建筑垃圾資源化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)和實(shí)踐

顧金土，陳云，蘇杰，趙鋼，方昶

（中國新型建材設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310022）

0 引言

建筑垃圾主要來自于舊城改造的房屋拆遷、建筑和道路等工程的開挖，以及房屋的裝飾裝修。根據(jù)相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)測(cè)算，近幾年我國城市建筑垃圾年產(chǎn)生量超過20 億t，年均增速超過10%。且建筑垃圾已占到了城鎮(zhèn)垃圾總量的40%～50%。至2020年，我國建筑垃圾規(guī)模已近28 億t，據(jù)預(yù)測(cè)，2030年將達(dá)到73 億t。

隨著我國的城鎮(zhèn)化建設(shè)速度的日益加快，舊城改造、新農(nóng)村建設(shè)中拆建會(huì)產(chǎn)生的大量的建筑垃圾，建筑垃圾采用填埋或者堆存處理，會(huì)占用較大的土地，同時(shí)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。因?yàn)榻ㄖa(chǎn)生的滲濾水一般為強(qiáng)堿性，并且含有大量的重金屬離子、硫化氫以及一定量的有機(jī)物，如不加控制讓其流入江河、湖泊或滲入地下，就會(huì)導(dǎo)致地表和地下水的污染。

建筑垃圾的資源化再生利用是國家節(jié)約資源和環(huán)境綜合治理的一項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展的核心內(nèi)容。將建筑垃圾資源化利用生產(chǎn)砂石骨料和免燒再生磚、水穩(wěn)材料等不僅可節(jié)約礦產(chǎn)資源和土壤資源，節(jié)省耕地面積，同時(shí)還徹底解決建筑垃圾堆放問題。在制磚過程中，還可以消納粉煤灰，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤，減少燒磚排放的SO2，在變廢為寶的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。

本文根據(jù)中國新型建材設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的浙江省金華市100 萬t/a 建筑垃圾資源化生產(chǎn)線的成功案例，就建筑垃圾資源化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和要求等進(jìn)行介紹，以供參考。

1 項(xiàng)目概況及主要設(shè)備配置

金華市100 萬t/a 建筑垃圾資源化生產(chǎn)線是中天集團(tuán)與金華城建發(fā)展控股公司共同投資建設(shè)的特許經(jīng)營（BOO）項(xiàng)目，成立金華市中天城建綠色再生資源有限公司。項(xiàng)目總投資1.5 億元，于2018年初建成投產(chǎn)金華市建筑垃圾資源化利用處置項(xiàng)目。該項(xiàng)目是一個(gè)集建筑垃圾處置、再生商品混凝土生產(chǎn)、再生水穩(wěn)材料生產(chǎn)、再生磚制品于一體的資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)綠色產(chǎn)業(yè)園。項(xiàng)目占地面積60850 m2，建構(gòu)筑物占地面積21007 m2，綠地面積9458 m2。建設(shè)規(guī)模為100 萬t/a 建筑垃圾再生骨料生產(chǎn)線，45 萬m3/a 再生混凝土生產(chǎn)線，30 萬t/a再生水穩(wěn)材料生產(chǎn)線和30 萬t/a 再生磚制品生產(chǎn)線。本建筑垃圾資源化利用處置項(xiàng)目主要設(shè)備配置及性能參數(shù)如表1所示。

表1 100 萬t/a建筑垃圾資源化利用處置項(xiàng)目主要設(shè)備配置及性能參數(shù)

2 建筑垃圾資源化利用與處置工藝方案的選擇

本項(xiàng)目的建筑垃圾主要來源為城市拆遷、舊城改造等，故原料成分復(fù)雜，其中泥土、織物、鋼筋、木材、有機(jī)物等含量較高，目前國內(nèi)尚無成熟的工藝來處理此種原料。設(shè)計(jì)過程中結(jié)合原料成分及建設(shè)場(chǎng)地，與設(shè)備供貨商一起進(jìn)行反復(fù)推敲和論證，最終確定了破碎前預(yù)處理+破碎后人工分揀+水力浮選+輕物質(zhì)分離的處理工藝。本項(xiàng)目建筑垃圾資源化利用與處置總體布局見圖1，工藝流程見圖2。

圖1 建筑垃圾資源化利用與處置項(xiàng)目總體布局

圖2 建筑垃圾資源化利用與處置工藝流程

3 項(xiàng)目的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)措施

3.1 建筑垃圾來源廣，成分復(fù)雜

建筑垃圾再生骨料及相應(yīng)產(chǎn)品是近幾年在國家大力倡導(dǎo)及環(huán)境治理的背景下興起發(fā)展的，目前國內(nèi)已建成投產(chǎn)的生產(chǎn)線不是很多，而且生產(chǎn)情況各不相同，工藝也千差萬別。大部分生產(chǎn)線對(duì)建筑垃圾的適應(yīng)性范圍較窄，對(duì)垃圾中的雜質(zhì)含量、原料組分、水份要求很高。一旦改變?cè)蟻碓矗a(chǎn)線就會(huì)出現(xiàn)“水土不服”，或降低產(chǎn)量，或降低其產(chǎn)品品質(zhì)。本項(xiàng)目在建設(shè)初期考慮到本地建筑垃圾成份復(fù)雜，來源大部分是棚改和市政改造，每處工地運(yùn)來的建筑垃圾成分差別很大。老城區(qū)拆舊改造的原料以黏土磚為主，并含有大量的木材、織物、有機(jī)物和泥土；市政橋梁改造、高層建筑拆除的原料以混凝土為主，內(nèi)含大量鋼筋和超大尺寸鋼筋混凝土塊。據(jù)了解，國內(nèi)外目前也沒有應(yīng)對(duì)如此復(fù)雜原料的生產(chǎn)線可以借鑒，由此，給本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)帶來了很大的難度。

3.2 工藝設(shè)計(jì)措施

為解決原料來源復(fù)雜的問題，首先加強(qiáng)原料源頭的管理，要求在裝車進(jìn)廠前盡量先在拆舊工地做好物品分類。其次在工廠原料堆放場(chǎng)地上對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，剔除部分無用成分，并將超尺寸的大塊原料、鋼筋打碎剪切成符合生產(chǎn)需求的尺寸。物料被粗破后由人工分揀將原料中一些木塊、織物、有機(jī)物等揀出，并通過除鐵器把鐵質(zhì)雜質(zhì)除去。經(jīng)過分揀的物料再次通過水利浮選機(jī)過濾掉大部分輕物質(zhì)和泥沙。最終的成品再由輕物質(zhì)分離器將剩余的輕物質(zhì)碎屑除掉。在原料成分基本保證的情況下，整個(gè)工藝流程可以有效的去除產(chǎn)品中的雜質(zhì)，生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的成品。

3.3 最大資源化利用

建筑垃圾再生骨料有其自身的特性，作為骨料產(chǎn)品，因?yàn)樾枰ㄙM(fèi)多余的能耗在分揀上，生產(chǎn)成本較天然骨料高。為了更好地適應(yīng)市場(chǎng)要求，在設(shè)計(jì)時(shí)，為本項(xiàng)目配套了其他產(chǎn)品生產(chǎn)線，將本建筑垃圾處置項(xiàng)目打造成循環(huán)經(jīng)濟(jì)綠色產(chǎn)業(yè)園。圍繞再生骨料為核心，設(shè)計(jì)中同步建設(shè)了45 萬m3/a 再生商品混凝土生產(chǎn)線，30 萬t/a 再生水穩(wěn)材料生產(chǎn)線和30 萬t/a 再生磚制品生產(chǎn)線。建筑垃圾-再生骨料-再生制品將形成有機(jī)循環(huán)。開發(fā)多品種的工藝路線拓展了本項(xiàng)目對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力，避免同天然骨料競(jìng)爭(zhēng)，并能為社會(huì)提供更多產(chǎn)品需求。圖3 為本項(xiàng)目生產(chǎn)的再生細(xì)骨料實(shí)物照片，圖4 為本項(xiàng)目再生透水磚實(shí)物照片。

圖3 建筑垃圾再生細(xì)骨料實(shí)物照片

圖4 建筑垃圾再生透水磚實(shí)物照片

3.4 綠色環(huán)保

本項(xiàng)目是一個(gè)處理建筑固廢的環(huán)保型項(xiàng)目，設(shè)計(jì)中采用多種措施來減少廢棄物排放。針對(duì)粉塵污染，配置了納米生物膜抑塵系統(tǒng)，該系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)收塵手段具有低能耗、低噪聲等特點(diǎn)，整個(gè)生產(chǎn)線全過程抑塵，保證粉塵排放達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)于固體廢棄物，在分揀過程中做到分類堆放，織物、有機(jī)物等輕物質(zhì)送至附近垃圾焚燒廠處理；鐵質(zhì)廢棄物出售給廢品收購公司回收循環(huán)利用。對(duì)于液體廢棄物例如生產(chǎn)廢水、淤泥等，設(shè)計(jì)中設(shè)有廢水循環(huán)利用系統(tǒng)，并配有壓濾機(jī)過濾淤泥。在淤泥中添加少量新型固體激發(fā)劑后摻入水穩(wěn)材料中，作為再生路基材料。整個(gè)場(chǎng)地設(shè)有雨水收集系統(tǒng)，可以做到廢水零排放。

3.5 生產(chǎn)過程控制

本項(xiàng)目采用DCS 控制系統(tǒng)對(duì)建筑垃圾資源化處置系統(tǒng)、再生商品混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，再生水穩(wěn)材料生產(chǎn)線系統(tǒng)和再生磚制品生產(chǎn)線系統(tǒng)的整個(gè)工藝生產(chǎn)過程在中央控制室進(jìn)行集中控制和監(jiān)視。對(duì)各系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)及調(diào)節(jié)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及大中型電機(jī)的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保生產(chǎn)線的穩(wěn)定與安全運(yùn)行，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

4 生產(chǎn)線實(shí)際運(yùn)行狀況及指標(biāo)

金華市中天城建綠色再生資源有限公司100 萬t/a 建筑垃圾資源化生產(chǎn)線于2018年1月初投產(chǎn)，自投入運(yùn)行至今，再生骨料產(chǎn)量穩(wěn)定在316 t/h 以上，產(chǎn)品單位電耗僅為4.1 kW·h/t。主要生產(chǎn)實(shí)際平均指標(biāo)與設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比如表2所示。

表2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)值與生產(chǎn)實(shí)際平均值對(duì)比

生產(chǎn)的再生粗細(xì)骨料包括：

（1）以廢棄混凝土塊為主的再生粗骨料，粒徑4.75～10 mm，吸水率＜5%，壓碎值指標(biāo)＜20%，針片狀＜3%，有害物、雜物含量可忽略不計(jì)；該再生粗骨料應(yīng)用場(chǎng)景包括：替代全部或部分混凝土（C35 以下）中4.75～10 mm 的天然碎石；作為灰砂磚、混凝土路面磚、擋墻磚等產(chǎn)品中的粗骨料。

（2）以廢棄磚塊為主的再生粗骨料，粒徑5～10 mm，吸水率＜8%，壓碎值指標(biāo)＜40%，針片狀＜3%，有害物、雜物含量可忽略不計(jì)。該再生粗骨料應(yīng)用場(chǎng)景包括：替代全部或部分混凝土（C20 以下）中4.75～10 mm 的天然碎石；作為灰砂磚、混凝土路面磚、擋墻磚等產(chǎn)品中的粗骨料。

（3）由建筑廢料中混凝土、砂漿、石、磚瓦等加工而成的粒徑2.36～4.75 mm 的再生細(xì)骨料（以廢棄混凝土塊為主），微粉含量＜5%，壓碎值指標(biāo)＜30%，再生膠砂強(qiáng)度比＞80%，該再生細(xì)骨料應(yīng)用場(chǎng)景包括：替代全部或部分混凝土（C30 以下）中的天然細(xì)骨料；作為灰砂磚、混凝土路面磚、擋墻磚等產(chǎn)品中的細(xì)骨料；用于城鎮(zhèn)道路水泥穩(wěn)定基層中，替代部分天然石粉。

（4）由建筑廢料中混凝土、砂漿、石、磚瓦等加工而成的粒徑2.36～4.75mm 的再生細(xì)骨料（以廢棄黏土磚塊為主），微粉含量＜5%，壓碎值指標(biāo)＜40%，再生膠砂強(qiáng)度比＞75%，該再生細(xì)骨料應(yīng)用場(chǎng)景包括：替代全部或部分混凝土（C20 以下）中的天然細(xì)骨料；作為灰砂磚、混凝土路面磚、擋墻磚等產(chǎn)品中細(xì)骨料。

（5）由建筑廢料中混凝土、砂漿、石、磚瓦等加工而成的粒徑不大于2.36mm 的再生細(xì)骨料，微粉含量＜10%，該再生細(xì)骨料應(yīng)用場(chǎng)景包括：在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土（C20 以下）中替代天然細(xì)骨料，可增加粉料，從而增加漿體量，提高低強(qiáng)度等級(jí)混凝土的施工性和耐久性；用于城鎮(zhèn)道路水泥穩(wěn)定基層全部或部分代替天然石粉；用于花園及植草磚中種植土。

5 結(jié)語

通過對(duì)我金華市中天城建綠色再生資源有限公司100 萬t/a 建筑垃圾資源化生產(chǎn)線工藝選擇、設(shè)備選型及設(shè)計(jì)措施的分析和總結(jié)，本項(xiàng)目建筑垃圾再生骨料破碎生產(chǎn)線設(shè)置了預(yù)處理+多段分揀處理工藝，可確保除凈每一種雜質(zhì)。分揀出的廢棄物分類放置、專門處理，把每一種廢棄物均轉(zhuǎn)化成資源，切實(shí)做到城市礦山的理念。生產(chǎn)用水循環(huán)利用，配置凈化、壓濾等設(shè)施，全線做到零污染、零排放。根據(jù)處理后的原料成分，設(shè)置了再生混凝土攪拌樓、再生制磚、再生水穩(wěn)材料，并預(yù)留了干粉砂漿和PC 構(gòu)件的生產(chǎn)場(chǎng)地，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝和總圖布置，再生骨料產(chǎn)品電耗優(yōu)于行業(yè)其他同類型產(chǎn)品。投產(chǎn)后實(shí)踐證明，經(jīng)濟(jì)效益顯著，本項(xiàng)目已成為城市建筑垃圾綜合利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)綠色產(chǎn)業(yè)園的示范。