府目前并未出台相关的规范或措施来促使施工单位或垃圾暂存点人员对拆房和装修垃圾进行分类。未经分类的垃圾进入末端完全依靠处置企业进行分拣。
- 对建筑垃圾流向控制不严
目前,部分工地的建筑废弃混凝土仍被随意处置,流向不合规的处置点,存在很大的安全隐患,会给周围环境和人民生活造成不同程度的影响。
- 部分企业处理工艺简单造成产品价值低
目前国内除了个别建筑垃圾资源化利用企业在设备上投入大量资金外,大部分企业的工艺是以简单破碎、人工分选和筛分为主,配套简易的喷淋喷雾系统,对砖和混凝土块混合在一起的建筑垃圾,在后期处理流程中尚未进行精细分选。对废弃混凝土再生骨料而言,正式由于筛分工艺不完善,导致再生骨料中微粉含量较高,或是再生骨料结构遭到破环,内部产生大量微裂缝,导致压碎率偏大。这些因素造成再生混凝土综合性能不高、再生骨料利用率难以提升、市场接受度低等问题,制得的再生混凝土只能用于回填道路垫层等非结构场合,应用规模小、附加值不高。
我国作为仍然经济高速增长的经济体,建筑垃圾资源化行业发展面临着巨大的机遇。自从国家提出双碳目标以来,针对建筑垃圾资源化利用的扶持政策不断出台,相关的行业标准也不断完善。建筑垃圾资源化利用将带来十分丰厚的经济效益,也对环境保护有着巨大贡献,这个过程需要标准、法规、政策、技术和装置协同发展,互相促进。
参考文献:
1. 《建筑垃圾资源化》,世邦机器;
2. 《上海建筑垃圾资源化利用情况调研报告》,刘光富,徐亚玲;
3. 《建筑垃圾再生处理与应用》,周文娟;
4. 《废钢在钢铁行业的应用》,worldsteel association