建筑垃圾制再生磚的經(jīng)濟(jì)性分析＊

朱美琳，王志強(qiáng)，劉文林，李 季，白 力，龍吉生

（1.上?？岛悱h(huán)境股份有限公司，上海 201703；2.上海生活垃圾焚燒處理技術(shù)及裝備工程研究中心，上海 201703）

0 引言

隨著建筑業(yè)高速增長(zhǎng)，建筑垃圾產(chǎn)生量逐年增多，2020 年我國(guó)建筑垃圾年產(chǎn)生量突破3.0×109t［1］，其處理市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)1 000 億元，到2030 年其產(chǎn)值或?qū)⒊^(guò)3 300 億元［2］。截至2018 年我國(guó)各省市共有建筑垃圾處理廠867 座，其中填埋場(chǎng)717座、堆放場(chǎng)83 座、資源化處理廠67 座［3］。填埋是我國(guó)建筑垃圾的主要處理方式，資源化處理率僅占7.72%，遠(yuǎn)低于歐美國(guó)家的90%［4-6］。填埋浪費(fèi)耕地，且有害物質(zhì)會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染［7-8］。2000 年以后我國(guó)開(kāi)始推行建筑垃圾減量化及資源化處理，現(xiàn)有研究主要聚焦于資源化的技術(shù)領(lǐng)域、行業(yè)政策及管理，對(duì)于企業(yè)經(jīng)營(yíng)所需的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)研究較少。對(duì)于建筑垃圾拆建再利用的經(jīng)濟(jì)效益，Islam 等［9］以孟加拉達(dá)卡為例評(píng)估其混凝土和磚全部回收的產(chǎn)值為4 496 萬(wàn)美元，極大地激發(fā)了回收者的興趣。Jin 等［10］通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查收集我國(guó)建筑廢物領(lǐng)域從業(yè)人員的看法，認(rèn)為政府監(jiān)管是目前影響建筑垃圾回收再利用的關(guān)鍵因素，但經(jīng)濟(jì)可行性最終主導(dǎo)其發(fā)展。林敏［11］通過(guò)構(gòu)建經(jīng)濟(jì)效益模型得出以收費(fèi)、罰款和補(bǔ)貼等經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策來(lái)實(shí)現(xiàn)政府的監(jiān)督引導(dǎo)，但仿真模擬還缺乏技術(shù)指標(biāo)的研究。市場(chǎng)情況及上述研究表明建筑垃圾資源化處置迫在眉睫，但針對(duì)相關(guān)企業(yè)生存發(fā)展的經(jīng)濟(jì)性研究有限。

磚是建筑行業(yè)的基材，按材質(zhì)分主要包括黏土磚、煤矸石磚、粉煤灰磚等。黏土磚原料易得、成本低廉，長(zhǎng)期占據(jù)我國(guó)制磚市場(chǎng)，但燒結(jié)黏土磚會(huì)破壞大量耕地。根據(jù)《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)墻體材料革新和推廣節(jié)能建筑的通知》（國(guó)辦發(fā)〔2005〕33 號(hào)）的規(guī)定，到2010 年底，我國(guó)境內(nèi)所有城市禁止使用實(shí)心黏土磚。因此本研究將不對(duì)黏土磚做進(jìn)一步討論。煤矸石制磚早在1965 年前后已有成功案例［12］，其燒結(jié)制磚可顯著緩解對(duì)環(huán)境的污染，是2000 年后國(guó)家大力倡導(dǎo)的方向。同煤矸石類(lèi)似，粉煤灰也是制磚的重要原材料，其主要成分是燃煤電廠鍋爐燃燒時(shí)煙氣中的粉狀殘留物［13］，其制磚工藝簡(jiǎn)單、摻灰量大。為改善建筑垃圾圍城的現(xiàn)狀，近年來(lái)國(guó)家大力倡導(dǎo)將建筑垃圾破碎、分選，作為原材料重新制備再生骨料、再生磚等，已出臺(tái)如《中華人民共和國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)法》《新型墻體推廣應(yīng)用方案》［14］等政策，推廣利用再生產(chǎn)品。

本研究對(duì)目前常見(jiàn)的3 種制磚原料進(jìn)行工藝對(duì)比，分析煤矸石、粉煤灰和建筑垃圾制磚的經(jīng)濟(jì)效益，采用成本效益比較分析法探究三者的經(jīng)濟(jì)可行性，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題給出合理化建議。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)以項(xiàng)目為界，選取其主要成本及收益進(jìn)行定量分析，評(píng)價(jià)再生磚的經(jīng)濟(jì)可行性。

采用成本效益比較分析法探討建筑垃圾生產(chǎn)再生磚的經(jīng)濟(jì)可行性，前期文獻(xiàn)及市場(chǎng)調(diào)研可得主要影響因素有以下兩點(diǎn)：①確定3 種原料制磚在比較中須滿足的可比條件，主要為生產(chǎn)規(guī)模、運(yùn)輸距離等，并提出相關(guān)假設(shè)；②明確分析主要成本和收入構(gòu)成，包括原料、投資、運(yùn)營(yíng)成本、產(chǎn)品銷(xiāo)售收益及政府補(bǔ)貼情況。

1.2 案例選擇

從國(guó)家統(tǒng)計(jì)局獲取我國(guó)GDP 排名前20 中17個(gè)城市2020 年的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值和近20 年的房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)企業(yè)施工房屋面積和竣工房屋面積，如圖1所示。

圖1 中國(guó)GDP 排名前20 城市中17 個(gè)城市的GDP 和建筑面積Figure 1 GDP and construction area of 17 cities from top 20 cities in China by GDP

17 個(gè)城市中長(zhǎng)三角地區(qū)占比29.14%，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為活躍的地區(qū)之一，房屋建筑面積占總面積的26.78%。上海建筑垃圾資源化處理走在全國(guó)前列，劉光富等［15］分析上海市建筑垃圾利用現(xiàn)狀，提出目前建筑垃圾處理依然存在資源化利用方式單一、產(chǎn)品市場(chǎng)接納度不高、缺乏關(guān)鍵技術(shù)等問(wèn)題。許振曉等［16］簡(jiǎn)述杭州市已有多家建筑垃圾處理廠在運(yùn)營(yíng)，但由于處理量遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)值仍需吸納更多垃圾進(jìn)廠。

南京市是長(zhǎng)三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要一環(huán)，已于2020 年6 月底成立全省首個(gè)建筑垃圾資源化利用協(xié)會(huì)，在建筑垃圾資源化處置領(lǐng)域走在全國(guó)前列。目前僅有王玉國(guó)等［17］以江北新區(qū)為例預(yù)測(cè)建筑垃圾產(chǎn)生量，本研究則以南京市為例，利用建筑面積估算法［18-19］計(jì)算南京市建筑垃圾產(chǎn)生量，此處僅以拆除、裝修和施工垃圾計(jì)算建筑垃圾年產(chǎn)生量（建筑垃圾產(chǎn)生量=房屋施工面積×10%×1.3+房屋竣工面積×10%×0.1+施工面積×0.55）。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于南京市統(tǒng)計(jì)局建筑業(yè)企業(yè)生產(chǎn)情況中房屋施工面積和房屋竣工面積，區(qū)別于上述房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)企業(yè)數(shù)據(jù)。南京市2004—2020 年建筑垃圾產(chǎn)生量計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

據(jù)南京市統(tǒng)計(jì)局已有數(shù)據(jù)，2004—2020 年全市建筑垃圾總量增長(zhǎng)率均值為13.35%，南京市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，截至2021 年底，南京市共建成21 家建筑垃圾資源化利用企業(yè)，累計(jì)可收納處置建筑垃圾約2.8×106t，其中拆除垃圾約2.6×106t，裝修垃圾約2.0×105t。21 家企業(yè)中主要再生品為再生磚的企業(yè)處理規(guī)模分別為3.0×105t 和1.0×106t。建筑垃圾制備再生磚需細(xì)骨料，產(chǎn)能有限，因此本研究假設(shè)，在南京市擬建1 家建筑垃圾回收處理廠，處理能力為3.0×105t，且選定的煤矸石燒結(jié)磚廠和粉煤灰磚廠處理能力也為3.0×105t。

1.3 成本計(jì)算方法

煤矸石燒結(jié)磚的生產(chǎn)工藝主要參考楊增玲［20］的研究，煤矸石經(jīng)破碎-制備-攪拌-成型-干燥-碼垛-打包等工藝，制成墻體材料，主要生產(chǎn)設(shè)備有粗錘式破碎機(jī)、細(xì)錘式破碎機(jī)、高頻振網(wǎng)篩、雙軸攪拌機(jī)、雙軸攪拌擠出機(jī)、雙級(jí)真空擠磚機(jī)、切胚機(jī)等。燒結(jié)矸石磚原料方案［21］：活化煤矸石66%、礦渣8%、水泥10%、外加劑2%、沙子14%。該方案制成免燒磚的強(qiáng)度、吸水性指標(biāo)均滿足JC/T 422—2007 非燒結(jié)垃圾尾礦磚的MU15 標(biāo)準(zhǔn)要求。

粉煤灰磚以粉煤灰、石灰為原料，摻加適量石膏和骨料，經(jīng)坯料制備，壓制成型，并經(jīng)常壓或高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)［22］，主要生產(chǎn)設(shè)備有破碎機(jī)、振動(dòng)分料篩、攪拌機(jī)、盤(pán)轉(zhuǎn)式壓磚機(jī)。粉煤灰制磚基本配合比［23］為：粉煤灰70%～80%、生石灰5%～10%、石膏1%～3%、破碎磚2%～4%，水灰比為0.60。銘澤機(jī)械提供原料配比與上述研究相近，配比為：粉煤灰70%、石灰10%、石膏2%、煤渣18%。消耗電0.039 kWh/標(biāo)塊，蒸汽0.250 kg/標(biāo)塊。

再生磚由拆除垃圾及裝修垃圾破碎后輔以水泥等輔料拌合成型［24］，主要生產(chǎn)設(shè)備有顎式破碎機(jī)、密封式制樣粉碎機(jī)、混凝土攪拌機(jī)等。原料配比［25］為水泥∶水∶沙子∶再生骨料=1∶0.3∶1∶5。南京市某再生磚企業(yè)與上述研究相近，原料配比為水泥15%、水5%、沙子10%、再生骨料70%。建筑垃圾破碎后產(chǎn)生一定量可燃雜物，該部分送至焚燒廠，分選出的渣土由相應(yīng)廠商免費(fèi)運(yùn)走，該部分不計(jì)入成本。

除原材料外，制磚成本還包括磚機(jī)設(shè)備的運(yùn)維。我國(guó)磚機(jī)生產(chǎn)設(shè)備廠家眾多，根據(jù)設(shè)備規(guī)模、自動(dòng)化程度等選取數(shù)十家調(diào)研其設(shè)備成本，包括泉工、中材建科、群峰、恒興、貝賽爾、國(guó)發(fā)、三聯(lián)、鴻昌、銘澤、念朋等，部分廠家的設(shè)備和運(yùn)營(yíng)成本如表2 所示。

表2 磚機(jī)設(shè)備廠家部分設(shè)備及運(yùn)營(yíng)成本Table 2 Some equipment and operating costs of brick machine equipment manufactures

上述調(diào)研數(shù)據(jù)僅為制磚系統(tǒng)的設(shè)備成本及人工情況，不含前端的破碎、分選等系統(tǒng)。由于系統(tǒng)自動(dòng)化程度及機(jī)械損耗不同，由此引起的電耗、維護(hù)及人工成本有明顯差異，僅考慮上述設(shè)備的通用部分計(jì)算其運(yùn)營(yíng)成本，可得年運(yùn)營(yíng)成本基本為160～200 萬(wàn)元。

2 效益比較分析

2.1 成本分析

制磚廠的成本主要包括設(shè)備、原料和運(yùn)營(yíng)成本3 部分，3 種制磚方式對(duì)原料的消納能力不同，但水電消耗相差無(wú)異，主要差別為原料配比方面，以文獻(xiàn)及磚機(jī)設(shè)備廠家調(diào)研結(jié)果做初步估算，所得成本分別為3 091.5 萬(wàn)元、2 987.6 萬(wàn)元和700.1萬(wàn)元。此外，3 種制磚材料所需設(shè)備不同，設(shè)備投資、折舊及維護(hù)費(fèi)用差別較大，各項(xiàng)目具體成本費(fèi)用見(jiàn)表3。

表3 3 種制磚方式下企業(yè)成本費(fèi)用情況Table 3 Enterprise cost under three brick-making methods

2.2 收益分析

根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研及企業(yè)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料可知，3 種制磚企業(yè)年收入情況見(jiàn)表4，其中煤矸石和粉煤灰考慮制磚收益，建筑垃圾制備再生磚多為政府合作的特許經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目，考慮政府補(bǔ)貼情況，政府補(bǔ)貼占其收益的26.32%。

表4 3 種制磚方式下企業(yè)收入情況Table 4 Income of three brick-making methods

2.3 結(jié)果分析

根據(jù)煤矸石、粉煤灰和建筑垃圾制備再生磚的成本及收益分析可得，煤矸石制磚的年總收益為5 400 萬(wàn)元，粉煤灰為4 500 萬(wàn)元，建筑垃圾為3 420 萬(wàn)元，其直接經(jīng)濟(jì)效益（收益與運(yùn)營(yíng)成本的比值）分別為1.13、1.18、1.49，均大于1，收益和成本差值分別為600.14 萬(wàn)元、683.16 萬(wàn)元和1 119.93 萬(wàn)元。上述計(jì)算表明將建筑垃圾破碎分選制備再生磚及骨料利潤(rùn)可觀，企業(yè)同政府協(xié)同處置建筑垃圾具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

本研究是基于假設(shè)條件成立下的初始分析，實(shí)際生產(chǎn)中不可避免地需要考慮原料來(lái)源、再生品市場(chǎng)、政策要求、生態(tài)環(huán)境等實(shí)際因素。因此，對(duì)上述幾點(diǎn)進(jìn)一步分析如下。

2.3.1 原料來(lái)源及用途

煤矸石是煤炭開(kāi)采和清洗后廢棄的常見(jiàn)尾礦，目前存量充足，粉煤灰同樣是火電行業(yè)產(chǎn)量巨大的副產(chǎn)物，上述二者可發(fā)電或隨能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，產(chǎn)量逐步減少。但建筑垃圾會(huì)隨建筑業(yè)發(fā)展逐年增多，由于建筑垃圾受成分制約，回收利用常見(jiàn)于制備再生骨料、路基填料、磚等。建筑垃圾回收利用受建設(shè)、安裝、拆除等活動(dòng)影響，因此建廠均需詳細(xì)調(diào)查當(dāng)?shù)亟ㄖ顒?dòng)、規(guī)劃建廠規(guī)模、選擇處理方式等，減少資源浪費(fèi)。綜合來(lái)看，盡管煤矸石及粉煤灰制磚處于主流市場(chǎng)，但建筑垃圾圍城的問(wèn)題依然制約城市發(fā)展，逐年增多的建筑垃圾應(yīng)從城市規(guī)劃、政策引導(dǎo)等方面尋求解決方法。

2.3.2 制磚市場(chǎng)

再生磚與煤矸石磚和粉煤灰磚相比發(fā)展時(shí)間較短，還未能得到市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。對(duì)于再生品機(jī)械、濕度和熱性能等性能指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立可被視為一種有效促進(jìn)再生品市場(chǎng)發(fā)展的方法［26］。目前已出臺(tái)CJ/T 400—2012 再生骨料地面磚和透水磚等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范再生磚的生產(chǎn)規(guī)格。Wu等［27］依托南京晶筑建筑垃圾交易平臺(tái)，探討了建立中國(guó)建筑廢物管理和資源回收交易平臺(tái)的可行性，平臺(tái)可提供位置、日期、類(lèi)別、價(jià)格等信息，解決建筑再生品信息交換不足、效率低下等問(wèn)題。調(diào)研也表明磚機(jī)企業(yè)已在港珠澳大橋、徐州園博園等項(xiàng)目建設(shè)中使用建筑垃圾再生磚。因此政府的積極引導(dǎo)及合理監(jiān)管將持續(xù)為再生磚市場(chǎng)開(kāi)拓起到示范作用。

2.3.3 技術(shù)研究

近5 年來(lái)，通過(guò)黏結(jié)劑的添加提高建筑垃圾再生品質(zhì)量的研究逐年增多。Liu 等［25］以中國(guó)東部某城市為例研究再生磚的原料配比發(fā)現(xiàn)，水泥等黏結(jié)劑占比越高，磚的強(qiáng)度越高。以建筑廢渣為原材料，摻入微量Al2O3、Fe2O3和TiO2，利用微波燒結(jié)技術(shù)也可產(chǎn)出滿足規(guī)范要求的砌體磚［28］。技術(shù)革新也將為建筑垃圾資源化利用提供不竭動(dòng)力。

2.3.4 政策要求

從1992 年至今，我國(guó)相繼頒布多項(xiàng)建筑垃圾相關(guān)政策法規(guī)，從建筑垃圾的產(chǎn)生、運(yùn)輸、處置、產(chǎn)品4 個(gè)階段對(duì)建筑垃圾的處置利用進(jìn)行規(guī)范，政策主要體現(xiàn)在產(chǎn)生者負(fù)責(zé)及規(guī)范再生品。但目前出臺(tái)的政策基本為規(guī)劃通知型，法律及行政法規(guī)類(lèi)僅占文件總數(shù)的6.6%［29］，政策效力低下，難以從根本上改善目前垃圾資源化處置的現(xiàn)狀。我國(guó)建筑垃圾的資源化水平僅停留在初級(jí)階段，未能有明顯改善。

3 結(jié)論

以南京市建筑垃圾制再生磚為例，研究其生產(chǎn)過(guò)程中的影響因素和經(jīng)濟(jì)可行性。年處理3.0×105t 的建筑垃圾制再生磚廠每年的運(yùn)營(yíng)成本和收益分別為2 300.1 萬(wàn)元和3 420 萬(wàn)元，包括政府補(bǔ)貼情況下收益可觀。經(jīng)濟(jì)和人口發(fā)展使得土地資源需求加劇，盡管再生磚社會(huì)認(rèn)可度低，但相較整個(gè)社會(huì)其再生利用是大勢(shì)所趨，因此針對(duì)政府部門(mén)提出以下幾點(diǎn)建議：①加強(qiáng)監(jiān)管，在建設(shè)初期增加建筑垃圾處理的方案及投資準(zhǔn)備，鼓勵(lì)新建工程使用再生材料并給予補(bǔ)貼，實(shí)行源頭減量化；②加強(qiáng)政策引導(dǎo)，以特許經(jīng)營(yíng)等方式參與其處理；③倡導(dǎo)科研機(jī)構(gòu)提升再生品品質(zhì)，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。