燃煤固廢在建筑行業(yè)中的利用現(xiàn)狀及建議

崔茂林 張 強(qiáng) 張?jiān)獋?李映潭 中建八局第四建設(shè)有限公司

1 前言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期飛速發(fā)展是以大量的化石能源為基礎(chǔ)，隨著經(jīng)濟(jì)總量的增大，對(duì)化石能源的依賴性也變高。目前我國(guó)一直在促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的改革，清潔能源和可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中所占比重逐漸上升，但我國(guó)煤炭資源豐富，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位仍然難以撼動(dòng)，從而導(dǎo)致火電在我國(guó)電力結(jié)構(gòu)中仍占主導(dǎo)地位。

火力發(fā)電以燃煤發(fā)電為主，燃煤發(fā)電會(huì)產(chǎn)生大量的脫硫石膏、煤渣和粉煤灰等固體廢棄產(chǎn)物，這些固體廢棄物對(duì)環(huán)境的污染以及所造成的資源浪費(fèi)是當(dāng)今世界環(huán)境保護(hù)和資源保護(hù)面臨的主要問題[1]。燃煤固廢的低效化處理，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。將燃煤固廢回收利用于建筑行業(yè)能夠有效降低成本，并解決燃煤固廢的環(huán)境污染問題。因此本文闡明了燃煤固廢在建筑行業(yè)的利用現(xiàn)狀，并對(duì)其利用與發(fā)展問題提出了參考性建議。

2 建筑行業(yè)固廢利用現(xiàn)狀

2.1 粉煤灰利用現(xiàn)狀

粉煤灰是燃煤固廢中的主要廢棄物，隨意排放將會(huì)對(duì)水資源、土地和大氣造成污染，我國(guó)燃煤發(fā)電每年會(huì)產(chǎn)生超過6億噸的粉煤灰[2-3]，對(duì)粉煤灰進(jìn)行回收利用符合目前國(guó)家節(jié)能減排和可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略，我國(guó)對(duì)粉煤灰的綜合利用最早主要就是在建筑材料行業(yè)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

①充當(dāng)水泥混合原料，將粉煤灰混合于水泥中，能夠一定程度上提升其性能，降低水泥水化熱反應(yīng)的負(fù)面影響，同時(shí)增加水泥的產(chǎn)量，降低成本。

②改善混凝土性質(zhì)，粉煤灰作為鋼筋混凝土的混合原料，可以有效改良混凝土的后期強(qiáng)度、干燥收縮性和硬化水平等性質(zhì)，增強(qiáng)混凝土表面的順滑性，提高泵送高度，同時(shí)提高混凝土轉(zhuǎn)化率。

③生產(chǎn)建筑原料，粉煤灰可以取代黏土制作實(shí)心磚和空心砌等建筑原料，可以解決黏土消耗帶來的環(huán)境問題，同時(shí)具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、隔音效果好、保溫且環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

④用作筑路材料，粉煤灰筑路包括作路面基層材料、代替黏土筑高速公路路堤、水泥混凝土路面，同時(shí)粉煤灰可用于護(hù)坡、護(hù)堤工程和修筑水庫(kù)大壩等，具有能避免路基下沉，施工簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)[4-6]。

2.2 煤渣利用現(xiàn)狀

煤渣又稱爐渣，燃煤電廠燃燒煤炭后排出的另一種固體廢棄物，其主要建筑行業(yè)利用有。

①作為墻體和砌筑砂漿的原材料，將煤渣與粉煤灰、水泥和石膏等混合后拌合可制成砌筑砂漿，采用這種砂漿制成的磚塊和砌體等通常具有較好的性能，同時(shí)還可以制成各種墻體材料，其各項(xiàng)性能均能達(dá)到要求，并顯著降低成本。

②作為水泥混合材料，煤渣通過加工具有水硬膠凝性能，將其與水泥、石灰或石膏等混合，可配制加工成少熟料或無熟料的水泥，其強(qiáng)度可達(dá)225～325號(hào)。

③作為混凝土骨料，煤渣在破碎之后，調(diào)整級(jí)配可作輕混凝土，也可以替代瀝青混合料中細(xì)骨料。

④用作保溫防火材料的制作，將煤渣和石灰按一定比例混合，可作為屋面保溫或室內(nèi)地基材料，同時(shí)可作為建筑行業(yè)防火材料的原材料。

⑤作為筑路材料，加入煤渣的路面混合料馬歇爾穩(wěn)定度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量會(huì)降低，低彈性模量表明其混合料具有高彈性變形，會(huì)增加其抗車轍性。

⑥用與制作隔音墻，使用粗粒煤渣制備的墻體具有良好的吸聲性能，是良好的減少交通噪聲污染的經(jīng)濟(jì)建筑結(jié)構(gòu)。

⑦沸石混合材料。

2.3 脫硫石膏利用現(xiàn)狀

脫硫石膏是燃煤電廠的脫硫裝置產(chǎn)生的副產(chǎn)品，其目的是為了減少二氧化硫排放，我國(guó)作為世界上石膏消耗量最大的國(guó)家，對(duì)脫硫石膏的開發(fā)起步較晚，回收利用率較低，目前國(guó)內(nèi)脫硫石膏年產(chǎn)量八千萬噸，利用率僅80%，日本和歐洲等國(guó)其利用率已達(dá)100%，距其仍有一定差距。

脫硫石膏在建筑行業(yè)的利用主要有以下幾個(gè)方面。

①替代天然石膏用作建筑材料，脫硫石膏與天然石膏成分較為相似，基本上可以取代天然石膏作為生產(chǎn)原料；

②生產(chǎn)石膏砌塊、石膏板和石膏砂漿等建筑原料，脫硫石膏生產(chǎn)的建筑材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高和抗開裂等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能夠減少對(duì)不可再生資源的消耗，并降低生產(chǎn)成本；

③用作水泥緩凝劑，添加脫硫石膏的水泥能夠有效調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，并具有高強(qiáng)度、低干縮率的優(yōu)點(diǎn)，以及較好的抗凍性和安定性[7-9]。

3 存在問題

3.1 區(qū)域發(fā)展不平衡

我國(guó)燃煤固廢利用起步晚，發(fā)展速度快。但各地資源分布不均衡，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)存在差異，火電發(fā)展與建筑行業(yè)發(fā)展不匹配，造成了固廢利用的區(qū)域發(fā)展不平衡。在東部沿海例如上海等發(fā)達(dá)地區(qū)，固廢產(chǎn)量不高，且建筑行業(yè)飛速發(fā)展，建筑材料緊俏，燃煤固廢回收利用率高，近幾年基本能達(dá)到100%[10]；而在偏遠(yuǎn)地區(qū)尤其是西北地區(qū)，當(dāng)?shù)亟ㄖ袠I(yè)發(fā)展較為緩慢，燃煤發(fā)電廠集中，燃煤固廢產(chǎn)量高，由于資金和人力不足，管理人員不重視，技術(shù)水平有所欠缺等因素，導(dǎo)致燃煤固廢產(chǎn)出速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于利用速度，往往將高品質(zhì)的燃煤固廢直接用于道路回填或原地堆置，雖對(duì)燃煤固廢進(jìn)行了回收利用，但效率不高，反而造成資源浪費(fèi)，增加了環(huán)境壓力，同時(shí)加大了用地壓力。

3.2 分類分級(jí)體系不完備

我國(guó)現(xiàn)在由于固廢利用起步較晚，燃煤固廢分級(jí)分類體系尚不完備。對(duì)燃煤固廢進(jìn)行分類分級(jí)和梯級(jí)利用，是解決燃煤固廢綜合利用率低下的關(guān)鍵。我國(guó)大部分燃煤電廠都是采用直接掩埋、堆置和外銷的固廢處理方式，雖然降低了處理固廢的人力資源壓力，但固廢處理不及時(shí)同時(shí)也會(huì)增加環(huán)境壓力和用地壓力。

大多數(shù)燃煤電廠僅對(duì)燃煤固廢進(jìn)行簡(jiǎn)單的粉煤灰、煤渣和脫硫石膏的分類，回收利用的大多仍屬于是大宗燃煤固廢，部分燃煤固廢分類僅針對(duì)建筑行業(yè)等低附加值領(lǐng)域，根據(jù)煤的來源、成分、燃煤裝置對(duì)燃煤固廢進(jìn)行分類[11-13]，缺少對(duì)燃煤固廢的精細(xì)化分級(jí)分類利用，燃煤固廢的高附加值利用短缺。

3.3 回收利用方式及渠道不完善

目前我國(guó)回收利用燃煤固廢渠道不完善，且區(qū)域發(fā)展不平衡。發(fā)達(dá)地區(qū)信息傳播迅速，銷售渠道多樣；偏遠(yuǎn)地區(qū)信息滯塞，且銷售渠道單一，低附加值燃煤固廢外運(yùn)成本高，因此多是直接用作當(dāng)?shù)氐牡缆坊靥钜约敖ㄖ牧现谱鳎N售渠道的單一導(dǎo)致燃煤固廢利用極易飽和，大量的燃煤固廢難以得到充分的回收利用，最終還是堆置掩埋，低效處理，長(zhǎng)期掩埋燃煤固廢會(huì)造成嚴(yán)重的地下水污染。

3.4 利用水平不均衡

“綠水青山就是金山銀山?！爆F(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)資源利用、環(huán)境保護(hù)等方面提出了具有建設(shè)性的意見和建議，并且環(huán)保部門非常重視自然資源開采與環(huán)境的利用工作。然而，一部分企業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)加工的過程中，一味追求豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，忽視了對(duì)環(huán)境和資源的保護(hù)工作。其中一些工業(yè)企業(yè)不完全符合優(yōu)惠政策的申報(bào)標(biāo)準(zhǔn)，難以享受固體廢棄物處理的優(yōu)惠政策，導(dǎo)致其在生產(chǎn)加工過程中向自然環(huán)境中排放了大量的固體廢棄物，對(duì)區(qū)域環(huán)境造成了十分深遠(yuǎn)的影響。而且，一部分企業(yè)即便是已經(jīng)實(shí)施了固體廢棄物處理措施，但是受到客觀因素和自身能力的制約，處理結(jié)果并不理想，甚至導(dǎo)致了企業(yè)更為龐大的成本資金消耗。

4 利用建議

4.1 學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，拓展利用方式

學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提高燃煤固廢綜合回收利用率，不僅要充分利用燃煤固廢的建筑功能，也要增加高附加值的利用途徑。不同地區(qū)存在著經(jīng)濟(jì)、地域、資源、技術(shù)水平等的差異，導(dǎo)致燃煤固廢的利用存在較大差異。燃煤電廠要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，選用恰當(dāng)?shù)睦梅较?，減少運(yùn)輸和堆置造成的環(huán)境污染，如在建筑業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，可以保障燃煤固廢向建材方向利用；水泥產(chǎn)區(qū)可將燃煤固廢多用于水泥添加劑使用；石膏廠附近可多傾斜脫硫石膏資源。

在發(fā)達(dá)、較發(fā)達(dá)的城市對(duì)燃煤固廢的利用要向高附加值領(lǐng)域發(fā)展，如粉煤灰利用在研發(fā)新型建材材料、稀有金屬元素提取、石油催化劑摻料和軍事領(lǐng)域利用等；在偏遠(yuǎn)地區(qū)，燃煤固廢因附加值低以及污染環(huán)境等，運(yùn)輸成本較高，多是用于當(dāng)?shù)?，所以?dāng)?shù)亟ㄖ髽I(yè)要起到帶頭作用，充分利用燃煤固廢的建筑性能，同時(shí)也不應(yīng)全部依賴建筑行業(yè)帶動(dòng)，燃煤電廠要多向高附加值領(lǐng)域發(fā)展，例如粉煤灰可用于制備新型玻璃材料以及鎵、鋰、釩和鍺等稀有金屬元素提??；例如煤渣中的硅和鋁是制備沸石的原料，其中的未燃碳是活性炭的來源；脫硫石膏用于硫資源再提取和制備土壤調(diào)節(jié)劑等[13]，提高燃煤固廢的高附加值利用率。

4.2 實(shí)施固廢分類，研發(fā)回收方式

燃煤電廠要做好燃煤固廢精細(xì)化分類分級(jí)回收利用，不能完全依賴外銷，應(yīng)積極做好燃煤固廢分類分級(jí)工作，提高對(duì)高附加值領(lǐng)域回收利用分級(jí)分類的關(guān)注?？蓪?duì)當(dāng)?shù)貙?shí)際煤炭中微量元素的賦存特征進(jìn)行研究，根據(jù)煤中關(guān)鍵金屬元素的含量進(jìn)行分級(jí)分類，增加燃煤固廢中稀有金屬元素的提取工作；也可根據(jù)燃煤固廢的酸堿度和活性，以及其中主要化學(xué)物質(zhì)和礦物成分的含量，對(duì)燃煤固廢進(jìn)行分類。從而提高燃煤固廢回收利用的附加值，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

同時(shí)應(yīng)注意降低在燃煤固廢回收生產(chǎn)過程中的有害影響，例如石膏建材對(duì)脫硫石膏原料中的一些有害元素如氟、氯的含量有嚴(yán)格要求，注意當(dāng)?shù)孛禾克⒘吭厍闆r，著重關(guān)注重金屬元素含量是否超標(biāo)，保證健康安全的同時(shí)盡量提高燃煤固廢的品質(zhì)。

各地應(yīng)提前調(diào)研實(shí)際燃煤固廢回收利用情況，掌握各行業(yè)對(duì)燃煤固廢的需求，通過高低附加值相結(jié)合的方式，制定分類分級(jí)和生產(chǎn)銷售計(jì)劃，尋找效率和利益的平衡點(diǎn)，充分高效綜合回收利用燃煤固廢資源。建立專門的燃煤固廢銷售渠道，利用網(wǎng)上銷售平臺(tái)，讓燃煤固廢資源得到充分利用，使得燃煤固廢資源從偏遠(yuǎn)地區(qū)“走出去”，經(jīng)濟(jì)效益“帶回來”。

4.3 活用處理方式，增強(qiáng)處理效率

在固廢物處理工作中，需要結(jié)合固廢物自身的特點(diǎn)，合理運(yùn)用化學(xué)、物理、生物等不同的處理方式。例如，一部分制造業(yè)固體廢物可以用來修路；在生產(chǎn)，加工時(shí)可以添加部分固體廢物，達(dá)到節(jié)約原材料的目的；而一些固體廢物能夠用來生產(chǎn)石灰、燒磚等不同的渠道。進(jìn)行處理過程中需要將傳統(tǒng)的處理方式進(jìn)一步優(yōu)化提升，選擇綠色的、現(xiàn)代化的、信息化的處理方式，既能夠增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益，也能夠降低處理固體廢物的資金消耗。人們需要對(duì)化學(xué)法處理工業(yè)固體廢物進(jìn)行進(jìn)一步研究，對(duì)于無機(jī)固體廢物，可以選擇化學(xué)處理方式，例如焚燒、溶液浸出、氧化還原等。對(duì)于有機(jī)固體廢物，則可以用來填補(bǔ)工業(yè)生產(chǎn)道路維修、房屋建設(shè)中原材料的空缺。

由于我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)加工中出現(xiàn)的固體廢物種類較多，不同制造業(yè)出現(xiàn)的固體廢物也有自身的特點(diǎn)和差異。各個(gè)企業(yè)在處理固體廢物之前，需要選擇合理的區(qū)域，用來存放固體廢物，并且對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理。針對(duì)一部分污染性較弱的固體廢物可以選擇物理處理法例，如金屬?gòu)U渣、工業(yè)粉塵等。有機(jī)污染物在處理階段可以通過重選、浮選、揀選等形式對(duì)其進(jìn)行分離，難以在后續(xù)生產(chǎn)加工中使用的物質(zhì)可以進(jìn)行焚燒和掩埋，能夠用于再生產(chǎn)的固體廢物，則可以直接將其應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)加工中。

與此同時(shí)，生物處理法也是處理工業(yè)固體廢物的有效措施。人們可以借助發(fā)酵有機(jī)物將固體廢棄物轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)有機(jī)肥料，能夠在一部分農(nóng)業(yè)種植區(qū)域加以利用，還可以結(jié)合生物技術(shù)修復(fù)等形式，對(duì)固體廢棄物處理不當(dāng)而導(dǎo)致的污染問題進(jìn)行優(yōu)化和提升。根據(jù)文獻(xiàn)研究可知，許多工業(yè)固體廢棄物中含有大量的微量元素。將其中含有的微量元素進(jìn)行甄選和提純，能夠在不同行業(yè)中取得相應(yīng)的應(yīng)用進(jìn)展。工業(yè)廢物通常種類多、數(shù)量大，很難進(jìn)行針對(duì)性處理，難以堆放。更嚴(yán)重的是，有些工業(yè)固體廢物是有毒物質(zhì)，處理不好將會(huì)對(duì)環(huán)境造成不可預(yù)估的影響。一些企業(yè)在處理固體廢棄物的同時(shí)缺少環(huán)境保護(hù)意識(shí)，將其隨意焚燒和掩埋，對(duì)區(qū)域自然環(huán)境、土壤、水資源的影響十分嚴(yán)重?；谶@種情況，對(duì)現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)方法進(jìn)行改造，將固體廢物有效地再利用是保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源非常有效的方法，同時(shí)有利于推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的建設(shè)步伐。生物處理法在現(xiàn)階段與我國(guó)的環(huán)境政策和資源政策不謀而合，并且在未來一段時(shí)間也能夠取得良好的效果。