建筑垃圾制再生磚的經濟性分析＊

朱美琳，王志強，劉文林，李 季，白 力，龍吉生

（1.上海康恒環境股份有限公司，上海 201703；2.上海生活垃圾焚燒處理技術及裝備工程研究中心，上海 201703）

0 引言

隨著建筑業高速增長，建筑垃圾產生量逐年增多，2020 年我國建筑垃圾年產生量突破3.0×109t［1］，其處理市場規模超過1 000 億元，到2030 年其產值或將超過3 300 億元［2］。截至2018 年我國各省市共有建筑垃圾處理廠867 座，其中填埋場717座、堆放場83 座、資源化處理廠67 座［3］。填埋是我國建筑垃圾的主要處理方式，資源化處理率僅占7.72%，遠低于歐美國家的90%［4-6］。填埋浪費耕地，且有害物質會對環境造成二次污染［7-8］。2000 年以后我國開始推行建筑垃圾減量化及資源化處理，現有研究主要聚焦于資源化的技術領域、行業政策及管理，對于企業經營所需的經濟性指標研究較少。對于建筑垃圾拆建再利用的經濟效益，Islam 等［9］以孟加拉達卡為例評估其混凝土和磚全部回收的產值為4 496 萬美元，極大地激發了回收者的興趣。Jin 等［10］通過問卷調查收集我國建筑廢物領域從業人員的看法，認為政府監管是目前影響建筑垃圾回收再利用的關鍵因素，但經濟可行性最終主導其發展。林敏［11］通過構建經濟效益模型得出以收費、罰款和補貼等經濟激勵政策來實現政府的監督引導，但仿真模擬還缺乏技術指標的研究。市場情況及上述研究表明建筑垃圾資源化處置迫在眉睫，但針對相關企業生存發展的經濟性研究有限。

磚是建筑行業的基材，按材質分主要包括黏土磚、煤矸石磚、粉煤灰磚等。黏土磚原料易得、成本低廉，長期占據我國制磚市場，但燒結黏土磚會破壞大量耕地。根據《國務院辦公廳關于進一步推進墻體材料革新和推廣節能建筑的通知》（國辦發〔2005〕33 號）的規定，到2010 年底，我國境內所有城市禁止使用實心黏土磚。因此本研究將不對黏土磚做進一步討論。煤矸石制磚早在1965 年前后已有成功案例［12］，其燒結制磚可顯著緩解對環境的污染，是2000 年后國家大力倡導的方向。同煤矸石類似，粉煤灰也是制磚的重要原材料，其主要成分是燃煤電廠鍋爐燃燒時煙氣中的粉狀殘留物［13］，其制磚工藝簡單、摻灰量大。為改善建筑垃圾圍城的現狀，近年來國家大力倡導將建筑垃圾破碎、分選，作為原材料重新制備再生骨料、再生磚等，已出臺如《中華人民共和國循環經濟法》《新型墻體推廣應用方案》［14］等政策，推廣利用再生產品。

本研究對目前常見的3 種制磚原料進行工藝對比，分析煤矸石、粉煤灰和建筑垃圾制磚的經濟效益，采用成本效益比較分析法探究三者的經濟可行性，針對發現的問題給出合理化建議。

1 研究方法

1.1 試驗方法

本試驗以項目為界，選取其主要成本及收益進行定量分析，評價再生磚的經濟可行性。

采用成本效益比較分析法探討建筑垃圾生產再生磚的經濟可行性，前期文獻及市場調研可得主要影響因素有以下兩點：①確定3 種原料制磚在比較中須滿足的可比條件，主要為生產規模、運輸距離等，并提出相關假設；②明確分析主要成本和收入構成，包括原料、投資、運營成本、產品銷售收益及政府補貼情況。

1.2 案例選擇

從國家統計局獲取我國GDP 排名前20 中17個城市2020 年的國內生產總值和近20 年的房地產開發企業施工房屋面積和竣工房屋面積，如圖1所示。

圖1 中國GDP 排名前20 城市中17 個城市的GDP 和建筑面積Figure 1 GDP and construction area of 17 cities from top 20 cities in China by GDP

17 個城市中長三角地區占比29.14%，是我國經濟發展最為活躍的地區之一，房屋建筑面積占總面積的26.78%。上海建筑垃圾資源化處理走在全國前列，劉光富等［15］分析上海市建筑垃圾利用現狀，提出目前建筑垃圾處理依然存在資源化利用方式單一、產品市場接納度不高、缺乏關鍵技術等問題。許振曉等［16］簡述杭州市已有多家建筑垃圾處理廠在運營，但由于處理量遠未達到設計值仍需吸納更多垃圾進廠。

南京市是長三角地區經濟發展的重要一環，已于2020 年6 月底成立全省首個建筑垃圾資源化利用協會，在建筑垃圾資源化處置領域走在全國前列。目前僅有王玉國等［17］以江北新區為例預測建筑垃圾產生量，本研究則以南京市為例，利用建筑面積估算法［18-19］計算南京市建筑垃圾產生量，此處僅以拆除、裝修和施工垃圾計算建筑垃圾年產生量（建筑垃圾產生量=房屋施工面積×10%×1.3+房屋竣工面積×10%×0.1+施工面積×0.55）。統計數據來源于南京市統計局建筑業企業生產情況中房屋施工面積和房屋竣工面積，區別于上述房地產開發企業數據。南京市2004—2020 年建筑垃圾產生量計算結果如表1 所示。

據南京市統計局已有數據，2004—2020 年全市建筑垃圾總量增長率均值為13.35%，南京市城鄉建設委員會發布數據顯示，截至2021 年底，南京市共建成21 家建筑垃圾資源化利用企業，累計可收納處置建筑垃圾約2.8×106t，其中拆除垃圾約2.6×106t，裝修垃圾約2.0×105t。21 家企業中主要再生品為再生磚的企業處理規模分別為3.0×105t 和1.0×106t。建筑垃圾制備再生磚需細骨料，產能有限，因此本研究假設，在南京市擬建1 家建筑垃圾回收處理廠，處理能力為3.0×105t，且選定的煤矸石燒結磚廠和粉煤灰磚廠處理能力也為3.0×105t。

1.3 成本計算方法

煤矸石燒結磚的生產工藝主要參考楊增玲［20］的研究，煤矸石經破碎-制備-攪拌-成型-干燥-碼垛-打包等工藝，制成墻體材料，主要生產設備有粗錘式破碎機、細錘式破碎機、高頻振網篩、雙軸攪拌機、雙軸攪拌擠出機、雙級真空擠磚機、切胚機等。燒結矸石磚原料方案［21］：活化煤矸石66%、礦渣8%、水泥10%、外加劑2%、沙子14%。該方案制成免燒磚的強度、吸水性指標均滿足JC/T 422—2007 非燒結垃圾尾礦磚的MU15 標準要求。

粉煤灰磚以粉煤灰、石灰為原料，摻加適量石膏和骨料，經坯料制備，壓制成型，并經常壓或高壓蒸汽養護［22］，主要生產設備有破碎機、振動分料篩、攪拌機、盤轉式壓磚機。粉煤灰制磚基本配合比［23］為：粉煤灰70%～80%、生石灰5%～10%、石膏1%～3%、破碎磚2%～4%，水灰比為0.60。銘澤機械提供原料配比與上述研究相近，配比為：粉煤灰70%、石灰10%、石膏2%、煤渣18%。消耗電0.039 kWh/標塊，蒸汽0.250 kg/標塊。

再生磚由拆除垃圾及裝修垃圾破碎后輔以水泥等輔料拌合成型［24］，主要生產設備有顎式破碎機、密封式制樣粉碎機、混凝土攪拌機等。原料配比［25］為水泥∶水∶沙子∶再生骨料=1∶0.3∶1∶5。南京市某再生磚企業與上述研究相近，原料配比為水泥15%、水5%、沙子10%、再生骨料70%。建筑垃圾破碎后產生一定量可燃雜物，該部分送至焚燒廠，分選出的渣土由相應廠商免費運走，該部分不計入成本。

除原材料外，制磚成本還包括磚機設備的運維。我國磚機生產設備廠家眾多，根據設備規模、自動化程度等選取數十家調研其設備成本，包括泉工、中材建科、群峰、恒興、貝賽爾、國發、三聯、鴻昌、銘澤、念朋等，部分廠家的設備和運營成本如表2 所示。

表2 磚機設備廠家部分設備及運營成本Table 2 Some equipment and operating costs of brick machine equipment manufactures

上述調研數據僅為制磚系統的設備成本及人工情況，不含前端的破碎、分選等系統。由于系統自動化程度及機械損耗不同，由此引起的電耗、維護及人工成本有明顯差異，僅考慮上述設備的通用部分計算其運營成本，可得年運營成本基本為160～200 萬元。

2 效益比較分析

2.1 成本分析

制磚廠的成本主要包括設備、原料和運營成本3 部分，3 種制磚方式對原料的消納能力不同，但水電消耗相差無異，主要差別為原料配比方面，以文獻及磚機設備廠家調研結果做初步估算，所得成本分別為3 091.5 萬元、2 987.6 萬元和700.1萬元。此外，3 種制磚材料所需設備不同，設備投資、折舊及維護費用差別較大，各項目具體成本費用見表3。

表3 3 種制磚方式下企業成本費用情況Table 3 Enterprise cost under three brick-making methods

2.2 收益分析

根據文獻調研及企業相關統計資料可知，3 種制磚企業年收入情況見表4，其中煤矸石和粉煤灰考慮制磚收益，建筑垃圾制備再生磚多為政府合作的特許經營項目，考慮政府補貼情況，政府補貼占其收益的26.32%。

表4 3 種制磚方式下企業收入情況Table 4 Income of three brick-making methods

2.3 結果分析

根據煤矸石、粉煤灰和建筑垃圾制備再生磚的成本及收益分析可得，煤矸石制磚的年總收益為5 400 萬元，粉煤灰為4 500 萬元，建筑垃圾為3 420 萬元，其直接經濟效益（收益與運營成本的比值）分別為1.13、1.18、1.49，均大于1，收益和成本差值分別為600.14 萬元、683.16 萬元和1 119.93 萬元。上述計算表明將建筑垃圾破碎分選制備再生磚及骨料利潤可觀，企業同政府協同處置建筑垃圾具有良好的經濟效益。

本研究是基于假設條件成立下的初始分析，實際生產中不可避免地需要考慮原料來源、再生品市場、政策要求、生態環境等實際因素。因此，對上述幾點進一步分析如下。

2.3.1 原料來源及用途

煤矸石是煤炭開采和清洗后廢棄的常見尾礦，目前存量充足，粉煤灰同樣是火電行業產量巨大的副產物，上述二者可發電或隨能源結構調整，產量逐步減少。但建筑垃圾會隨建筑業發展逐年增多，由于建筑垃圾受成分制約，回收利用常見于制備再生骨料、路基填料、磚等。建筑垃圾回收利用受建設、安裝、拆除等活動影響，因此建廠均需詳細調查當地建筑活動、規劃建廠規模、選擇處理方式等，減少資源浪費。綜合來看，盡管煤矸石及粉煤灰制磚處于主流市場，但建筑垃圾圍城的問題依然制約城市發展，逐年增多的建筑垃圾應從城市規劃、政策引導等方面尋求解決方法。

2.3.2 制磚市場

再生磚與煤矸石磚和粉煤灰磚相比發展時間較短，還未能得到市場的廣泛認可。對于再生品機械、濕度和熱性能等性能指標數據庫的建立可被視為一種有效促進再生品市場發展的方法［26］。目前已出臺CJ/T 400—2012 再生骨料地面磚和透水磚等相關標準，規范再生磚的生產規格。Wu等［27］依托南京晶筑建筑垃圾交易平臺，探討了建立中國建筑廢物管理和資源回收交易平臺的可行性，平臺可提供位置、日期、類別、價格等信息，解決建筑再生品信息交換不足、效率低下等問題。調研也表明磚機企業已在港珠澳大橋、徐州園博園等項目建設中使用建筑垃圾再生磚。因此政府的積極引導及合理監管將持續為再生磚市場開拓起到示范作用。

2.3.3 技術研究

近5 年來，通過黏結劑的添加提高建筑垃圾再生品質量的研究逐年增多。Liu 等［25］以中國東部某城市為例研究再生磚的原料配比發現，水泥等黏結劑占比越高，磚的強度越高。以建筑廢渣為原材料，摻入微量Al2O3、Fe2O3和TiO2，利用微波燒結技術也可產出滿足規范要求的砌體磚［28］。技術革新也將為建筑垃圾資源化利用提供不竭動力。

2.3.4 政策要求

從1992 年至今，我國相繼頒布多項建筑垃圾相關政策法規，從建筑垃圾的產生、運輸、處置、產品4 個階段對建筑垃圾的處置利用進行規范，政策主要體現在產生者負責及規范再生品。但目前出臺的政策基本為規劃通知型，法律及行政法規類僅占文件總數的6.6%［29］，政策效力低下，難以從根本上改善目前垃圾資源化處置的現狀。我國建筑垃圾的資源化水平僅停留在初級階段，未能有明顯改善。

3 結論

以南京市建筑垃圾制再生磚為例，研究其生產過程中的影響因素和經濟可行性。年處理3.0×105t 的建筑垃圾制再生磚廠每年的運營成本和收益分別為2 300.1 萬元和3 420 萬元，包括政府補貼情況下收益可觀。經濟和人口發展使得土地資源需求加劇，盡管再生磚社會認可度低，但相較整個社會其再生利用是大勢所趨，因此針對政府部門提出以下幾點建議：①加強監管，在建設初期增加建筑垃圾處理的方案及投資準備，鼓勵新建工程使用再生材料并給予補貼，實行源頭減量化；②加強政策引導，以特許經營等方式參與其處理；③倡導科研機構提升再生品品質，提升市場競爭力。