混凝土攪拌站廢水廢渣污染的綠色化治理技術(shù)

楊 魁，王陵茜,高 燕

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽(yáng) 618000)

0 前 言

近年來(lái)，預(yù)拌混凝土行業(yè)發(fā)展迅猛，以2018年為例，全國(guó)預(yù)拌混凝土產(chǎn)量達(dá)20億m3，同比增長(zhǎng)約5.9%[1-2]。然而，快速擴(kuò)張的預(yù)拌混凝土產(chǎn)能相對(duì)于目前和未來(lái)市場(chǎng)需求逐步下降的態(tài)勢(shì)，現(xiàn)有產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，2018年全行業(yè)產(chǎn)能發(fā)揮率不足40%[3]。加之進(jìn)入門檻低，資源高消耗、環(huán)境嚴(yán)重污染、市場(chǎng)惡性競(jìng)爭(zhēng)，預(yù)拌混凝土行業(yè)已陷入可持續(xù)發(fā)展的困境。堅(jiān)決淘汰高消耗、高污染的預(yù)拌混凝土攪拌站，實(shí)現(xiàn)混凝土攪拌站內(nèi)廢漿、廢渣和廢棄混凝土全部回收利用，提升混凝土綠色制造水平成必然趨勢(shì)。針對(duì)混凝土攪拌站發(fā)展瓶頸和困境，本文主要探索綠色混凝土攪拌站廢水、廢渣、廢棄混凝土全回收技術(shù)體系的構(gòu)成和綜合效益規(guī)律，期望對(duì)行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)有所裨益。

1 廢水廢渣廢混凝土來(lái)源

在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，涮洗混凝土輸送罐車、泵車以及其他施工車輛時(shí)產(chǎn)生廢渣的同時(shí)也產(chǎn)生了大量泥漿水；使用循環(huán)水清洗砂石分離機(jī)中的殘留混凝土?xí)r會(huì)產(chǎn)生大量泥漿水；清洗攪拌主機(jī)及附屬裝置也產(chǎn)生泥漿水；沖洗硬化地面時(shí)會(huì)生成泥漿水；霧化站內(nèi)空氣時(shí)也會(huì)生成泥漿水滴，進(jìn)一步匯聚成泥漿水；下雨初期的雨水經(jīng)屋面、粉塵地面流動(dòng)時(shí)形成一定量的泥漿水。

根據(jù)相關(guān)資料分析[4-5]，生產(chǎn)1 m3的混凝土?xí)r，需要消耗0.17 t水，同時(shí)產(chǎn)生0.03 t的污水,全行業(yè)每年產(chǎn)生污水6 000萬(wàn)t。預(yù)拌混凝土攪拌站副產(chǎn)的泥漿水，即攪拌站工業(yè)廢水，其pH值為10～12，屬于強(qiáng)堿性廢水，經(jīng)過(guò)沉淀處理后參考同類污水標(biāo)準(zhǔn)后，廢漿水的CODcr為200 mg/L(以重鉻酸鉀作氧化劑測(cè)定COD，所測(cè)出來(lái)的稱為重鉻酸鉀指數(shù))，BOD5為100 mg/L(5天生化需氧量)，SS為300 mg/L(懸浮物含量)[4,6]。強(qiáng)堿性廢水對(duì)土壤和水資源危害極大，也造成了對(duì)礦產(chǎn)資源和水資源的極大浪費(fèi)，微生物成分含量未超限。

如前所述，清洗混凝土輸送罐車、泵車以及其他的施工車輛時(shí)會(huì)產(chǎn)生廢砂石渣；工地澆筑工程完成后會(huì)將剩余混凝土拌合物運(yùn)回?cái)嚢枵?；電力、交通、車輛等原因也會(huì)產(chǎn)生突發(fā)性報(bào)廢混凝土，這些混凝土被運(yùn)回?cái)嚢枵竞?，成為必需回收利用的固體廢料。

據(jù)測(cè)算[7]，日生產(chǎn)2 000 m3混凝土的攪拌站，每天需洗滌攪拌車達(dá)300余次，清除每一罐中的混凝土拌合物約50 kg，每天洗出的混凝土約15 t，如果不加以回收利用，將產(chǎn)生巨大的浪費(fèi)和污染 。

2 廢水廢渣回收利用技術(shù)

2.1 廢渣回收利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廢渣回收利用即砂石分離系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 砂石分離機(jī)系統(tǒng)

主要設(shè)備包括砂石分離機(jī)，進(jìn)料和沖洗部分、罐車停車位，控制系統(tǒng)和廢水沉淀儲(chǔ)存系統(tǒng)。清洗時(shí)先將待清理罐車或泵車?？吭谏笆蛛x機(jī)旁的停車位，轉(zhuǎn)動(dòng)罐體卸出剩余混凝土，通過(guò)料槽進(jìn)入砂石分離機(jī)的進(jìn)料和沖洗部位。開(kāi)啟循環(huán)水(或再生水)連續(xù)注入在殘余混凝土表面，在水流的沖擊下，殘留混凝土逐漸分散和剝離。含有粉料的泥漿水不斷從分離機(jī)底部的出漿口流出，經(jīng)導(dǎo)漿槽流入泥漿攪拌池。清洗過(guò)的砂、石子在分離機(jī)內(nèi)螺旋葉片的推動(dòng)下進(jìn)入篩分系統(tǒng)，砂、石子分離后經(jīng)各自的出料口落入臨時(shí)性再生料堆場(chǎng)，再隨即送入砂石料場(chǎng)循環(huán)使用。分離獲得的砂子含泥量小于3%，石子含泥量小于1%，完全達(dá)到回收再利用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。廢渣回收利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)為站內(nèi)閉路循環(huán)系統(tǒng)，完全可以實(shí)現(xiàn)廢渣的全部利用，達(dá)到零排放要求。

2.2 廢細(xì)粉料與再生清水回收利用

經(jīng)砂石分離機(jī)排出的泥漿水依次進(jìn)入沉淀池、攪拌池，其流程如圖2所示。通過(guò)壓濾機(jī)使泥漿水分離成再生清水與泥餅料(水泥、粉煤灰等摻合料)，可作為道路地基材料或回填材料使用，濾出的再生清水(其中含有殘余減水劑等化學(xué)物質(zhì))，可直接用于清洗混凝土罐車，用于硬化地面的噴淋降塵，用于沖洗攪拌主機(jī)、裝車層地面和其他生產(chǎn)裝置。泥餅可作為再生混凝土摻合料粉碎后循環(huán)使用，或者用于生產(chǎn)混凝土砌塊的再生原料。

圖2 壓濾機(jī)回收漿水系統(tǒng)(待完善)

2.3 泥漿水直接用于混凝土生產(chǎn)

將儲(chǔ)存于調(diào)節(jié)池中的濃度合格的泥漿水?dāng)嚢杈鶆?，通過(guò)高壓水泵直接送入攪拌站主樓內(nèi)的污水計(jì)量斗，再與清水摻配后一起流入攪拌主機(jī)，作為混凝土的有效成份直接參與混凝土的生產(chǎn)，其流程如圖3所示。在采取此方案前，需要在攪拌站現(xiàn)場(chǎng)增建調(diào)節(jié)池，作為攪拌池的輔助設(shè)施調(diào)節(jié)和儲(chǔ)存泥漿水。還要在調(diào)節(jié)池中設(shè)計(jì)安裝漿水濃度測(cè)試議，用于在線檢測(cè)泥漿水中含泥量是否超標(biāo)。調(diào)節(jié)池中的泥漿水由水泵從攪拌池中均勻抽取，調(diào)節(jié)濃度用清水直接從清水箱抽取，根據(jù)濃度檢測(cè)儀所顯示濃度決定加入清水量，直至所調(diào)泥漿水濃度達(dá)到生產(chǎn)所需限量時(shí)方可用于生產(chǎn)。這種方式也可實(shí)現(xiàn)泥漿水的全部利用，不需清淤，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，滿足零排放環(huán)保要求。

圖3 混凝土分離循環(huán)利用流程圖(待完善)

2.4 雨水回收利用

2.4.1 雨水回收利用

對(duì)攪拌站實(shí)施整體封裝后，攪拌站廠房屋面面積大大增加。原有的揚(yáng)塵節(jié)點(diǎn)雖然被封閉，粉料倉(cāng)頂也設(shè)置有收塵器，但長(zhǎng)期生產(chǎn)中還會(huì)有部分揚(yáng)塵沉積在廠房屋面、墻面等處。初期徑流雨水降落屋面、地面后會(huì)被揚(yáng)塵污染，雨水中因含有大量的揚(yáng)塵粉體而形成廢漿水。設(shè)計(jì)攪拌站雨水收集系統(tǒng)時(shí)，可利用原有的廠區(qū)溝渠分別收集初期和后期雨水，并分別將其引入泥漿池和清水池，清水作為生產(chǎn)混凝土拌和水使用。泥漿水即并入其他廢漿水中一起使用。

2.4.2 雨水量計(jì)算

收集雨水量的大小與路面是否硬化、降雨強(qiáng)度、匯流面積、收集時(shí)間等參數(shù)有關(guān)。目前通用的計(jì)算方法如下[8]。

1)《化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50483—2009)中“初期雨水”的定義：一次降雨過(guò)程中的前 10 ～ 20 min 降水量。 據(jù)此，初期雨水量計(jì)算公式為：

Q = 0.06 i·ψ·F·t

(1)

式中，i為降雨強(qiáng)度，mm/min；ψ為污染區(qū)域(灰塵降落區(qū))徑流系數(shù)； F 為污染區(qū)域(灰塵降落區(qū))雨水匯流面積，ha；t為初期雨水收集時(shí)間，min。

2) 根據(jù)《石油化工企業(yè)給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH3015—2019)中第 5.3.4條規(guī)定：初期雨水總量可按污染區(qū)面積與15 ～ 30 mm降水深度的乘積計(jì)算，據(jù)此，初期雨水量計(jì)算公式為：

Qs= F·h

(2)

式中，h為初期雨水降水深度，mm。其他符號(hào)的意義與式(1)相同。

式(1)計(jì)算雨水量的方法相對(duì)復(fù)雜，需先確定暴雨強(qiáng)度及初期雨水收集時(shí)間。式(2)方法較為簡(jiǎn)單，可根據(jù)初期雨水的污染物種類、性質(zhì)及污染程度選擇合適的降水深度。將初期雨降雨時(shí)間由30 min延伸至整個(gè)降雨過(guò)程時(shí)，上述兩種計(jì)算初期降雨量的方法可推廣用以計(jì)算整個(gè)降雨量。

2.5 廢棄混凝土回收利用

對(duì)于工地剩料或其他原因造成的剩余混凝土，有兩種方式可以回收，一是利用剩余或廢棄混凝土直接制成小型預(yù)制構(gòu)件，如市政工程用方磚、道牙、隔離墩、地面磚、花飾、植草磚等小型預(yù)制構(gòu)件；第二種方案如圖4所示，即引進(jìn)混凝土制磚機(jī)生產(chǎn)混凝土磚或砌塊，實(shí)現(xiàn)廢棄混凝土的回收利用。廢棄混凝土再生后制得的混凝土磚塊如圖5所示。

圖4 制磚機(jī)

圖5 混凝土磚塊

3 綜合效益分析

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2018年四川省全省預(yù)拌混凝土企業(yè)506家，全年累計(jì)供應(yīng)預(yù)拌混凝土11 693萬(wàn)m3，每年混凝土攪拌站可產(chǎn)生超過(guò)300萬(wàn)t的廢泥漿水。 按每生產(chǎn)100 m3混凝土產(chǎn)生廢渣1.4 t左右計(jì)算，其中約含砂石材料1 t，水泥、粉煤灰待固體物質(zhì)0.4 t，四川省全年將損失砂石資源117萬(wàn)t，損失水泥、粉煤灰等有效組分46.5萬(wàn)t。如此數(shù)量巨大的廢漿水和廢渣如果排放到周邊環(huán)境中，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失[9]。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)于年產(chǎn)50萬(wàn) m3攪拌站(4.5 m3攪拌主機(jī))，如果未實(shí)施綠色規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)，導(dǎo)致日后重復(fù)建設(shè)和營(yíng)運(yùn)成本每年增加將超過(guò)100萬(wàn)元。同樣針對(duì)年產(chǎn)50萬(wàn)m3生產(chǎn)規(guī)模的傳統(tǒng)攪拌站，因未實(shí)施綠色改造，平均每年額外支出的環(huán)保建設(shè)費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)和損失費(fèi)共計(jì)約61萬(wàn)元。

經(jīng)廢水廢渣及防塵降噪綜合治理后，升級(jí)版綠色攪拌站可獲得明顯經(jīng)濟(jì)效益。具體包括能源利用提高效益，水資源循環(huán)利用效益，固體廢物綜合利用效益，政府污染治理補(bǔ)貼效益，副產(chǎn)品(混凝土不燒砌塊、混凝土磚等)收入，產(chǎn)品品質(zhì)提髙效益，減少的健康、排污費(fèi)支出所得效益等。同樣以年產(chǎn)50萬(wàn)m3攪拌站為例，共獲得經(jīng)濟(jì)效益約134.7萬(wàn)元，減去環(huán)保建設(shè)運(yùn)行費(fèi)支出61萬(wàn)元，環(huán)保凈收入至少有73.7萬(wàn)元。

綠色化改造提高了混凝土攪拌站生產(chǎn)技術(shù)和管理水平，節(jié)約了多方面成本，提高了企業(yè)多項(xiàng)效率。員工的工作理念和敬業(yè)精神因此而改變，與現(xiàn)代化綠色智能攪拌站的經(jīng)營(yíng)方針完全接軌，為全面落實(shí)混凝土綠色智慧制造打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)也有助于獲得更多消費(fèi)者合法性認(rèn)同，有利于企業(yè)客戶資源的建立和維護(hù)，有利于形成企業(yè)聲譽(yù)的溢出效應(yīng)，企業(yè)間接經(jīng)濟(jì)效益突現(xiàn)。

3.2 社會(huì)效益

隨著我國(guó)對(duì)環(huán)保督察問(wèn)責(zé)力度的日益加大，對(duì)混凝土生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，運(yùn)用綠色環(huán)保技術(shù)可徹底解決廢水廢渣廢棄混凝土環(huán)境污染問(wèn)題，結(jié)合防塵降噪措施落實(shí)到位，打造“花園式”的生態(tài)型混凝土企業(yè)將成為現(xiàn)實(shí)，企業(yè)真正實(shí)現(xiàn)與環(huán)境社會(huì)和諧共生。承擔(dān)環(huán)境責(zé)任和社會(huì)責(zé)任的綠色混凝土企業(yè)，越來(lái)越得到政府部門的青睞，其環(huán)境競(jìng)爭(zhēng)力將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)可持續(xù)發(fā)展前景非常廣闊。

4 結(jié) 論

美國(guó)學(xué)者喬治·恩德勒認(rèn)為[9]，企業(yè)的環(huán)境責(zé)任是企業(yè)在可持續(xù)發(fā)展的前提下，消耗較少的自然資源，輸出較少的環(huán)境污染。預(yù)拌混凝土生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水廢渣廢棄混凝土，在站內(nèi)對(duì)其實(shí)施科學(xué)治理并循環(huán)利用，是企業(yè)環(huán)境責(zé)任的很好體現(xiàn)?；厥詹⒗谜緝?nèi)雨水、廢漿水、廢渣、廢棄混凝土技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)環(huán)境效益巨大。做好廢水廢渣治理可以樹(shù)立起現(xiàn)代綠色混凝土企業(yè)形象，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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