建筑垃圾資源化處置技術(shù)

建筑垃圾是指個人、建設(shè)單位或施工單位對各類建筑物、構(gòu)筑物等進行鋪設(shè)、建設(shè)或拆除過程中殘留的棄土、棄料、渣土、淤泥及其他廢棄物。進入21世紀(jì)以來我國城市化進程迅猛，隨之而來的是每年產(chǎn)生的千萬噸甚至上億噸的建筑垃圾。建筑垃圾問題逐漸演化為一種社會性問題。目前北京已將建筑垃圾綜合利用納入循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，并研究出臺了建筑垃圾資源化利用的鼓勵性政策。1、建筑垃圾處置現(xiàn)狀我國建筑產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展時期，但建筑垃圾資源化推進嚴(yán)重滯后，目前對建筑垃圾的研究工作尚處于起步階段，整體認(rèn)識不足，處理手段滯后，大多數(shù)城市建筑垃圾處置還處于簡易填埋階段。目前我國已建成投產(chǎn)和在建的建筑垃圾年處置能力在100萬t以上的生產(chǎn)線僅70條左右，小規(guī)模處置企業(yè)幾百家，總資源化利用量不足1億t。相關(guān)企業(yè)以民營為主，已建成規(guī)模化的生產(chǎn)線實際產(chǎn)能發(fā)揮不到50%且大多處于非盈利狀態(tài)。建筑垃圾總體資源化率不足10%，整個建筑垃圾的產(chǎn)業(yè)規(guī)模還有著巨大發(fā)展空間。為推進北京市建筑垃圾的資源化處置，2013年北京市提出了北京市固定式建筑垃圾資源化處理設(shè)施的整體規(guī)劃，計劃建設(shè)石景山區(qū)、大興區(qū)、朝陽區(qū)、豐臺區(qū)、海淀區(qū)、房山區(qū)等6個固定式建筑廢棄物資源化處理項目，規(guī)劃總處理能力800萬t/年。2014年底，北京首鋼資源綜合利用科技開發(fā)有限公司建成投產(chǎn)了北京市第一個建筑垃圾資源化處理項目。截至2018年底，已累計處理建筑垃圾200余萬t，實現(xiàn)工程化應(yīng)用300余項，主要服務(wù)于石景山、門頭溝和首鋼拆遷產(chǎn)生的建筑垃圾。2017年7月，北京都市綠源環(huán)保科技有限公司建成投產(chǎn)了北京市第一個正式規(guī)劃的建筑垃圾資源化項目，年處理能力100萬t建筑垃圾，并具備每年60萬m3再生混凝土和70萬t再生無機混合料的生產(chǎn)能力，是目前北京市規(guī)模最大的固定式建筑垃圾資源化處置企業(yè)。北京建工資源循環(huán)利用有限公司主要運作原位建筑垃圾資源化處置項目，在北京、上海等地區(qū)落地多個項目，以臨時項目為主。國內(nèi)在建筑垃圾處置產(chǎn)業(yè)上起步較晚，目前適用于建筑垃圾處置的工藝及相配套設(shè)備水平較低。主要的問題在于對分選工藝的理解不到位，分選設(shè)備處置水平低。在建筑垃圾處理過程中，因其所含雜質(zhì)種類繁雜，除雜過程往往是多種分選方法并用。2、建筑垃圾處置模式分析2.1現(xiàn)場移動設(shè)備處置模式現(xiàn)場移動設(shè)備處置模式主要針對拆除規(guī)模較小，建筑垃圾處置量小的現(xiàn)場或就近臨時處置點，處置周期一般在1年左右，使用移動破碎站處理建筑垃圾。移動破碎站多采用履帶式（圖1），燃油自動力，現(xiàn)在國內(nèi)也開始研發(fā)輪胎式移動破碎站，外接電源，與履帶式移動破碎站相比更有價格優(yōu)勢。移動破碎站可做成重篩除土模塊、粗破及除鐵模塊、手選模塊、細(xì)破及除鐵模塊、成品篩分模塊等多個模塊，使用時可根據(jù)需要選擇合適的模塊進行組合。圖1移動破碎站移動破碎站處理建筑垃圾處理能力60~200?t/h，一破碎破入料粒徑400?mm，增加后端輕篩后產(chǎn)生0~5?mm,5~10?mm,10~30（50）mm3種物料。因移動處置設(shè)施無系統(tǒng)的除雜及除土功能，只配備了簡易的除土篩和人工分選位，因此該處置模式主要針對的是含土量和含雜量比較低的物料（圖2）。圖2移動設(shè)備布置移動處置模式工藝處置路線如下。（1）重篩除土模塊+粗破模塊：經(jīng)預(yù)分揀小于500?mm的建筑垃圾進入重篩裝置和給料裝置，其中重篩有簡易的除土和篩分功能，物料除土后進入粗破破碎至150?mm，再經(jīng)除鐵后進入人工分選模塊。（2）人工分選模塊：經(jīng)人工手選選出危廢、可燃物類、填埋類、木頭、金屬類等雜物。（3）細(xì)破+篩分模塊：物料進入細(xì)破破碎，破碎至31.5?mm的物料經(jīng)除鐵后進入成品篩分，其中0~10?mm,10~31.5?mm產(chǎn)品骨料進入產(chǎn)品倉，31.5?mm以上產(chǎn)品返回至細(xì)破破碎。該處置模式的優(yōu)缺點如下。（1）一體化機組設(shè)備安裝形式消除了分體組件的繁雜場地基礎(chǔ)設(shè)施安裝作業(yè)，降低了物料和工時消耗。（2）移動式破碎站能對物料進行第一線的現(xiàn)場破碎，免除了物料運離現(xiàn)場再破碎的中間環(huán)節(jié)，可大幅降低運輸費用。（3）可快捷地進駐工地，不僅節(jié)省時間。更有利于進駐施工合理區(qū)域，為整體破碎流程提供更靈活的空間和合理的布局配置。（4）針對粗碎、細(xì)碎篩分系統(tǒng)，可單機組獨立作業(yè)，也可靈活組成系統(tǒng)配置機組聯(lián)合作業(yè)。（5）粉塵和噪聲不易控制，會造成二次污染。（6）移動式破碎站無除雜環(huán)節(jié)，建筑垃圾處理效果不好，雜質(zhì)無法除去，給后期應(yīng)用造成很大困難。2.2就近臨時設(shè)施處置模式就近臨時設(shè)施處置模式主要針對拆除有一定規(guī)模且較集中，但建筑垃圾處置總量不很大的臨時處置點，運營時間一般在3~5年，使用破碎→篩分→除雜系統(tǒng)處理建筑垃圾。該處置線處置能力一般在100~150?t/h，年處置能力約50萬t/a。圖3臨時設(shè)施處置項目現(xiàn)場按建筑垃圾的成分、特點和性質(zhì)進行分析，并考慮工藝的適應(yīng)性和負(fù)荷能力，該模式的處置工藝為“兩級破碎+三級篩分+人工分選、磁選+風(fēng)選”的組合工藝，其處置路線如下。（1）一級破碎+一級篩分。經(jīng)預(yù)分揀粒徑小于600?mm的建筑垃圾通過一級破碎破碎至150?mm，破碎后的物料進入一級篩分。由一級篩分設(shè)備將18?mm以下的渣土分選出來輸送至渣土倉，18?mm以上的物料經(jīng)除鐵后進入人工分揀環(huán)節(jié)。（2）人工分揀。物料經(jīng)分叉溜槽分成2股物流進入人工分揀平臺，揀出危險廢品、可燃物類、填埋類、木頭、金屬類等雜物。（3）二級破碎+二級篩分。經(jīng)人工分揀除雜的物料進入二級破碎，破碎至31.5?mm并經(jīng)除鐵后進入三級篩分，其中0~5?mm產(chǎn)品骨料進入產(chǎn)品倉，5~25?mm及25?mm以上的物料分別進入風(fēng)選設(shè)備。（4）風(fēng)選+三級篩分。5~25?mm及25?mm以上物料送至風(fēng)選輕質(zhì)物分離設(shè)備，分選出剩余的輕質(zhì)物，5~10?mm、10~25?mm、25~31.5?mm產(chǎn)品骨料分別進入產(chǎn)品倉，31.5?mm以上物料返回至二級破碎。該處置模式的優(yōu)缺點如下。（1）設(shè)備模塊化集成可針對物料成分不同的建筑垃圾合理組建處置模式，降低物料、工時消耗，機組空間布局合理緊湊，可提高場地駐扎的靈活性，對場地要求不高。（2）降低物料運輸費用，就近臨時設(shè)施處置模式運輸距離較短，能就近對物料進行現(xiàn)場破碎，免除物料運離現(xiàn)場再破碎的中間環(huán)節(jié)，大幅降低運輸費用。（3）雖有除塵降塵設(shè)備，但露天作業(yè)仍會產(chǎn)生粉塵，噪聲也存在一定程度的擾民現(xiàn)象。（4）少量產(chǎn)品質(zhì)量不高。2.3集中固定設(shè)施處置模式集中固定設(shè)施處置模式（圖4）主要針對拆除規(guī)模較大、但分布較分散、建筑垃圾處置總量大的固定處置點，該處置模式需對1個城市或1個區(qū)域的建筑垃圾進行消納，運營時間一般在10年以上，使用破碎→篩分→除雜系統(tǒng)處理建筑垃圾。該處置路線處置能力為200~300?t/h，年處置能力可達到100萬t。圖4固定設(shè)施處置項目現(xiàn)場經(jīng)分析建筑垃圾的成分、特點、性質(zhì)進行，并充分考慮工藝的適應(yīng)性和負(fù)荷能力，該處置模式采用“二級破碎+四級篩分+人工分選、磁選+正負(fù)壓兩級風(fēng)選”的組合工藝，其處置路線如下。（1）一級篩分+一級破碎+二級篩分：經(jīng)預(yù)分揀粒徑小于600?mm的建筑垃圾通過一級篩分進行均勻給料和預(yù)篩分，篩分后大粒徑物料進入一級破碎破碎至120?mm，破碎后的物料與預(yù)篩分出來的細(xì)物料經(jīng)除鐵后送至二級篩分，二級篩分設(shè)備將15?mm以下的渣土分選出來送至渣土倉，15?mm以上的物料則進入風(fēng)選輕質(zhì)物分離設(shè)備。（2）正壓風(fēng)選+人工分揀：物料經(jīng)風(fēng)選輕質(zhì)物分離設(shè)備，分選出大部分輕質(zhì)物，再進入人工分揀平臺揀出少量雜物。（3）二級破碎+三級篩分：經(jīng)除雜的物料進入二級破碎設(shè)備破碎至31.5?mm再經(jīng)除鐵進入三級篩分，0~5?mm產(chǎn)品骨料經(jīng)加濕后進入產(chǎn)品倉，5~31.5?mm物料進入風(fēng)選輕物質(zhì)分離設(shè)備，31.5?mm以上物料返回至二級破碎。（4）負(fù)壓輕質(zhì)物分離+四級篩分：5~31.5?mm物料送至風(fēng)選輕質(zhì)物分離設(shè)備，分選出剩余的輕質(zhì)物，0~5?mm產(chǎn)品骨料經(jīng)過加濕后進入產(chǎn)品倉，5~31.5?mm物料進入四級篩分，5~10?mm及10~31.5?mm產(chǎn)品骨料分別進入產(chǎn)品倉。該處置模式的優(yōu)缺點如下。（1）集中固定設(shè)施處置模式具備完善的除雜環(huán)節(jié)，工藝復(fù)雜，可在很大程度上去除雜質(zhì)，實現(xiàn)建筑垃圾資源化，產(chǎn)品質(zhì)量高，處置徹底，有利于后期應(yīng)用。（2）集中固定設(shè)施處置模式具備廠房結(jié)構(gòu)，且粉塵和噪聲約能控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。（3）運輸距離較遠，一定的物料運輸費用。（4）廠房、占地、設(shè)備等會增加投資。3、建筑垃圾處置工藝設(shè)計核心除土和除雜環(huán)節(jié)是處置過程中的重中之重。3.1工藝設(shè)計原則（1）在設(shè)計處置工藝前需充分調(diào)研當(dāng)?shù)厥袌龅漠a(chǎn)品去向，使產(chǎn)品有更好的銷路。對建筑垃圾產(chǎn)品端的要求主要有粒級、粒形、含雜量、含粉量等指標(biāo)。（2）設(shè)計處置工藝前應(yīng)了解擬處置的建筑垃圾成分，建筑垃圾來料端主要有物料類型及物質(zhì)量分布、雜質(zhì)種類、雜質(zhì)含量、含土量等參數(shù)指標(biāo)。（3）針對不同物料在不同環(huán)節(jié)下選擇合適的設(shè)備，例如振動篩的選擇有滾筒篩、梳齒篩、弛張篩、圓振篩等；破碎機的選擇有齒輥式破碎機、環(huán)錘式破碎機、顎式破碎機、反擊式破碎機等；風(fēng)選設(shè)備的選擇有振動風(fēng)選機、正壓風(fēng)選機、負(fù)壓風(fēng)選機等。（4）在設(shè)置破碎粒級時，一般將破碎比設(shè)在2~5范圍，以利于提高破碎機的破碎效率和壽命。（5）在選擇篩分粒級時，一般將篩分比例設(shè)置在30%~70%，有助于增加篩分機的篩分效率。（6）控制風(fēng)選機的進料粒級范圍，一般將粒徑比設(shè)在2~5范圍，有助于提高風(fēng)選機的除雜效率。（7）篩分和破碎環(huán)節(jié)配合得當(dāng)，以盡量減少不必要的環(huán)節(jié)。（8）由于建筑垃圾來料性質(zhì)不穩(wěn)定，故設(shè)備的處理能力要留足富余量，一般情況下，下一級設(shè)備處理能力的總和大于上一級約10%。3.2除土環(huán)節(jié)建筑物拆除裝運過程中有大量渣土混進建筑垃圾，渣土占建筑垃圾總量的30%~55%，故處置路線前端須設(shè)除土環(huán)節(jié)，以免影響處置路線的處置能力及效率。由于渣土中的雜質(zhì)難以去除，故在除土過程中不宜將細(xì)骨料混入渣土之中，以免降低產(chǎn)品的價值（圖5）。圖5建筑垃圾除土環(huán)節(jié)在建筑垃圾處置工藝前端，應(yīng)根據(jù)來料中含土量及粒級分布選用合適的篩分設(shè)備和篩分孔徑，采用不同的篩分破碎路徑從建筑垃圾中去除渣土，其中一級篩分為預(yù)除土環(huán)節(jié)，二級篩分為除土環(huán)節(jié)。3.3除雜環(huán)節(jié)建筑物拆除裝運過程中有少量木材、塑料、編織物、金屬等雜質(zhì)混入，占建筑垃圾總量約5%，鐵等黑色金屬可通過磁選去除，輕物質(zhì)等雜質(zhì)可通過人工分揀、風(fēng)選和水浮選去除。只研究干法分選，在合適的環(huán)節(jié)選用合適的風(fēng)選設(shè)備也是處置工藝的難點（圖6）。圖6建筑垃圾前端除雜環(huán)節(jié)現(xiàn)階段輕物質(zhì)除雜，前端主要靠人工分揀，后端則根據(jù)物料粒徑采用合適的風(fēng)選設(shè)備選出輕物質(zhì)。目前處置前端除雜環(huán)節(jié)是在細(xì)料篩分后均分成2條路徑或直接為1條路徑進行人工分揀。因物料粒徑分布比較廣，粒徑相對較小，人工分揀難度大，工作量大，人工分揀效率低。為此可將細(xì)料篩分后對相對粒徑較小的物料直接采用風(fēng)選，而大粒徑物料則進行人工分揀，以節(jié)省人工成本，提高分揀效率，并可增加細(xì)骨料回收量，降低二級破碎的處理壓力（圖7）。圖7建筑垃圾前端除雜環(huán)節(jié)優(yōu)化4、處置工藝對比建筑垃圾處置工藝在前期摸索過程中對雜質(zhì)的分選比較重視，臨時處置采用“人工+風(fēng)選”的除雜模式，而固定處置采用更系統(tǒng)的“風(fēng)選+人工+風(fēng)選”的梯度除雜模式，除雜效果更加理想，骨料含雜量基本能達到要求的0.3%以下，但2種處置模式對除土均缺乏清晰認(rèn)識，導(dǎo)致在實際運行中整個處置線受到制約。以后2種處置模式都對除土環(huán)節(jié)做了相應(yīng)改進優(yōu)化升級，從原有渣土中對可利用骨料進行進一步回收再利用，在降低渣土量的同時還可對回收骨料除雜，降低了含雜率，但受制于原工藝設(shè)備布置仍存在局限性。對比2種處置工藝結(jié)果表明：（1）2種處置模式技術(shù)增加了除土環(huán)節(jié)，但臨時處置工藝無預(yù)除土功能，制約了一級破碎的處理能力，破碎后的細(xì)骨料被摻入渣土中降低了利用價值；（2）臨時處置模式采用“人工分揀+風(fēng)選”的兩級