石材废弃物的处置利用现状及对策探究

段珍华，黄冬丽，肖建庄，王文飞

(1.同济大学建筑工程系，上海 200092；2.蓝泰环保科技有限公司，临沂 276000)

0 引 言

一直以来，石材作为一种天然高档型的建筑装饰材料，被广泛应用于室内外装饰设计、幕墙装饰以及办公设施建设等[1]，形成了一条稳定的产业链，极大地拉动了一个国家或地区的经济增长。据统计[2]，从2001年至2017年，世界石材年进出口总额增长了近3倍，约150亿美元，特别是中国，其石材储量、生产加工能力、出口总量和总额早在2000年起均居世界前列[3]。然而，石材资源在给人们带来巨大经济和社会效益的同时，在开采、加工过程中产生了大量的废水、粉尘、噪声、废渣等污染物严重影响了人类健康、生存环境，对土地资源也造成了极大的浪费。据研究报道，近年来由石材行业造成的“牛奶溪”[4]、“尘肺病”[5-6]、“职业噪声耳聋”[7]以及“石漠化”[4]等现象或问题越来越多。

近年来，虽然在绿色可持续发展的驱动下，国家和地方相继出台了一系列政策，部分地区也开始着手准备解决石材行业环境污染问题，但是目前国内对石材加工过程中产生的废弃物，即呈固态的“边角料”和呈半液体的“废泥浆”的回收、处置与利用却鲜有研究。本文通过实地调查山东平邑多家石材加工厂以及当地资源化利用企业，对石材废弃物的产生过程、危害、处置工艺以及资源化回收利用现状进行分析，以期找出问题根源，为其妥善处理与资源化利用提供解决方案，为相关政府部门、石材加工厂、资源化利用企业以及科研学者等提供参考意见或建议。

1 石材废弃物的产生过程及对环境的危害

1.1 石材废弃物的产生过程

天然石材种类繁多，一般可依据其地质和矿物学组成进行分类。目前我国主要分为天然板石、花岗岩、大理石、砂岩以及石灰石五大类别[8]。石材废弃物则是在开采、提取、切割、抛光、打磨以及精加工等一系列生产过程中产生的石材加工废料，一般被分为固体(边角料)和半液体(废泥浆)两种类型[9]，其中边角料是石块和石板在破裂过程中产生的碎片，而泥浆是由石材在加工过程中产生的石材细颗粒与起冷却、抑尘、润滑或清洁作用的工业用水组成的混合物。

图1 石材废弃物的产生过程[10]Fig.1 Formation process of stone waste[10]

图1展示了石材废弃物的产生过程[10]，即从石材的开采、提取到形成产品流入市场，这整个生命周期过程中会产生大量的石材废弃物。据研究表明，石材废弃物总量因石材的地质、结构和石材的自然属性，设备类型(尤其是锯类型)、切割方法以及工厂产出产品等参数的不同有所差异[11]，约占石材块重量的30%～50%[11]，其中废泥浆约占10%～30%[12-13]。面对如此巨大的石材废弃物产生量，急需对当前的处置现状、环境影响状况以及资源化利用情况进行研究。

1.2 石材废弃物对环境的危害

首先，对于固体边角料来说，露天堆放或随意倾倒填埋的现有处置方式，不仅是对自然资源的浪费，而且占用大量土地，破坏土壤、植被，还产生一定的安全隐患。据研究表明，随着地表石材废渣的堆积，会渐渐改变地表覆盖的类型，相应地表化学元素组成也发生改变，从而会进一步影响地表地球化学过程或化学行为，出现地表的“石漠化”现象[4]。

其次，对于半液态的石材废泥浆来说：一是随意乱倒在土地上，将会侵占、污染土地，尤其是对耕地，会导致其污染硬化，不利于庄稼的生长；二是任意倾倒在河流小溪中，会显著污染地下水，危及水生生物，进而造成人类皮肤、眼睛和肾脏疾病的多样性；三是露天堆放，废泥浆将会随其内部水分的蒸发逐渐粉末化，随风飘扬，严重污染空气质量，易造成附近居民患呼吸系统疾病；四是各种乱倒乱排，严重影响城市的容貌，尤其对城市的长远发展极其不利等。

总之，大量石材废弃物的随意堆放或不合理处置不仅是对资源的一种浪费，并且还会对环境造成极大的负面影响。

2 山东平邑石材废弃物的排放与处置工艺

2.1 山东平邑石材废弃物的排放现状

平邑县位于山东省东南部，临沂市西陲，沂蒙山区腹地，是中国三大石材基地之一和江北最大的经营进口石材基地，素有“中国石材之乡”之称。平邑县拥有各类石材企业1 000余家，加工企业714家，石材产业从业人员多达10万人，年加工销售各类板材5 000多万平方米。目前，石材产业是当地的支柱产业之一，为当地政府创造大量的税收和就业机会，但是石材在开采加工过程中产生的环境污染问题也日益突出。

通过实地调查走访，了解到当地石材加工厂主要分为两种类型：一种为原材料加工厂，其石材废弃物产生量较大；另一种为二次加工厂,也称成品加工厂，其石材废弃物产生量相对较小。而石材废弃物的产生量不仅取决于石材加工类型，还与石材加工厂规模、加工阶段以及加工设备等密切相关。通过调查发现，对于较难处理的半液体废泥浆，一般石材加工厂的排放量和产能比例为3∶100，而某些加工厂通过使用多种规格的组合锯片，不仅使其排放量减少约1/3，而且其排放量和产能的比例可达到2∶100。目前平邑仅石材废泥浆日均产量高达400 t，高峰期预计日均能高达1 000 t。随着石材产业的快速发展，预估未来该县的石材废泥浆产量日均可达2 000 t。此外，考虑到加工过程中同时产生的固体边角料，该县的石材废弃物产生总量是十分惊人的。

作为“石材之乡”，该地的石材废弃物具有量大面广的显著特点，若处理不当，极易给当地生态环境造成严重影响。虽近年来，在政府的管控下石材废弃物随处乱倒的现象越来越少，但是偷排污水、乱倒废弃泥浆(如图2)，以及随意堆放固体边角料(如图3)等现象仍然存在，缺乏合理的资源化处置利用方式，不仅使“放错位置的石材资源”没有得到循环利用，还造成严重的环境污染及生态破坏。

图2 石材废泥浆的倾倒Fig.2 Dumping of stone waste slurry

图3 石材边角料的堆放Fig.3 Stacking of stone scraps

2.2 山东平邑石材废弃物的处置工艺

为了深入全面了解山东平邑石材废弃物的现有处置工艺流程，研究团队先后多次对平邑多家石材加工厂的石材废弃物，尤其是石材废泥浆的处置工艺进行深入调研和分析。据调查了解，对于当地的石材边角料，目前一部分是被拉去填埋沟壑之地，一部分被资源化企业收购加工制成骨料出售，具有一定的资源化利用价值。而对于石材加工过程中产生的半液态废泥浆，当地主要有两大类处置工艺流程：“多级平流式沉淀池沉淀法”(如图4)和“滤压或泥水分离设备处置法”(如图5)。

图4 石材废浆料主流处置工艺流程：多级平流式沉淀池沉淀法Fig.4 Main disposal process of stone waste slurry: multi-stage flat flow sedimentation method

图5 石材废浆料先进处置工艺流程：滤压或泥水分离设备处置法Fig.5 Advanced disposal process of stone waste slurry: filter press or mud water separation equipment disposal method

图4的多级平流式沉淀池沉淀法是石材废浆料主流处置工艺。目前这种多级(≥3级)沉淀池主要建设在室内或室外，是利用物理自然沉降或化学絮凝沉淀等作用，通过对沉淀池设置高低不同的进出口，从而分离水与废泥浆，并根据沉淀池的大小、石材加工量，以及石材加工类型等不定期对池底的石材废泥浆进行处理，而池上的废水则在石材加工中循环再利用。这也是我国中小型企业的主流处置方法。这主要是由于中小型石材企业财力有限，无法或不愿承担高昂、先进的石材污水处理设备。但是，这种工艺处置后的锯泥含水量大，难以运输，而这种多级沉淀池一般会占用大量土地，现场环境差，在一定程度上缺少相应防护措施，存在一定的安全隐患。

相对来说，滤压或泥水分离设备处置法处置工艺较为先进。其主要以滤压和泥水分离为主：(1)对于滤压设备处置法，主要是将石材加工过程中的废泥浆储存在图5(a)的立式污水储存罐中，经过沉淀之后，将上部澄清的废水再用于石材加工中，将底部的废泥浆使用压力机抽到图5(b)的压滤机中，通过设备挤压的方式将废泥浆内部的水分挤出，得到图5(c)含水量约为10%的片状废泥浆。该方法的优点是占地面积相对较少，现场环境好，处理后的废泥浆也便于运输，但是也存在处理设备费用高昂，滤压后的废泥浆形状为片状，再利用时难以分散等缺点。(2)对于另一种泥水分离设备处置法，则是结合图4的沉淀池沉淀方法，现场将经过多级沉淀之后的废泥浆抽到图5(e)泥水分离处理环保设备中，利用设备中的陶瓷叶片将废泥浆中的颗粒吸附到叶片上，刮刀会在泥浆颗粒累积到一定厚度后自动将叶片上粘附的废泥浆颗粒刮落，从而达到脱水效果，得到图5(f)含水量在10%左右的粉状废泥浆。相对单一的沉淀处置，这种将脱水设备与沉淀池相结合的方式得到的废泥浆更加易于储存与运输，同时其颗粒聚集程度较低，也便于后期的资源化再利用，但是这种方式的现场防护措施与作业环境状况还有待加强。

3 山东平邑石材废弃物的回收利用现状及存在的问题

3.1 石材废弃物的资源化研究现状

面对量大面广、种类繁多、环境污染大的石材废弃物，一些科研人员已对其资源化利用形式进行了大量相关试验研究。通过文献分析，发现意大利的一家公司早在20世纪就开始使用石材废弃物中的大理石粉末代替纯碱用于电池铅的回收，后经进一步研究，大理石废浆料还可做除酸剂去中和农业中的酸性土壤，除此之外，大理石废浆料还可用于合成塑料、防水油毡、水性涂料等[14]。并且据相关研究表明，石材废浆料在经过一定的处理后，可用于固体垃圾堆场底层的防水，固体垃圾的最后覆盖，农业和铸造业的使用，自行咬合联结板材的制造和其他的造纸行业、颜料行业以及制药行业等[15]，但这些再利用处置形式成本高，消纳速度慢且消纳量少。

若要快速且可持续地消纳大量的石材废弃物，须将其回收利用在全世界消耗量最大的土木行业。如表1所示，近年来研究学者们对石材废弃物的资源化利用研究，重点聚焦于通过物理或化学方法对其进行一定的处理后，使其部分或全部替代骨料、胶凝材料、填料、浆体或水源等用在水泥、砂浆、混凝土、瓷砖、路面、路堤等建筑领域中，并且研究表明在满足一定的条件下，其工作性能、力学性能或耐久性等大多数获得了令人满意的效果，从而充分验证了石材废弃物在土木工程材料中回收使用的可行性。与此同时，石材废弃物作为砂、石、水泥的替代，不仅缓解了当前资源短缺的压力，而且还大大降低了成本，减少了碳排放的足迹，促进经济和环境的可持续发展。

表1 当前石材废弃物在土木行业中的潜在资源化回收利用研究现状Table 1 Research status of potential resource utilization of stone waste in civil engineering industry

续表

3.2 山东平邑石材废弃物的回收利用现状

当地对石材加工过程产生的固体和半液态两种石材废弃物整体的资源化利用水平较低，处置方式大同小异，大多数是由石材加工厂委托合法运输车辆将其运送到政府指定场所进行集中露天堆放或填埋处置，一部分被偷偷堆放或倾倒于周边的低洼沟壑之地，少部分被资源化利用企业回收、加工和再利用。除此之外，当地针对半液态废浆料不同处置方式得到的泥浆状、片状与粉状等不同含水率的废弃物，实行了差额收费制度，车辆运输处置费用一般为400元/车或800元/车，具体的回收利用现状如表2所示。

表2 山东平邑石材废弃物的回收利用现状Table 2 Present situation of resource utilization of stone waste in Pingyi, Shandong Province

3.3 当地的管理现状及存在的问题

近年来，在可持续发展和“无废城市”建设的政策指引下，为了规范石材行业，清洁、绿色生产，我国相关部门先后起草、发布、贯彻落实了一系列规范和加强石材行业的标准、要求或意见，如中国石材协会于2013年组织起草发布的《石材行业清洁生产技术规范》(CS 001—2013),2018年印发的《石材加工企业安全环保达标基本条件》，并于同年联合多个部门，出台的《禁止环保“一刀切”工作意见》《石加工企业安全环保达标基本条件》《京津冀及周边区2018～2019年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》等。与此同时，山东省为了规范石材行业，于1987年成立了石材协会[30]，先后因地制宜、分类施策开展石材产业综合整治，取得一定效果，特别是平邑石材产业被山东省石材协会授予山东省石材产业示范集群。但是，对于石材废弃物，尤其是半液体的石材废浆料，目前其处置利用仍然存在较多问题:

(1)石材废弃物的法律法规体系不完善，尤其缺乏源头的减量控制措施与有效的监管机制，石材行业市场准入门槛低，产业布局、结构不合理，产品同质化严重，个体散户或家族式小型企业多，使石材废弃物产生量大，涉及面广且分散，并且使其成分复杂多样，波动性大，难以集中收集再利用。

(2)石材废弃物处理方式较传统且单一，缺乏合理有效的分类存放、分类收集以及分类处置的工艺与设备。一是由于企业规模小，其投资费用有限，使石材在开采、加工过程中采用的设备、仪器或废泥浆处置工艺等较老旧，材料损耗率高。二是目前主流的沉淀池处置法使多种石材废弃物混同处置，极大地增加了石材废弃物成分的复杂性，加大了再利用难度，并且其处置现场环境较差，缺乏有效的防护措施。

(3)石材废弃物的资源化利用以及创新意识淡薄，同时石材企业的环保意识有待提高，浪费现象有待改善。此外，石材行业还缺乏专业的石材废弃物管理人员。

(4)石材废弃物的回收再利用形式单一，消纳量极其有限，缺乏多渠道、高消纳量、高附加值且低能耗的回收再利用方式、设备或处置工艺。虽然平邑目前对石材废弃物存在如表2所列的回收再利用方式，但这与表1所示的石材废弃物在土木行业中的潜在资源化利用可行性方案仍存在较大的差距，并且其当前的回收利用形式单一，整体消纳能力极其有限，并一定程度上还增加了能耗与处置成本，并且一些资源化利用方式还需要进一步的科学研究论证。

4 对策及建议

4.1 完善法律制度，加强源头管控

对于正处于初期管制阶段的石材废弃物来说，完善的法律法规体系，明确的责任分工与严格的奖罚措施必不可少。相关政府部门应该积极发挥法律的指导与威慑作用，制定详细、具体、可操作性强的石材废弃物全过程管理机制；加强全员环保思想理论的宣传和培训教育，积极鼓励企业引进开发新设备、新工艺、新技术和新产品，督促石材废弃物的源头减量管控措施，增加产品附加值，减少废弃物产生量；建立基础数据统计平台，严格把控石材行业市场准入制定，明确权责利分配；加大不定期突访检查力度，奖罚分明，对不达标企业进行警告、罚款处分，对长期不改或污染严重者采取关停的措施。

4.2 因地制宜，全过程分类治理

目前当地单一混杂的石材废弃物处置方式，难以满足石材行业日益发展的需要，迫切需要形成石材产业园区，其须包含石材废弃物的收集、运输、处置、再生产品销售于一体的石材废弃物循环经济产业联盟，建设统一集中的石材废弃物分类收集处置站，形成集石材废弃物的源头分类收集、存放、运输、回收以及分类再利用等全过程的分类管理模式。除此之外，再根据当地特色，因地制宜，加强管控，从而解决当地石材废弃物的处置问题，减少石材废弃物处置成本，增加其回收再利用率。

4.3 加强合作，开拓创新

以山东平邑为代表的中国中小型石材企业，目前对石材行业产生废弃物的处置利用形式单一，消纳量低，迫切需要鼓励企业与科研院所合作，开拓创新多种多样有效的资源化利用途径。

对于石材固体边角料:一是可以通过集中回收，处理加工形成土木工程行业的再生骨料，其不仅可以缓解当前砂石骨料价格不断攀升的趋势，也能对其进行大规模消纳；二是企业可以改进创新现有的工艺设备，提高材料的利用率，增加产品附加值，如企业可以结合本土文化特色，根据废弃石料的大小、纹路与材质等设计、加工，制成具有中国特色的艺术品，其可大到人物雕像，小到家庭装饰物件等；三是可以对其进行积极开发，研究出新的精细化的人造石材产品。

另外，对于半液态的石材废泥浆，目前迫切需要得到政府的重视，鼓励企业或科研学者积极找寻探究其在不同状态下的多种资源化利用方式，最好能将其运用在消纳量巨大的土木工程行业领域，如水泥、混凝土、砂浆、瓷砖、路面、路堤以及土壤稳定、脱硫工艺、沥青、聚合物复合材料等方面[31]，并根据其用途设计改进当前的加工与处置工艺，开发研制经济合理、操作简单以及能耗低、功能先进的脱水或烘干设备，实现石材废浆料的100%的资源化利用。

总之，面对石材行业日益增长，似有“围城之势”的石材废弃物，按照现有的露天堆放或填埋的处置方式，对生态环境造成严重破坏，并埋下一定的安全隐患。通过对素有“中国石材之乡”的山东平邑石材废弃物的形成过程、处置工艺及其回收利用现状的实地考察与研究，全面了解掌握其基本现状，找到关键问题所在并提出相应的解决对策，对当地乃至全国石材废弃物的处置具有一定的引导与借鉴，争取早日实现石材废弃物的减量化、资源化和无害化。