建筑垃圾资源化处置技术

建筑垃圾是指个人、建设单位或施工单位对各类建筑物、构筑物等进行铺设、建设或拆除过程中残留的弃土、弃料、渣土、淤泥及其他废弃物。进入21世纪以来我国城市化进程迅猛，随之而来的是每年产生的千万吨甚至上亿吨的建筑垃圾。建筑垃圾问题逐渐演化为一种社会性问题。目前北京已将建筑垃圾综合利用纳入循环经济发展规划，并研究出台了建筑垃圾资源化利用的鼓励性政策。1、建筑垃圾处置现状我国建筑产业正处于快速发展时期，但建筑垃圾资源化推进严重滞后，目前对建筑垃圾的研究工作尚处于起步阶段，整体认识不足，处理手段滞后，大多数城市建筑垃圾处置还处于简易填埋阶段。目前我国已建成投产和在建的建筑垃圾年处置能力在100万t以上的生产线仅70条左右，小规模处置企业几百家，总资源化利用量不足1亿t。相关企业以民营为主，已建成规模化的生产线实际产能发挥不到50%且大多处于非盈利状态。建筑垃圾总体资源化率不足10%，整个建筑垃圾的产业规模还有着巨大发展空间。为推进北京市建筑垃圾的资源化处置，2013年北京市提出了北京市固定式建筑垃圾资源化处理设施的整体规划，计划建设石景山区、大兴区、朝阳区、丰台区、海淀区、房山区等6个固定式建筑废弃物资源化处理项目，规划总处理能力800万t/年。2014年底，北京首钢资源综合利用科技开发有限公司建成投产了北京市第一个建筑垃圾资源化处理项目。截至2018年底，已累计处理建筑垃圾200余万t，实现工程化应用300余项，主要服务于石景山、门头沟和首钢拆迁产生的建筑垃圾。2017年7月，北京都市绿源环保科技有限公司建成投产了北京市第一个正式规划的建筑垃圾资源化项目，年处理能力100万t建筑垃圾，并具备每年60万m3再生混凝土和70万t再生无机混合料的生产能力，是目前北京市规模最大的固定式建筑垃圾资源化处置企业。北京建工资源循环利用有限公司主要运作原位建筑垃圾资源化处置项目，在北京、上海等地区落地多个项目，以临时项目为主。国内在建筑垃圾处置产业上起步较晚，目前适用于建筑垃圾处置的工艺及相配套设备水平较低。主要的问题在于对分选工艺的理解不到位，分选设备处置水平低。在建筑垃圾处理过程中，因其所含杂质种类繁杂，除杂过程往往是多种分选方法并用。2、建筑垃圾处置模式分析2.1现场移动设备处置模式现场移动设备处置模式主要针对拆除规模较小，建筑垃圾处置量小的现场或就近临时处置点，处置周期一般在1年左右，使用移动破碎站处理建筑垃圾。移动破碎站多采用履带式（图1），燃油自动力，现在国内也开始研发轮胎式移动破碎站，外接电源，与履带式移动破碎站相比更有价格优势。移动破碎站可做成重筛除土模块、粗破及除铁模块、手选模块、细破及除铁模块、成品筛分模块等多个模块，使用时可根据需要选择合适的模块进行组合。图1移动破碎站移动破碎站处理建筑垃圾处理能力60~200 t/h，一破碎破入料粒径400 mm，增加后端轻筛后产生0~5 mm,5~10 mm,10~30（50）mm3种物料。因移动处置设施无系统的除杂及除土功能，只配备了简易的除土筛和人工分选位，因此该处置模式主要针对的是含土量和含杂量比较低的物料（图2）。图2移动设备布置移动处置模式工艺处置路线如下。（1）重筛除土模块+粗破模块：经预分拣小于500 mm的建筑垃圾进入重筛装置和给料装置，其中重筛有简易的除土和筛分功能，物料除土后进入粗破破碎至150 mm，再经除铁后进入人工分选模块。（2）人工分选模块：经人工手选选出危废、可燃物类、填埋类、木头、金属类等杂物。（3）细破+筛分模块：物料进入细破破碎，破碎至31.5 mm的物料经除铁后进入成品筛分，其中0~10 mm,10~31.5 mm产品骨料进入产品仓，31.5 mm以上产品返回至细破破碎。该处置模式的优缺点如下。（1）一体化机组设备安装形式消除了分体组件的繁杂场地基础设施安装作业，降低了物料和工时消耗。（2）移动式破碎站能对物料进行第一线的现场破碎，免除了物料运离现场再破碎的中间环节，可大幅降低运输费用。（3）可快捷地进驻工地，不仅节省时间。更有利于进驻施工合理区域，为整体破碎流程提供更灵活的空间和合理的布局配置。（4）针对粗碎、细碎筛分系统，可单机组独立作业，也可灵活组成系统配置机组联合作业。（5）粉尘和噪声不易控制，会造成二次污染。（6）移动式破碎站无除杂环节，建筑垃圾处理效果不好，杂质无法除去，给后期应用造成很大困难。2.2就近临时设施处置模式就近临时设施处置模式主要针对拆除有一定规模且较集中，但建筑垃圾处置总量不很大的临时处置点，运营时间一般在3~5年，使用破碎→筛分→除杂系统处理建筑垃圾。该处置线处置能力一般在100~150 t/h，年处置能力约50万t/a。图3临时设施处置项目现场按建筑垃圾的成分、特点和性质进行分析，并考虑工艺的适应性和负荷能力，该模式的处置工艺为“两级破碎+三级筛分+人工分选、磁选+风选”的组合工艺，其处置路线如下。（1）一级破碎+一级筛分。经预分拣粒径小于600 mm的建筑垃圾通过一级破碎破碎至150 mm，破碎后的物料进入一级筛分。由一级筛分设备将18 mm以下的渣土分选出来输送至渣土仓，18 mm以上的物料经除铁后进入人工分拣环节。（2）人工分拣。物料经分叉溜槽分成2股物流进入人工分拣平台，拣出危险废品、可燃物类、填埋类、木头、金属类等杂物。（3）二级破碎+二级筛分。经人工分拣除杂的物料进入二级破碎，破碎至31.5 mm并经除铁后进入三级筛分，其中0~5 mm产品骨料进入产品仓，5~25 mm及25 mm以上的物料分别进入风选设备。（4）风选+三级筛分。5~25 mm及25 mm以上物料送至风选轻质物分离设备，分选出剩余的轻质物，5~10 mm、10~25 mm、25~31.5 mm产品骨料分别进入产品仓，31.5 mm以上物料返回至二级破碎。该处置模式的优缺点如下。（1）设备模块化集成可针对物料成分不同的建筑垃圾合理组建处置模式，降低物料、工时消耗，机组空间布局合理紧凑，可提高场地驻扎的灵活性，对场地要求不高。（2）降低物料运输费用，就近临时设施处置模式运输距离较短，能就近对物料进行现场破碎，免除物料运离现场再破碎的中间环节，大幅降低运输费用。（3）虽有除尘降尘设备，但露天作业仍会产生粉尘，噪声也存在一定程度的扰民现象。（4）少量产品质量不高。2.3集中固定设施处置模式集中固定设施处置模式（图4）主要针对拆除规模较大、但分布较分散、建筑垃圾处置总量大的固定处置点，该处置模式需对1个城市或1个区域的建筑垃圾进行消纳，运营时间一般在10年以上，使用破碎→筛分→除杂系统处理建筑垃圾。该处置路线处置能力为200~300 t/h，年处置能力可达到100万t。图4固定设施处置项目现场经分析建筑垃圾的成分、特点、性质进行，并充分考虑工艺的适应性和负荷能力，该处置模式采用“二级破碎+四级筛分+人工分选、磁选+正负压两级风选”的组合工艺，其处置路线如下。（1）一级筛分+一级破碎+二级筛分：经预分拣粒径小于600 mm的建筑垃圾通过一级筛分进行均匀给料和预筛分，筛分后大粒径物料进入一级破碎破碎至120 mm，破碎后的物料与预筛分出来的细物料经除铁后送至二级筛分，二级筛分设备将15 mm以下的渣土分选出来送至渣土仓，15 mm以上的物料则进入风选轻质物分离设备。（2）正压风选+人工分拣：物料经风选轻质物分离设备，分选出大部分轻质物，再进入人工分拣平台拣出少量杂物。（3）二级破碎+三级筛分：经除杂的物料进入二级破碎设备破碎至31.5 mm再经除铁进入三级筛分，0~5 mm产品骨料经加湿后进入产品仓，5~31.5 mm物料进入风选轻物质分离设备，31.5 mm以上物料返回至二级破碎。（4）负压轻质物分离+四级筛分：5~31.5 mm物料送至风选轻质物分离设备，分选出剩余的轻质物，0~5 mm产品骨料经过加湿后进入产品仓，5~31.5 mm物料进入四级筛分，5~10 mm及10~31.5 mm产品骨料分别进入产品仓。该处置模式的优缺点如下。（1）集中固定设施处置模式具备完善的除杂环节，工艺复杂，可在很大程度上去除杂质，实现建筑垃圾资源化，产品质量高，处置彻底，有利于后期应用。（2）集中固定设施处置模式具备厂房结构，且粉尘和噪声约能控制在标准范围内。（3）运输距离较远，一定的物料运输费用。（4）厂房、占地、设备等会增加投资。3、建筑垃圾处置工艺设计核心除土和除杂环节是处置过程中的重中之重。3.1工艺设计原则（1）在设计处置工艺前需充分调研当地市场的产品去向，使产品有更好的销路。对建筑垃圾产品端的要求主要有粒级、粒形、含杂量、含粉量等指标。（2）设计处置工艺前应了解拟处置的建筑垃圾成分，建筑垃圾来料端主要有物料类型及物质量分布、杂质种类、杂质含量、含土量等参数指标。（3）针对不同物料在不同环节下选择合适的设备，例如振动筛的选择有滚筒筛、梳齿筛、弛张筛、圆振筛等；破碎机的选择有齿辊式破碎机、环锤式破碎机、颚式破碎机、反击式破碎机等；风选设备的选择有振动风选机、正压风选机、负压风选机等。（4）在设置破碎粒级时，一般将破碎比设在2~5范围，以利于提高破碎机的破碎效率和寿命。（5）在选择筛分粒级时，一般将筛分比例设置在30%~70%，有助于增加筛分机的筛分效率。（6）控制风选机的进料粒级范围，一般将粒径比设在2~5范围，有助于提高风选机的除杂效率。（7）筛分和破碎环节配合得当，以尽量减少不必要的环节。（8）由于建筑垃圾来料性质不稳定，故设备的处理能力要留足富余量，一般情况下，下一级设备处理能力的总和大于上一级约10%。3.2除土环节建筑物拆除装运过程中有大量渣土混进建筑垃圾，渣土占建筑垃圾总量的30%~55%，故处置路线前端须设除土环节，以免影响处置路线的处置能力及效率。由于渣土中的杂质难以去除，故在除土过程中不宜将细骨料混入渣土之中，以免降低产品的价值（图5）。图5建筑垃圾除土环节在建筑垃圾处置工艺前端，应根据来料中含土量及粒级分布选用合适的筛分设备和筛分孔径，采用不同的筛分破碎路径从建筑垃圾中去除渣土，其中一级筛分为预除土环节，二级筛分为除土环节。3.3除杂环节建筑物拆除装运过程中有少量木材、塑料、编织物、金属等杂质混入，占建筑垃圾总量约5%，铁等黑色金属可通过磁选去除，轻物质等杂质可通过人工分拣、风选和水浮选去除。只研究干法分选，在合适的环节选用合适的风选设备也是处置工艺的难点（图6）。图6建筑垃圾前端除杂环节现阶段轻物质除杂，前端主要靠人工分拣，后端则根据物料粒径采用合适的风选设备选出轻物质。目前处置前端除杂环节是在细料筛分后均分成2条路径或直接为1条路径进行人工分拣。因物料粒径分布比较广，粒径相对较小，人工分拣难度大，工作量大，人工分拣效率低。为此可将细料筛分后对相对粒径较小的物料直接采用风选，而大粒径物料则进行人工分拣，以节省人工成本，提高分拣效率，并可增加细骨料回收量，降低二级破碎的处理压力（图7）。图7建筑垃圾前端除杂环节优化4、处置工艺对比建筑垃圾处置工艺在前期摸索过程中对杂质的分选比较重视，临时处置采用“人工+风选”的除杂模式，而固定处置采用更系统的“风选+人工+风选”的梯度除杂模式，除杂效果更加理想，骨料含杂量基本能达到要求的0.3%以下，但2种处置模式对除土均缺乏清晰认识，导致在实际运行中整个处置线受到制约。以后2种处置模式都对除土环节做了相应改进优化升级，从原有渣土中对可利用骨料进行进一步回收再利用，在降低渣土量的同时还可对回收骨料除杂，降低了含杂率，但受制于原工艺设备布置仍存在局限性。对比2种处置工艺结果表明：（1）2种处置模式技术增加了除土环节，但临时处置工艺无预除土功能，制约了一级破碎的处理能力，破碎后的细骨料被掺入渣土中降低了利用价值；（2）临时处置模式采用“人工分拣+风选”的两级