工業園區固體廢物資源化技術研究

夏志新，林暉，鐘真宜，何春倩，黃樹杰，李惠萌

（廣東環境保護工程職業學院，廣東佛山528216）

隨著我國經濟體制改革向縱深發展，資源約束趨緊，環境污染加劇，發展障礙越來越多，不平衡、不協調、不可持續問題更為突出。要破解這個難題，建設生態中國、美麗中國、和諧世界，必須走資源循環利用的道路。工業園區固體廢物資源化，是解決目前資源約束趨緊的重要環節，是建立循環經濟的關鍵點。國家已對工業園區固體廢物資源化進行了政策導引，制定了《行業類生態工業園區標準（試行）（HJ/T273-2006）》、《靜脈產業類生態工業園區標準（試行）（HJ/T275-2006）》、《綜合類生態工業園區標準（HJ274-2009）》和《生態工業園區建設規劃編制指南（HJ/T409-2007）》等。這些標準和指南為工業園區固體廢物資源化項目實施設定了量化指標，對工業園區規范化管理起到基礎性作用。國家已經進行生態工業示范園區的申報、評估、驗收與確認工作，也授牌一批生態工業示范園區，一大批工業園區也在積極申報生態工業示范園區。生態工業園區的建設，對其他工業園區具有示范性作用。但是，它們在發展過程中，本身有自己的特色，是個案，經驗能否直接移植到其他工業園區是存疑的，而且，在建設過程中也存在自身待解決的問題。文中就工業園區固體廢物資源化技術進行探討，以期對生態工業園區建設有所幫助。

1 工業園區固體廢物的重新界定

《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》對固體廢物和工業固體廢物作了明確的規定。固體廢物，是指在生產、生活和其他活動中產生的喪失原有利用價值或者雖未喪失利用價值但被拋棄或者放棄的固態、半固態和置于容器中的氣態的物品、物質，以及法律、行政法規規定納入固體廢物管理的物品、物質。工業固體廢物，是指在工業生產活動中產生的固體廢物。雖然《固體廢物污染環境防治法》對工業固體廢物界定的很清楚，但在對概念的理解和生態工業園區建設的實施過程存在外延縮小問題。如：《綜合類生態工業園區標準（HJ274-2009）》中對工業固體廢物產生量的規定如下：指工業企業在生產過程中產生的固體、半固體和高濃度液體狀的廢棄物的總量，包括冶煉廢渣、粉煤灰、爐渣、煤矸石、危險廢物、尾礦和其他廢物等。不包括礦山開采的剝離廢石和掘進廢石（煤矸石和呈酸、堿性廢石除外，酸性和堿性廢石是指采掘的廢石，其流經水、雨淋水pH值小于4或pH值大于10.5者）。其他廢物包括污泥、工業垃圾等工業固體廢物。工業垃圾包括機械工業切削碎屑、研磨碎屑、廢沙型等；食品工業的活性渣；硅酸鹽工業和建材工業的磚、瓦、碎礫、混凝土碎塊等。污泥是指工業廢水處理中所排出的固體沉淀物（以干泥量計）。這個定義縮小了固體廢物污染環境防治法中關于工業固體廢物的外延。事實上，工業固體廢物不僅僅是邊角料、廢液、廢泥、廢渣，還包括如下固體廢物：不合格的半成品、產成品，合格但銷售不出去的產成品，以及由于產品線的變化導致庫存的生產原產品的原材料、半成品和產成品。這些固體廢物在工業企業產生的固體廢物中占較大的部分，性質與其他固體廢物也有較大的差異，產生該類固體廢物的企業對這類固體廢物處理與處置理念也不一致，對這類工業固體廢物的資源化技術選擇也不盡相同。

另外，通常把工業固體廢物按廢物屬性分為金屬類、紙類、塑料類、橡膠類等。這個分類方法通俗易懂，但不利于工業固體廢物的資源化管理。實際上，很多工業固體廢物都是多種屬性的復合體，比如：電子廢棄物，就是由基板和電子元器件組成，電子元器件又有數百種元器件，基板又分為聚酯和銅片，根本就不是上述四類中的哪一類。廣州某資源再生公司將鋼鐵固體廢物按回用等級分出40多類，紙類分出30多類。固體廢物資源化技術最終還是要落實到資源化目標上，主要關注的還是固體廢物的原料特性，資源化技術也應是從原料處理入手，根據分類后的原料進行資源化。

2 工業園區固體廢物資源化的基本思路

工業園區固體廢物資源化應從管理和技術兩個角度切入。管理方面主要確定企業、工業園區管理委員會、政府、社會等在此項工作中應起的作用，理順各方的關系。技術方面包括固體廢物資源化技術選擇的影響因素分析與技術實施過程遇到的問題解決等。首先，政府應制定政策，鼓勵企業實施固體廢物資源化技術；工業園區管理委員會應搭建平臺，采取規劃、引入關鍵種企業、構建生態產業群、信息共享、培訓、鼓勵科技創新、引進補鏈企業等措施，組織各方完成固體廢物資源化的各個環節。其次，園區企業應根據清潔生產技術要求，實施廠內清潔生產，從源頭上盡量減少固體廢物的排放。最后，應根據市場對資源進行配置的原則，合理選擇產業鏈技術、固體廢物回收技術、固體廢物再生與循環技術，根據工業園區的業態，動態劃分固體廢物物質流渠道，通過協調，采取具有彈性的、可持續的生態產業共生網絡結構，完成固體廢物的企業、園區、區域、社會的物質循環，使各方利益訴求得以實現。

3 工業園區固體廢物資源化技術及應用分析

3.1 固體廢物生態產業鏈構建與運行維護

固體廢物生態產業鏈技術，是通過構建生態產業鏈條，使一個企業（行業）產生的固體廢物，成為其他企業的原料，從系統上達到減少或消除固體廢物向環境排放的目的。

固體廢物再利用對現有生產系統影響較大，而固體廢物資源的產品化涉及復雜多樣的市場。因此，固體廢物生態產業鏈的構建，可以考慮引入關鍵種企業，在不能完成有效循環的工業園區，引入補鏈企業，構建以“關鍵種企業”為核心的生態產業群，綜合考慮上游企業固體廢物的產量與品質、下游企業的客戶對產品性能的訴求、下游企業的原材料需求量及品質要求、固體廢物資源化的技術可行性及經濟合理性、規模經濟、運輸成本、環境效益等對生態產業體系影響的各種關鍵因素。固體廢物生態產業鏈的構建是個復雜的系統工程。

這方面有成功的案例。國外建設的較早、較為成功的生態工業園是丹麥的卡倫堡（Kalundborg）工業共生體[1]。該共生體最初由5家企業和周邊協同組織組成，一起完成物質和能量的梯級流動。共生體的物質流動是：Asnaesvaerket燃煤電廠脫硫產生的石膏，供給GyProc石膏材料公司生產石膏板材；鍋爐燃燒產生的粉煤灰供給水泥公司生產水泥；Statoil煉油廠尾氣的二氧化硫，用于硫酸廠生產硫酸；Novo Nordisk制藥廠產生的污泥和Asnaesvaerket養魚場的淤泥作為農場的肥料，整個體系產生固體廢物得以有效利用。

國內設計得比較好的有廣西貴港生態工業園[2-3]、新疆石河子國家生態工業（造紙）園區[4]等。貴港生態工業園是以制糖廠為核心企業而建立的網絡系統，核心網絡節點是蔗田系統、制糖廠、制漿廠、造紙廠、酒精廠、熱電廠和環境綜合處理系統，這些節點之間通過資源（物質、能量、知識、信息等）流動構成了復雜的網絡聯結。貴港生態工業園的主要物質流渠道如表1。

表1 貴港生態工業園的主要物質流渠道表

貴糖（集團）利用此種生態產業鏈，產生良好的綜合效益。貴糖日榨甘蔗能力1萬t，每年壓榨甘蔗100萬t左右、產糖12萬t，每年生產蔗渣造紙10萬t，其中包括高級文化用紙生產能力5萬t，普通文化用紙3萬t，生活用紙2萬t，輕質碳酸鈣215萬t，甘蔗專用復合肥3萬t，酒精廢液粉115萬t，綜合利用產品的銷售收入和實現的利稅占企業利稅總額的60%以上。

與生態產業鏈的構建相比，生態產業鏈的有效運行，是一個更為復雜、更為持久的系統工程，需要生態產業鏈各方及相關組織的有效配合。隨著循環經濟的快速推進和產業生態系統（Industrial Ecosystem）的規劃建設，生態工業園區建設也遇到越來越多的問題。其中，系統不穩定現象最為突出，包括卡倫堡在內的一些生態工業園區在運營中已經出現了由于系統內、外部相關因素發生變動，從而影響、破壞生態產業系統的穩定性的問題[5-6]。1995年，由于Asnaesvaerket火電廠使用了含釩木松石油，導致下游GyProc生產的石膏中大量含釩，造成了人體健康風險，火電廠被迫大量追加投資改進其設備[7]。正如Baldwin和Ridgway所說：“對卡倫堡而言，技術變化、革新、外部的新壓力（比如法律和公眾壓力，新能源，新材料）、合并和接管等變化都會使整個系統承受顯著影響，甚至有可能使系統坍塌[8]?！蔽覈钤缫慌_始生態工業建設的某著名工業園區發生人事變動，由于繼任領導在產業布局和發展戰略上有不同認識，著手對過去已經長期運行的企業工藝流程進行再造，結果切斷了原來上下游企業之間的廢料—產品循環流動途徑，使原先的一些生態工業鏈條發生斷裂、變動，系統穩定性遭到破壞[7]。因此，生態產業鏈運行維護更為重要。

生態產業鏈的運行維護，不能僅停留在理論探討上，應更深入地分析和解決影響產業生態系統穩定性的各種因素。首先，應分析生態產業鏈內各方的訴求，在綜合考慮各方訴求的基礎上尋找平衡點。作為生態產業鏈內的企業，其首要考慮的是盈利、生存和發展，如果企業的訴求不能得以實現，企業的所有者就沒有經營的原動力，這個企業參與生態建設的意愿也就難以長久保持下去。政府作為產業生態系統的倡導者，應該有義務維護該系統的穩定性。政府可通過制定優惠政策，引導、支持產業生態系統內的企業良性循環。其次，產業生態系統的穩定性是動態的。任何企業都有生命周期，應該通過市場和競爭來保證企業的旺盛生命力。不要過于擔憂產業生態系統偏離平衡點，可考慮引入適度競爭，來增強產業生態系統內企業的活力。最后，應該將生態產業鏈放在區域循環，甚至社會循環加以考慮，合理區分哪些固體廢物在上下游企業之間循環，哪些固體廢物通過固體廢物回收公司進行循環，哪些固體廢物在區域和社會之間完成循環。政府（或固體廢物回收公司）應建立固體廢物交換信息平臺，適時、有效、分類提供可供交換的固體廢物（再生資源），在區域內（社會范圍內）形成再生資源供需信息共享，要有效維護該信息交換平臺，使之正常運轉。另外，生態產業鏈應該是個開放的體系，在固體廢物物質流動中，應該從量和質兩個方面與區域和社會物質流動取得動態平衡。

3.2 工業園區固體廢物回收與分類技術

工業園區固體廢物的回收與分類，是產業生態系統構建和運行管理中非常重要的一環，但很少見有關于這個方面的研究。在調研中發現，某工業園區的一家靜脈企業——資源回收公司，將固體廢物回收渠道直接延伸到上游企業固廢的排放點，在上游廠家的廠區內進行分類，對大宗有用物質直接進行回用。這樣做有兩個好處，一是減少了固廢的裝卸費用；二是這種分類與回收方式是動態的，可以減小上游企業的固廢存放壓力與風險，減輕資源回收公司的廠房和倉庫壓力，保證上下游企業正常運營。當然，調研中也發現，有的資源回收公司，再生與資源化設備安裝好了，但回收不到固體廢物，導致生產線不能正常運轉。這些情況說明目前的固體廢物回收體系是不盡合理的。有些公司在這方面做得非常好，廣汽豐綠廢鋼資源最大化回收處理系統[9]和寶鋼發展有限公司的資源再生利用體系[10]給出很好的借鑒作用。

廣州廣汽豐綠資源再生有限公司位于廣州南沙區，于2005年3月由廣州汽車集團商貿有限公司和日本豐田通商株式會社共同出資成立，主要業務是回收廣汽豐田汽車有限公司及園區內其他汽車零部件配套生產企業產生的廢鋼、廢鋁等金屬類廢棄物及廢塑料、廢紙等非金屬類廢棄物。其中，金屬類廢棄物主要包括沖壓邊角料、型鋼、鐵屑等。廣汽豐綠廢鋼資源最大化回收處理系統的運作方式如下：首先，通過輸送線傳送將上游企業送來的廢鋼料進行分選，挑出可用滾壓、剪切、沖壓等工序加工成可直接利用的平板料，進行剪切、擴口、粗滾軋、精滾軋、校平、裁剪等工序，制成家電外殼、鉸鏈等配件，供有關企業直接應用，以此來提高廢鋼二次利用率，使回爐廢鋼減量化。然后，將不能用簡單的滾壓、剪切、沖壓手段制成可直接應用產品的廢鋼料、鐵屑，進行分揀、篩選、打包后，外運至鋼廠或鑄造廠作為回爐料。該廠為了提高分揀工段的自動化水平和生產效率，在廢鋼料分揀工段上了一條自動分揀輸送線，來代替原來人工分揀的處理方式。該廠廢鋼料分選、打包工藝流程為：金屬散料—自動分選—天車投料、計量—打包機料膛—鋼包—電磁吸盤天車裝車外運。另外，該公司選用了具有獨特液壓驅動系統和先進軟件控制系統的德國林德打包技術裝備，來提高廢鋼的壓縮率和打包效率。與同規格的國產廢鋼料打包產品相比，廣汽豐綠資源再生有限公司所采用的廢鋼料分揀、打包生產線的打包量大，能耗低，打包效率大大提高，企業的廢鋼處理能力也得到提高。該生產線產出的廢鋼包密度較高，可使鋼水出爐率提高20%，節能效果顯著。

寶鋼發展有限公司的固體廢物回收體系也頗具特色。寶鋼發展有限公司采用一體化發展戰略，堅持全流程管理，實現固廢處理和資源利用全過程無害化，不產生二次污染；堅持循環經濟，提高固廢返回生產利用的比例；強化技術和市場開發，提高固廢產品化加工規模和檔次。在固體廢物資源化實施上，建立了以寶鋼集團內鋼鐵主業固廢處理和利用的一體化再生資源管控平臺，設立寶鋼再生資源管控中心，統籌管理、回收、分選加工、產業化發展、社會化處置、銷售等各項工作。在專業化回收方面，及時、安全、科學、高效地回收固體廢物，確保鋼鐵主體生產順行、物流平衡。寶鋼發展有限公司總結了專業化回收經驗，主要有：主業物料分類堆放、培養專業化回收隊伍、機械化施工、建立應急小隊等。固體廢物回收和分揀分為三類循環：小循環、中循環和大循環。小循環：經簡單加工分選返回主體。主要是針對渣鋼、渣鐵等含鐵類資源，經分選、破碎等簡單工藝可返回生產主體，馬上回收金屬，從而減少一次資源的耗用量。該物流循環在鋼鐵廠內部進行。中循環：不能直接生產利用的固體廢物，需要運出廠外，通過一定工藝設備、科研投入后建設固體廢物資源化生產車間，進行深加工變成其他產品，這個產品能夠給鋼鐵企業使用，比如廢棄耐火材料、廢舊油等。此物流路徑較小，循環要長很多，且必須進行加工處理才能變成產品。大循環：需要大投入，主要針對即使加工處理變成產品后也無法再回到鋼鐵主體的固體廢物，應直接進入社會化資源配置，變成其他行業原材料或其他材料，比如礦渣微粉、磁性材料等。寶鋼集團的所有再生資源均在上述3個循環體系中實現流轉和平衡。而且，寶鋼集團只對寶鋼發展有限公司一家進行再生資源業務委托，全權負責此項工作，從而避免了多頭管理、亂排亂堆現象發生。這樣，寶鋼集團既能最大限度節約一次資源，增強主業市場競爭力，又能統一管理，責任清晰，最少程度污染環境，變廢為寶。

不能孤立地看待固體廢物回收，回收、分類、資源化利用其實是一體化的技術，是固廢資源化體系的3個環節。對工業園區的固體廢物進行回收和分類，首先應考慮的是利用，按照固體廢物資源化價值最大化進行回收和分類。固體廢物種類繁多，品質差異極大，資源化利用也是動態變化的，必須要非常專業的人員進行合理分類，才能有效分出下游企業所需的原材料，也才能使上游企業的固體廢物資源化目標高質量實現。因此，應立足工業園區，遵循減量化、再利用、再循環的原則，對不同種類的固體廢物資源進行不同的分類回收，加工處理，構建物流最短、高效、安全、二次污染低的固體廢物回收利用產業鏈。其次，在回收路徑上，應對固體廢物進行完全回收，絕不能出現回收資源化價值高的物質，丟棄資源化價值低和無回收價值的物質。這方面需要政府出臺固體廢物資源化管理辦法，對企業進行有效監督。最后，應對物流鏈進行合理規劃，降低固體廢物回收體系的運輸成本。

3.3 工業園區固體廢物再利用與循環技術

王瑞賢[11]將固體廢物再利用與循環方式分為5種：原點利用、材料循環再生、化學再循環、廢物再利用和回收熱能循環。原點利用方式，主要是將固體廢物以其原有的形式，就能以同樣或類似的產品使用一次以上，或固體廢物經拆卸后部分材料能被重新使用。這類固體廢物質量下降微小、節省能源、回收流程短、費用較低。如：廣州廣汽豐綠資源再生有限公司回收的可用滾壓、剪切、沖壓等工序加工成可直接利用的平板料和寶鋼發展有限公司回收的渣鋼、渣鐵等。材料循環再生（物理循環），是對受到劇烈磨損或損壞不能再使用的物質進行循環再生。如，金屬材料、玻璃、熱塑型樹脂等，這些固體廢物經過熔融再成型或熱塑樹脂溶劑溶解再析出、再成型，與原點再生相比，此法再生產品品質比原有材料有所下降。回收分類是材料循環再生的關鍵?；瘜W再循環，是采用化學手段使失去利用價值的物質再生為可利用材料的再循環方式，即固體廢物經過化學分解回收可利用的原料。如聚苯乙烯、聚丙烯酸酯制品通過熱解，聚酯、尼龍水解回收單體。與材料再循環方式相比，此法再循環方式途徑多，但實現的成本和能耗會有提升，技術限制因素也較多。廢物再利用，是對固體廢物經過一定的加工處理以取代某種工業原料的再利用方式。這種方式通常是降低再利用物的利用價值而實現的。如，利用廢橡膠鋪設道路；合金冶煉中的硅鈣代替石灰用于建筑等?；厥諢崮苎h，多是利用有機廢棄物熱解或焚燒，回收燃料油變換成燃氣、蒸汽或電能的一種再利用方式，常用于數量大、熱值高、難以分離的混合廢棄物。

從物料的品質來講，物質的使用過程是個品質降低的過程，是不可逆過程。物料的品質降低越嚴重，資源化水平就越難以提升，甚至會出現從技術和成本上來講難以資源化問題，如浮選尾礦中的有價金屬的提取以及余料的進一步開發等就是一個固體廢物資源化困難實例。因此，工業園區固體廢物再利用與循環技術選取極為困難，又極為重要。這方面也有做得比較成功的公司，如位于蘇州工業園區的蘇州瑞環化工有限公司，主要從事有機化學品精制回收。該公司擁有1350種廢溶劑分離工藝數據庫，并自行開發了蒸餾計算軟件和氣液平衡軟件，是掌握剝離液的精制回收技術的全球三家企業之一，能將有機溶劑廢液中的有用組分加以回收再生，生產出符合客戶要求的有機溶劑再生品。該公司處理的廢液及回收的有機化學品如表2。

表2 廢液回收有機化學品

該公司是一個非常專業的有機化學品類回收公司，能夠將蘇州工業園區及周邊區域，甚至廣東、福建等其他區域的有機廢液通過回收、精煉，使廢液中有用的、具有市場價值的有機化學品重新恢復使用價值，返回流通領域。在這個過程中，廢液的精煉技術是廢液再生的關鍵。

在選擇固體廢物再利用與循環技術時，首先考慮的是物質不經化學變化，能直接使用。其次，在資源化技術選取上要慎重，應經過考察和多方論證，并要進行中試，確定該技術在技術上可行、經濟上合理、二次污染較小。在預處理技術上，常用的有：破碎、篩分和分選（包括：重力分選、磁力分選、電分選等），分選技術要在分選效率、投資、運行成本上取得平衡；金屬回收技術，可從濕法和火法兩種情況分析論證；塑料回收，主要考慮塑料改性添加劑的添加及生產產品的最終用途；紙類回收關鍵是考慮再生紙的脫墨；廢液的回收，可選的技術有精餾、吸收、吸附、萃取等技術，但要注意廢氣的污染和殘渣的處理。最后，還要根據上游廢物原料的品質和下游客戶的需求，以及工業園區企業集群的變化，對生產工藝作柔性處理，以適應外界環境的變化。

同時，必須清醒地認識到，在國內，固體廢物資源化技術應用尚處于起步階段，能夠真正工業化應用的固體廢物再生與循環技術少得可憐，很多技術還停留在實驗室階段，連中試都未進行，更不用說工業化了。發達國家對此都采取技術保護措施，不進行技術輸出，導致我國技術選擇范圍有限。所以，研究出適合中國固體廢物特征的固體廢物資源化技術迫在眉睫。建議政府設立固體廢物資源化研發專項資金，專門用于研發固體廢物資源化重大關鍵技術和成型設備，將我國固體廢物資源化落到實處。另外，在固體廢物資源化的初始階段，技術和市場開發的任務重，政府應給予固體廢物資源化企業相對寬松的經營環境。建議政府對固體廢物資源化企業給予傾斜政策，支持資源利用產業的發展。

4 結語

工業園區固體廢物資源化，是在資源日漸枯竭、環境污染加劇的生存環境下的一條較好的出路。但是，也應看到，工業園區固體廢物資源化也不是一蹴而就的事情，需要協調影響其有效運行的各種因素，才能帶來良好的收益。就此，提出如下建議：

（1）生態產業鏈的構建和園區固體廢物的回收、分類、資源化技術選擇是一個問題的四個方面，必須分析下游企業客戶對產品品質的需求，下游企業對上游企業固體廢物數量和品質的需求，上游企業產生固體廢物的數量和品質，應在分析的基礎上構建生態產業系統。

（2）應根據工業園區的規模和特性，采取多種模式，引入關鍵種企業和補鏈企業，使生態產業系統構造完整。

（3）政府（或固體廢物回收公司）應建設固體廢物交換信息平臺，按照固體廢物的來源、品質進行分類，方便相關方進行固體廢物資源化選擇。

（4）生態產業系統的穩定性是動態的。在運行中，要對生態產業系統進行動態維護，應根據市場對企業的作用，讓靜脈企業參與市場競爭，來增強自身的競爭力。同時，政府在產業政策上要給予傾斜，支持靜脈企業的生存與發展。另外，當市場失靈時，政府（工業園區管理委員會）應當擔負起維護生態產業系統的責任，使生態產業系統恢復正常運轉。

（5）應按下游企業的資源化目標和固體廢物的品質需求，對工業園區工業固體廢物進行有效分類，并建立完整的固體廢物回收體系，按照固體廢物的品位進行資源化技術選取。

（6）在資源化技術選取上，應選擇技術上可靠、經濟上合理、較少產生二次污染的資源化技術，以保證生態產業系統的良好運轉。

（7）政府應設立固體廢物資源化技術研發專項資金，專門用于研發固體廢物資源化重大關鍵技術和成型設備，提升靜脈企業的資源化技術水平。

（8）政府應制定相應的管理措施，對生態產業鏈條進行有效管理和監督，構建基于綠色供應鏈管理和綠色招商的生態工業園區生態系統控制管理體系，優化工業園區生態系統，讓真正愿意參與生態產業系統的企業發揮相應的作用，將不良企業從系統中剔除。

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