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我国工业废弃物及建筑垃圾资源化的现状

更新时间:2019-05-26 17:18:42点击次数:471次字号:T|T

      固体废物一般分为工业固废、矿山固废、危险工业固废、医疗废物、居民生活固废、农业固废和污水处理厂固废等,大量固体废弃物堆积不仅污染空气、水和土壤,也是对地球有限资源的巨大浪费。在固废综合利用的范围里,混凝土行业关注的是我国工业废弃物及建筑垃圾资源化的现状。工业固废及建筑垃圾资源化主要是指以尾矿(共伴生矿)、煤矸石、粉煤灰、冶金渣(赤泥)、化工渣(工业副产石膏)、工业废弃料(建筑垃圾)等大宗固体废弃物为重点的综合利用。

      据有关部门的统计数据显示,我国大宗工业固体废物产生量大,利用任务十分艰巨。统计数据显示,“十二五”期间我国平均每年产生固废量约36亿吨,堆存量净增100亿吨,截至2019年总堆存量已达600亿吨。如此大量的大宗工业固体废物,给综合利用带来了巨大压力,2018年我国大宗工业固体废物综合利用率仅53.58%,虽然较2017年出现增长,但仍存在巨大压力。大宗工业固体废物不具有危险废物的危险性,但其量大,贮存、处置占地多,已对生态环境和社会可持续发展造成了严重的影响。大宗固体废弃物的产生主要是在金属采选、煤炭选洗、金属冶炼、煤炭发电、脱硫收尘等过程中产生的。由于我国煤炭企业主要集中在“晋蒙陕甘宁”地区,钢铁企业主要集中在华北地区,化工企业主要集中于长江流域和沿海地区,火电企业主要分布在煤炭资源丰富地区和沿海地区,矿山企业主要以“晋冀鲁豫皖”黑色金属矿山大量集中、“滇黔桂”有色矿产高度聚集等特点,所以大宗工业固体废物分布不均衡、区域差异大。我国大宗工业固体废物还有成分复杂、波动大,利用难度大、利用成本高等特点。

      从存量来看,我国过去50年间至少生产了300亿立方米的黏土砖,在未来50年大都会转化成建筑垃圾;我国现有500亿平方米建筑,未来100年内也大都将转化为建筑垃圾。据测算,每10000平方米建筑施工面积平均产生550吨建筑垃圾,建筑施工面积对城市建筑垃圾产量的贡献率为48%,根据以上推算,保守估计我国2017年以来每年产生建筑垃圾平均都在15亿吨以上。专家预计,结合住建部公布的最新规划,2020年,我国还将新建住宅300亿平方米,建筑垃圾产生量将达到峰值,预计会突破30亿吨。如遇严重地震灾害,则产生量更多。有关部门此前的调查结果显示,我国在城市建设施工过程中所产生的建筑垃圾数量已占城市垃圾总量的30%~40%,成为第一大城市垃圾源。

      除了施工垃圾、拆除垃圾,装修垃圾也已成为建筑垃圾处理的新趋势,特别是在一些城市化已相对成型的区域。与施工垃圾、拆除垃圾不同,装修垃圾往往有产量小、成份复杂的特点。因此,如何有效收集装修垃圾,确保其无害化,也是建筑垃圾处理的重点。

      目前,我国建筑废弃物资源化率不足5%,而欧盟国家每年资源化率超过90%,韩国、日本建筑废弃物资源化率甚至高达95%以上。有机构研究结果显示,每资源化利用1亿吨建筑垃圾,可节省堆放占地万余亩,减少取土或代替天然砂石千万立方米,节省标准煤500万吨;可减少污染,改善城市环境,降低可吸入颗粒物和细颗粒物指标;可新增就业岗位,带动装备制造业和服务业发展,创造巨大经济效益。

      目前我国固体废弃物的处理技术主要有以下几种。一是压实技术。压实是一种通过对废物实行减容化、降低运输成本、延长填埋寿命的预处理技术。压实是一种普遍采用的固体废弃物的预处理方法,适于压实可以减小体积的固体废弃物。二是破碎技术。为了使进入焚烧炉、填埋场、堆肥系统等废弃物的外形减小,必须预先对固体废弃物进行破碎处理,经过破碎处理的废物,由于消除了大的空隙,不仅尺寸大小均匀,而且质地也均匀,易于在填埋过程中压实。固体废弃物的破碎方法很多,主要有冲击破碎、剪切破碎、挤压破碎、摩擦破碎、低温破碎和混式破碎等。目前应用最多也是最有效的破碎机是剪切式破碎机。三是分选技术即垃圾分类。固体废物分选是实现固体废物资源化、减量化的重要手段,通过分选将有用的充分选出来加以利用,将有害的充分分离出来;另一种是将不同粒度级别的废弃物加以分离,分选的基本原理是利用物料的某些性能差异,将其分离开。如利用废弃物中的磁性和非磁性差别进行分离;利用粒径尺寸差别进行分离;利用比重差别进行分离等。根据不同性质,可设计制造各种机械对固体废弃物进行分选,分选包括手工捡选、筛选、重力分选、磁力分选、涡电流分选和光学分选等。四是固化处理技术。固化技术是通过向废弃物中添加固化基材,使有害固体废物固定或包容在惰性固化基材中的一种无害化处理过程,经过处理的固化产物应具有良好的抗渗透性、良好的机械性以及抗浸出性、抗干湿、抗冻融特性。固化处理根据固化基材及固化过程的不同可分为水泥固化、石灰固化、塑性材料固化、有机聚合物固化、自胶结固化、玻璃固化及化学稳定化等。五是生物处理技术。六是填埋技术。七是焚烧技术。

      混凝土是我国工业固废资源化的扛鼎产业

      工业固废是工业化建设的伴生产物。改革开放40年来,我国经济快速发展,煤炭、电力、冶金、化工等行业迅猛发展,产业水平不断提高、规模不断扩大、能力不断增强。随之而来的环境和资源压力也在不断加大,其中,大宗固体废弃物排放已影响和制约着产业经济的高质量发展。因此,不断提高大宗固体废弃物综合利用水平、提高资源利用效率,对缓解资源瓶颈压力、培育新的经济增长点具有重要意义。

      我国是固废与建筑垃圾大国,在多年消解固体废弃物的历史进程中,混凝土一直都是扛鼎产业之一。我国固体废物的无害化处置和资源化应用研究工作从新中国成立以来就开始了。很多行业产业,特别是建材产业一直是主要的循环利用节点产业。虽然各个产生工业固废的工业都在积极开展固废资源化综合利用,但是从各种信息可以看到,固废最终不约而同地都走向了建材工业,特别是水泥与混凝土及墙体材料工业。在固体废物资源化利用方面,我国混凝土行业积累的经验和教训恐怕是其他国家同行业难以企及的。

      40年来,混凝土一直无声地“吃”粉“吞”渣,从掺和料和机制砂骨料等多个维度将粉煤灰、矿渣、钢渣、建筑垃圾等工业或建筑废弃物凝聚成合格的建筑部品或产品。我国预拌混凝土产业在消纳固体废弃物方面发挥了很好的作用。据统计数据,2019年仅预拌混凝土生产就综合利用各类固体废弃物约4亿吨,为生态环境保护做出了责无旁贷的重要贡献。

     工业固废无论是无害化处置还是资源化利用,都离不开高温分解、化合、固溶、常温反应固化等化学过程,在这些化学过程中固体废物作为材料组分得到资源化利用。例如在水泥熟料生产过程中的协同处置和资源化利用,在水泥混凝土制品中固体废物的活性激发与胶凝固化等。因此,无害化处置和资源化利用是水泥混凝土行业已经承担的社会责任和产业使命,由此,树立与彰显环保功能产业和企业的形象也是混凝土行业应该实现的重要目标。

      对于水泥混凝土产业而言,首先,水泥是重要原材料之一,而利用尾矿砂和废石制备粗细骨料更是大宗利用固废的最有效途径。现在中国的水泥产量保持在22亿吨左右,那么下游的混凝土及其制品按比例要用多少砂石骨料?按水泥质量的6倍算,大约为132亿吨。虽然大多数情况下固废只能是部分替代天然砂石,但是数量仍然巨大。        此外,经过长期的科研开发和工程应用实践,根据各种固废的不同特性制备的粉体材料,可在混凝土中作为性能调节型材料(改善胶凝性、提高密实性、改善工作性、提高耐久性等),一些工业固体废物已经成为实现混凝土某些性能不可或缺的功能和结构组分。这是混凝土科技工作者应引以为豪的为环境保护和资源化利用固废所做出的贡献。

      其次,在推动大宗固体废弃物由“低效、低值、分散利用”向“高效、高值、规模利用”转变的过程中,深入研究开发材料加工技术是提升固废利用价值的必由之路。虽然开始时成本会高,但许多工业和尾矿固体废弃物由于可利用的甚至独特的化学组成和物化性状,通过更多的技术手段和能量投入可以实现高价值利用。例如某些超细化的矿物粉体材料,其功能不仅可以替代部分水泥熟料,还可以设计生产出许多高性能的水泥基材料和混凝土制品。当然,这种价值的实现还需要法规与政策的到位,让企业能抵消部分居高的成本,才能促进研究开发,提升利废产品的技术含量和附加值。我们可以期待,一些固废材料实现高技术加工、高性能化、高值化是大趋势,是大概率事件。我们会看到,互联网信息化时代,混凝土定制化规模化的市场需求,将会催生固废制造功能性粉体材料产业,混凝土与水泥基材料制品产业将会担当更多的利废责任,混凝土行业消纳工业固废与建筑垃圾迈向高质量与高端化将指日可待。

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