裝修垃圾預處理中試研究

郝粼波

（中國城市建設研究院有限公司，北京 100102）

1 引言

在國家“十四五”規劃和“雙碳”目標的歷史背景下，“碳減排”目標從本質意義上講是循環經濟理念的延伸以及成果的量化體現。社會生產過程的資源集約、節約、循環利用，將會為“雙碳”目標的實現作出實際貢獻，而建筑垃圾的高效資源化利用是其重要分支目標。

相較于傳統建筑拆除垃圾以及建筑工程渣土，作為建筑垃圾中更難于處置的裝修垃圾，其自身成分復雜，且難以人為前端分類［1］，這也是目前我國裝修垃圾整體資源化處理率較低的原因。我國城市發展在從高速向高質量轉變，裝修垃圾產生量與城市化發展程度呈正相關性，其處置需求也日漸迫切［2］。裝修垃圾預處理技術的研究及應用將是實現建筑垃圾整體再生資源化利用率穩步提高的關鍵環節。

源于處理對象的理化性狀相似，國內外建筑垃圾處理行業普遍起源于選礦領域。較之礦物類原料，建筑垃圾（尤其是裝修垃圾）的雜質成分更具多樣性［3］，加之其自身產生量極為龐大：約占城市固體廢物總量的30%～40%［4］，因此在普遍采用區域統籌及集中處理模式時［5］，我們往往要面對“大而雜”的處理對象。礦物破碎、分選類單機設備多為重型，一般沒有小試環節，而直接進入中試甚至試生產階段，因此在設計工藝生產路線時，對設計研究人員的工藝理論、工程經驗儲備都提出了極高的要求。在本次中試實驗中，設計人員針對除雜環節進行了細致的應用理論考證［6］，并結合類似項 目 的設計經驗［7］，制定了適用于我國城鎮裝修垃圾現狀的中試處理生產方案。

2 研究過程與方法

2.1 研究背景

隨著我國城市化進程的穩步推進，我國裝修垃圾產生量逐步增長，其簡易、無序地堆放也帶來了一系列社會影響及環境附加成本。經監測報告分析研究，非常規堆放的裝修垃圾，易導致Zn、Cr、As、Hg 等重金屬析出［8］，且其遷移、擴散能力會隨降水作用而提高，進而加大對生態環境的污染［9］。

2021 年中國循環經濟發展論壇的數據報告顯示，2020 年我國通過循環經濟戰略，共減少二氧化碳排放量約2.6×109t。要實現“雙碳”目標，從根本上要求再生資源循環利用效率穩步提高。而在建筑垃圾處理領域，發展相對滯后的裝修垃圾高效預處理技術，將有利于整體建筑垃圾資源化處理水平提升。

2.2 裝修垃圾成分調研

我國裝修垃圾處理正在從早期的簡易堆放、無處理填埋方式，逐步向以再生循環利用為導向的綠色發展模式轉變［10］。進入“十三五”后，我國對裝修垃圾的處理研究也步入工程化應用階段，同拆除垃圾資源化處理技術發展規律一致，掌握裝修垃圾基本成分特征，是制定、完善預處理工藝技術路線的先決條件。利用項目咨詢及工程設計機會，筆者所在單位過去數年陸續參與了北京、上海、蘇州、無錫、常州、鎮江、成都等城市的城鎮裝修垃圾成分調研工作，通過已收集的調研數據分析可得出初步結論：①裝修垃圾最主要的可資源化利用組分為混凝土、磚瓦等再生骨料類硬質組分，考慮到不可避免混入的砂漿塊、陶瓷、玻璃等組分，其再生骨料類占比約37%～56%；②裝修垃圾成分中的惰性物質（渣土、灰分類物質）含量很高，占比約18%～33%；③裝修垃圾中的竹木、塑料、織物、紙張等雜質類物料，多為高熱值輕質可燃物，其再生資源利用成本較高，一般采用外運焚燒方式處置，占比約13%～25%；④裝修垃圾中的金屬類（包含黑色金屬、有色金屬、貴金屬等）波動范圍雖然較大，約為0.1%～1.5%（成分含量呈現數量級級別變化），但總體占比較小，不足以影響對整體組分分析的定量判斷。

綜上所述，在自主調研的基礎上，參考業內其他調研工作成果，確定本研究開展裝修垃圾預處理工藝集成中試生產線的原料組分基準值，具體如圖1 所示。

圖1 裝修垃圾成分示意Figure 1 Composition schematic of decoration waste

2.3 裝修垃圾預處理中試生產線工藝技術路線研究

2.3.1 中試生產線技術路線

本次中試生產線技術路線示意如圖2 所示。

圖2 技術路線示意Figure 2 Technology route schematic

2.3.2 實驗場地介紹

中試實驗場地位于北京市昌平區小沙河村西，生產線及辦公管理區占地面積約1.33 hm2。中試場地基本條件如下：①中試實驗場地生活用水及生產降塵用水均為深井水；②廠區內配備400 kW 柴油發電機1 臺（生產線機組設備用），400 kV 變壓器1 臺（提供生活用電及生產線皮帶機用電）；③場地交通運輸條件良好，且遠離村鎮居民區500 m 以上。

2.3.3 實驗工藝設計基本條件

裝修垃圾處理生產線設計處理量為50 t/h；中試實驗時間為2021 年8 月7 日—9 月10 日；計劃總實驗運行時間累計不低于60 h，其中連續運行4 h 天數不小于7 d；計劃總處理量不小于3 000 t。

2.3.4 實驗取樣測試說明

測試對象：預處理后0～10 mm、10～30 mm 成品再生骨料。取樣點：多級振動篩出料皮帶處分級料堆。取樣方法：按照GB/T 14685—2011 建筑用卵石、碎石中規定的取樣方法執行。測試指標：雜物含量，包含金屬、塑料、植物等GB/T 25177—2010 混凝土用再生粗骨料中規定的內容。雜物含量取3 次實驗結果的最大值，精確至0.1%，單次最少試樣量不低于15.0 kg。

2.3.5 中試實驗工藝路線中試實驗工藝路線示意見圖3。

圖3 裝修垃圾預處理中試生產線工藝流程示意Figure 3 Process flow schematic of decoration waste pretreatment pilot production line

2.3.6 實驗工藝流程描述

原料裝修垃圾運至實驗基地后，首先于卸料緩沖區進行初步分類堆放。袋裝裝修垃圾首先進入齒輥破袋機（圖4），破袋后物料會同散裝原料垃圾進行初步人工預分揀，之后通過挖掘機上料至預篩分單元，預篩分環節將物料篩分為＞40 mm的篩上物料和≤40 mm 的篩下物。≤40 mm 的篩下物進入弛張篩，篩孔設計為10 mm，高效篩除10 mm 以下灰分渣土部分。10～40 mm 混合物料進入折板風選機，預篩分環節產生的＞40 mm 的篩上物料進入箱式風選機。兩路物料各自通過風選去除輕質雜物后，經磁選進一步回收鐵質金屬，此后匯合進入二級人工分揀房（此單元可在工程化應用中采用智能機械手升級替代），將可回收物及雜質進一步回收、分離。

圖4 破袋粗破機實景Figure 4 Real scene of bag breaking machine

分揀后混合物料進入多級圓振篩，≤10 mm 篩下物作為成品骨料外售；10～30 mm 混合物料通過折板風選機深度去除輕質雜物后，可作為成品骨料外售；＞30 mm 混合骨料通過箱式風選機去除輕質雜物，之后進入反擊式破碎機，經磁選回收鐵質金屬后回到二級人工分揀環節。

中試生產線終端產物去向如下：①分選骨料外售作為再生建材制備原料；②金屬類可以直接作為可回收資源外賣資源化利用；③高值塑料、木材作為可回收資源外賣資源化利用；④低利用價值的可燃物打包外運至垃圾焚燒發電廠；⑤混合灰分渣土作為回填土外運。

中試試驗過程及分選雜物實景見圖5～圖6。

圖5 中試實驗過程實景Figure 5 Real scene of pilot experiment process

圖6 分選雜物實景Figure 6 Real scene of sorting debris

3 結果與討論

3.1 實驗結果

本次裝修垃圾預處理中試實驗，穩定產能可維持在50 t/h 以上；總生產時間72.9 h，其中連續運行4 h 天數達到10 d，裝修垃圾總處理量達到3 914.21 t，現場實驗環節各主要指標均超過預定目標。通過數據記錄統計分析，本次實驗周期分選雜物平均比例為16.10%，其中人工分揀比例約占總雜物分揀量的30%；分選骨料（含粗、中、細全部骨料）平均占比為37.70%；分選灰分渣土質物料平均占比為46.20%。中試實驗過程物料分類統計及平衡示意見圖7。

圖7 中試實驗過程物料組分平衡示意Figure 7 Material composition balance schematic during pilot experiment process

裝修垃圾預處理生產線主產品為再生骨料，對0～10 mm、10～30 mm 產品進行再生骨料含雜率檢測，再生骨料雜質成分含量為0.4%，符合DB11/T 999—2021 城鎮道路建筑垃圾再生路面基層施工與質量驗收規范I 類要求。

3.2 直接運營成本分析

本生產線主要生產運營成本包括可變成本和固定成本。

可變成本中外購燃料及動力費用主要為設備用電及降塵用水費用，在中試生產期間共計消耗電能59 496 kWh，參考本地工業電價1.34 元/kWh，共耗電費79 724.64 元；中試期間生產降塵用水總量約280 m3，參考本地工業用水價格12.5 元/m3，共耗水費約3 500 元；外購燃料及動力費用中的燃油部分包含于上料設備租賃費用中，該部分費用實驗期間共計31 500 元；固定成本中的人工、維修等其他管理費用共計約56 000 元。

綜上所述，本次中試實驗直接生產運營成本為43.62 元/t。在生產線實現原料穩定性供應及規模化生產后，年生產經營成本還會有所下降。

3.3 問題分析與總結

1） 本次實驗周期分選雜物平均比例為16.10%，相較于裝修垃圾原料物料組分的基準值13.7%，基本吻合，略有提高。不排除風選頻率偏高造成部分骨料損失的情況，以及雨天后物料沾黏等特殊情況。

2）本次實驗分選雜物中，人工分揀比例達到總雜物分選量的29.56%，機械分揀比例占70.44%，生產線人工作業強度相對較大，需要在此單元進行機械化替代深入研究。智能機械分揀系統的引入，還將對難于進行傳統機械分揀（以占比、尺寸分選原理為主導）的加砌塊組分進行高效選別，進而提高再生骨料的品質。

3）本次實驗分選骨料（含粗、中、細全部骨料）平均占比為37.70%，通過雜質檢測顯示，再生骨料雜質成分含量為0.4%，符合DB11/T 999—2021 中的I 類要求，完全滿足高級別再生資源化利用需求。

4）本次實驗分選灰分渣土質物料平均占比為46.20%，相較于裝修垃圾原料物料組分的基準值33%，比例明顯提高，主要由于弛張篩孔徑在實際生產過程中，為了在潮濕環境下保障二級篩分穩定出料并解決卡堵問題，由原設計的10 mm 更換為20 mm，如在正式封閉廠房工作環境下，此方法可從根本上減少預篩分單元及二級篩分單元再生骨料的損失。

5）本次實驗研究人員重點觀測了降雨天氣前后的物料變化規律，9 月3 日明顯降雨前，灰分渣土平均占比為47.0%，再生骨料平均占比為36.9%；而降雨后的3 d 灰分渣土平均占比為44.4%，再生骨料平均占比為40.0%；9 月3 日降雨當天，灰分渣土占比為42.8%，為整個實驗周期記錄數據最低值，再生骨料占比則高達42.9%。

從上述數據可以看出，降水對灰分渣土和再生骨料的分選比例影響較大，會顯著降低灰土篩分效率，其物質轉移集中在分選再生骨料組分中，這必將影響該時間段再生骨料的含泥量比例，降低骨料品質。對于應對此種情況的解決方案：一方面可以通過建造正規封閉式車間廠房，減少降水天氣對原始物料的含水率影響；另一方面可以對二級篩分單元進行優化升級，通過更換篩網類型（如星盤篩、三角篩等螺桿類篩分設備）進而大幅提升二級篩分的灰土篩分效率。

4 結論

通過本次中試實驗過程，驗證了所提出的裝修垃圾預處理工藝路線在實際生產過程中基本滿足連續穩定生產要求，且實現了全套設備國產化供應，各項主要指標達到實驗預期目的，為進一步提高資源化率指標、探尋裝修垃圾高效預處理精進技術打下了良好的實踐基礎。