裝修垃圾預(yù)處理中試研究

郝粼波

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100102）

1 引言

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

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(fù)雜，且難以人為前端分類［1］，這也是目前我國(guó)裝修垃圾整體資源化處理率較低的原因。我國(guó)城市發(fā)展在從高速向高質(zhì)量轉(zhuǎn)變，裝修垃圾產(chǎn)生量與城市化發(fā)展程度呈正相關(guān)性，其處置需求也日漸迫切［2］。裝修垃圾預(yù)處理技術(shù)的研究及應(yīng)用將是實(shí)現(xiàn)建筑垃圾整體再生資源化利用率穩(wěn)步提高的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

源于處理對(duì)象的理化性狀相似，國(guó)內(nèi)外建筑垃圾處理行業(yè)普遍起源于選礦領(lǐng)域。較之礦物類原料，建筑垃圾（尤其是裝修垃圾）的雜質(zhì)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(shí)［5］，我們往往要面對(duì)“大而雜”的處理對(duì)象。礦物破碎、分選類單機(jī)設(shè)備多為重型，一般沒有小試環(huán)節(jié)，而直接進(jìn)入中試甚至試生產(chǎn)階段，因此在設(shè)計(jì)工藝生產(chǎn)路線時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)研究人員的工藝?yán)碚?、工程?jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備都提出了極高的要求。在本次中試實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)人員針對(duì)除雜環(huán)節(jié)進(jìn)行了細(xì)致的應(yīng)用理論考證［6］，并結(jié)合類似項(xiàng) 目 的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)［7］，制定了適用于我國(guó)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(guó)城市化進(jìn)程的穩(wěn)步推進(jìn)，我國(guó)裝修垃圾產(chǎn)生量逐步增長(zhǎng)，其簡(jiǎn)易、無(wú)序地堆放也帶來了一系列社會(huì)影響及環(huán)境附加成本。經(jīng)監(jiān)測(cè)報(bào)告分析研究，非常規(guī)堆放的裝修垃圾，易導(dǎo)致Zn、Cr、As、Hg 等重金屬析出［8］，且其遷移、擴(kuò)散能力會(huì)隨降水作用而提高，進(jìn)而加大對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染［9］。

2021 年中國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展論壇的數(shù)據(jù)報(bào)告顯示，2020 年我國(guó)通過循環(huán)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略，共減少二氧化碳排放量約2.6×109t。要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，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(lǐng)域，發(fā)展相對(duì)滯后的裝修垃圾高效預(yù)處理技術(shù)，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(diào)研

我國(guó)裝修垃圾處理正在從早期的簡(jiǎn)易堆放、無(wú)處理填埋方式，逐步向以再生循環(huán)利用為導(dǎo)向的綠色發(fā)展模式轉(zhuǎn)變［10］。進(jìn)入“十三五”后，我國(guó)對(duì)裝修垃圾的處理研究也步入工程化應(yīng)用階段，同拆除垃圾資源化處理技術(shù)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(yù)處理工藝技術(shù)路線的先決條件。利用項(xiàng)目咨詢及工程設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，筆者所在單位過去數(shù)年陸續(xù)參與了北京、上海、蘇州、無(wú)錫、常州、鎮(zhèn)江、成都等城市的城鎮(zhèn)裝修垃圾成分調(diào)研工作，通過已收集的調(diào)研數(shù)據(jù)分析可得出初步結(jié)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(zhì)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(zhì)（渣土、灰分類物質(zhì)）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(zhì)類物料，多為高熱值輕質(zhì)可燃物，其再生資源利用成本較高，一般采用外運(yùn)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(dòng)范圍雖然較大，約為0.1%～1.5%（成分含量呈現(xiàn)數(shù)量級(jí)級(jí)別變化），但總體占比較小，不足以影響對(duì)整體組分分析的定量判斷。

綜上所述，在自主調(diào)研的基礎(chǔ)上，參考業(yè)內(nèi)其他調(diào)研工作成果，確定本研究開展裝修垃圾預(yù)處理工藝集成中試生產(chǎn)線的原料組分基準(zhǔn)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(yù)處理中試生產(chǎn)線工藝技術(shù)路線研究

2.3.1 中試生產(chǎn)線技術(shù)路線

本次中試生產(chǎn)線技術(shù)路線示意如圖2 所示。

圖2 技術(shù)路線示意Figure 2 Technology route schematic

2.3.2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地介紹

中試實(shí)驗(yàn)場(chǎng)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(chǎng)地基本條件如下：①中試實(shí)驗(yàn)場(chǎng)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(jī)1 臺(tái)（生產(chǎn)線機(jī)組設(shè)備用），400 kV 變壓器1 臺(tái)（提供生活用電及生產(chǎn)線皮帶機(jī)用電）；③場(chǎng)地交通運(yùn)輸條件良好，且遠(yuǎn)離村鎮(zhèn)居民區(qū)500 m 以上。

2.3.3 實(shí)驗(yàn)工藝設(shè)計(jì)基本條件

裝修垃圾處理生產(chǎn)線設(shè)計(jì)處理量為50 t/h；中試實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2021 年8 月7 日—9 月10 日；計(jì)劃總實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間累計(jì)不低于60 h，其中連續(xù)運(yùn)行4 h 天數(shù)不小于7 d；計(jì)劃總處理量不小于3 000 t。

2.3.4 實(shí)驗(yàn)取樣測(cè)試說明

測(cè)試對(duì)象：預(yù)處理后0～10 mm、10～30 mm 成品再生骨料。取樣點(diǎn)：多級(jí)振動(dòng)篩出料皮帶處分級(jí)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(cè)試指標(biāo)：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(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)工藝路線中試實(shí)驗(yàn)工藝路線示意見圖3。

圖3 裝修垃圾預(yù)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(shí)驗(yàn)工藝流程描述

原料裝修垃圾運(yùn)至實(shí)驗(yàn)基地后，首先于卸料緩沖區(qū)進(jìn)行初步分類堆放。袋裝裝修垃圾首先進(jìn)入齒輥破袋機(jī)（圖4），破袋后物料會(huì)同散裝原料垃圾進(jìn)行初步人工預(yù)分揀，之后通過挖掘機(jī)上料至預(yù)篩分單元，預(yù)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?！?0 mm 的篩下物進(jìn)入弛張篩，篩孔設(shè)計(jì)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(jìn)入折板風(fēng)選機(jī)，預(yù)篩分環(huán)節(jié)產(chǎn)生的＞40 mm 的篩上物料進(jìn)入箱式風(fēng)選機(jī)。兩路物料各自通過風(fēng)選去除輕質(zhì)雜物后，經(jīng)磁選進(jìn)一步回收鐵質(zhì)金屬，此后匯合進(jìn)入二級(jí)人工分揀房（此單元可在工程化應(yīng)用中采用智能機(jī)械手升級(jí)替代），將可回收物及雜質(zhì)進(jìn)一步回收、分離。

圖4 破袋粗破機(jī)實(shí)景Figure 4 Real scene of bag breaking machine

分揀后混合物料進(jìn)入多級(jí)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(fēng)選機(jī)深度去除輕質(zhì)雜物后，可作為成品骨料外售；＞30 mm 混合骨料通過箱式風(fēng)選機(jī)去除輕質(zhì)雜物，之后進(jìn)入反擊式破碎機(jī)，經(jīng)磁選回收鐵質(zhì)金屬后回到二級(jí)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(jià)值的可燃物打包外運(yùn)至垃圾焚燒發(fā)電廠；⑤混合灰分渣土作為回填土外運(yùn)。

中試試驗(yàn)過程及分選雜物實(shí)景見圖5～圖6。

圖5 中試實(shí)驗(yàn)過程實(shí)景Figure 5 Real scene of pilot experiment process

圖6 分選雜物實(shí)景Figure 6 Real scene of sorting debris

3 結(jié)果與討論

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本次裝修垃圾預(yù)處理中試實(shí)驗(yàn)，穩(wěn)定產(chǎn)能可維持在50 t/h 以上；總生產(chǎn)時(shí)間72.9 h，其中連續(xù)運(yùn)行4 h 天數(shù)達(dá)到10 d，裝修垃圾總處理量達(dá)到3 914.21 t，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)各主要指標(biāo)均超過預(yù)定目標(biāo)。通過數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)分析，本次實(shí)驗(yàn)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(xì)全部骨料）平均占比為37.70%；分選灰分渣土質(zhì)物料平均占比為46.20%。中試實(shí)驗(yàn)過程物料分類統(tǒng)計(jì)及平衡示意見圖7。

圖7 中試實(shí)驗(yàn)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(yù)處理生產(chǎn)線主產(chǎn)品為再生骨料，對(duì)0～10 mm、10～30 mm 產(chǎn)品進(jìn)行再生骨料含雜率檢測(cè)，再生骨料雜質(zhì)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(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范I 類要求。

3.2 直接運(yùn)營(yíng)成本分析

本生產(chǎn)線主要生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本包括可變成本和固定成本。

可變成本中外購(gòu)燃料及動(dòng)力費(fèi)用主要為設(shè)備用電及降塵用水費(fèi)用，在中試生產(chǎn)期間共計(jì)消耗電能59 496 kWh，參考本地工業(yè)電價(jià)1.34 元/kWh，共耗電費(fèi)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(jià)格12.5 元/m3，共耗水費(fèi)約3 500 元；外購(gòu)燃料及動(dòng)力費(fèi)用中的燃油部分包含于上料設(shè)備租賃費(fèi)用中，該部分費(fèi)用實(shí)驗(yàn)期間共計(jì)31 500 元；固定成本中的人工、維修等其他管理費(fèi)用共計(jì)約56 000 元。

綜上所述，本次中試實(shí)驗(yàn)直接生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本為43.62 元/t。在生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)原料穩(wěn)定性供應(yīng)及規(guī)?；a(chǎn)后，年生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本還會(huì)有所下降。

3.3 問題分析與總結(jié)

1） 本次實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)值13.7%，基本吻合，略有提高。不排除風(fēng)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(shí)驗(yàn)分選雜物中，人工分揀比例達(dá)到總雜物分選量的29.56%，機(jī)械分揀比例占70.44%，生產(chǎn)線人工作業(yè)強(qiáng)度相對(duì)較大，需要在此單元進(jìn)行機(jī)械化替代深入研究。智能機(jī)械分揀系統(tǒng)的引入，還將對(duì)難于進(jìn)行傳統(tǒng)機(jī)械分揀（以占比、尺寸分選原理為主導(dǎo)）的加砌塊組分進(jìn)行高效選別，進(jìn)而提高再生骨料的品質(zhì)。

3）本次實(shí)驗(yàn)分選骨料（含粗、中、細(xì)全部骨料）平均占比為37.70%，通過雜質(zhì)檢測(cè)顯示，再生骨料雜質(zhì)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(jí)別再生資源化利用需求。

4）本次實(shí)驗(yàn)分選灰分渣土質(zhì)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(zhǔn)值33%，比例明顯提高，主要由于弛張篩孔徑在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了在潮濕環(huán)境下保障二級(jí)篩分穩(wěn)定出料并解決卡堵問題，由原設(shè)計(jì)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(yù)篩分單元及二級(jí)篩分單元再生骨料的損失。

5）本次實(shí)驗(yàn)研究人員重點(diǎn)觀測(cè)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(dāng)天，灰分渣土占比為42.8%，為整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期記錄數(shù)據(jù)最低值，再生骨料占比則高達(dá)42.9%。

從上述數(shù)據(jù)可以看出，降水對(duì)灰分渣土和再生骨料的分選比例影響較大，會(huì)顯著降低灰土篩分效率，其物質(zhì)轉(zhuǎn)移集中在分選再生骨料組分中，這必將影響該時(shí)間段再生骨料的含泥量比例，降低骨料品質(zhì)。對(duì)于應(yīng)對(duì)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(duì)原始物料的含水率影響；另一方面可以對(duì)二級(jí)篩分單元進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，通過更換篩網(wǎng)類型（如星盤篩、三角篩等螺桿類篩分設(shè)備）進(jìn)而大幅提升二級(jí)篩分的灰土篩分效率。

4 結(jié)論

通過本次中試實(shí)驗(yàn)過程，驗(yàn)證了所提出的裝修垃圾預(yù)處理工藝路線在實(shí)際生產(chǎn)過程中基本滿足連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)要求，且實(shí)現(xiàn)了全套設(shè)備國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)，各項(xiàng)主要指標(biāo)達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期目的，為進(jìn)一步提高資源化率指標(biāo)、探尋裝修垃圾高效預(yù)處理精進(jìn)技術(shù)打下了良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。