装修垃圾预处理中试研究

郝粼波

（中国城市建设研究院有限公司，北京 100102）

1 引言

在国家“十四五”规划和“双碳”目标的历史背景下，“碳减排”目标从本质意义上讲是循环经济理念的延伸以及成果的量化体现。社会生产过程的资源集约、节约、循环利用，将会为“双碳”目标的实现作出实际贡献，而建筑垃圾的高效资源化利用是其重要分支目标。

相较于传统建筑拆除垃圾以及建筑工程渣土，作为建筑垃圾中更难于处置的装修垃圾，其自身成分复杂，且难以人为前端分类［1］，这也是目前我国装修垃圾整体资源化处理率较低的原因。我国城市发展在从高速向高质量转变，装修垃圾产生量与城市化发展程度呈正相关性，其处置需求也日渐迫切［2］。装修垃圾预处理技术的研究及应用将是实现建筑垃圾整体再生资源化利用率稳步提高的关键环节。

源于处理对象的理化性状相似，国内外建筑垃圾处理行业普遍起源于选矿领域。较之矿物类原料，建筑垃圾（尤其是装修垃圾）的杂质成分更具多样性［3］，加之其自身产生量极为庞大：约占城市固体废物总量的30%～40%［4］，因此在普遍采用区域统筹及集中处理模式时［5］，我们往往要面对“大而杂”的处理对象。矿物破碎、分选类单机设备多为重型，一般没有小试环节，而直接进入中试甚至试生产阶段，因此在设计工艺生产路线时，对设计研究人员的工艺理论、工程经验储备都提出了极高的要求。在本次中试实验中，设计人员针对除杂环节进行了细致的应用理论考证［6］，并结合类似项 目 的设计经验［7］，制定了适用于我国城镇装修垃圾现状的中试处理生产方案。

2 研究过程与方法

2.1 研究背景

随着我国城市化进程的稳步推进，我国装修垃圾产生量逐步增长，其简易、无序地堆放也带来了一系列社会影响及环境附加成本。经监测报告分析研究，非常规堆放的装修垃圾，易导致Zn、Cr、As、Hg 等重金属析出［8］，且其迁移、扩散能力会随降水作用而提高，进而加大对生态环境的污染［9］。

2021 年中国循环经济发展论坛的数据报告显示，2020 年我国通过循环经济战略，共减少二氧化碳排放量约2.6×109t。要实现“双碳”目标，从根本上要求再生资源循环利用效率稳步提高。而在建筑垃圾处理领域，发展相对滞后的装修垃圾高效预处理技术，将有利于整体建筑垃圾资源化处理水平提升。

2.2 装修垃圾成分调研

我国装修垃圾处理正在从早期的简易堆放、无处理填埋方式，逐步向以再生循环利用为导向的绿色发展模式转变［10］。进入“十三五”后，我国对装修垃圾的处理研究也步入工程化应用阶段，同拆除垃圾资源化处理技术发展规律一致，掌握装修垃圾基本成分特征，是制定、完善预处理工艺技术路线的先决条件。利用项目咨询及工程设计机会，笔者所在单位过去数年陆续参与了北京、上海、苏州、无锡、常州、镇江、成都等城市的城镇装修垃圾成分调研工作，通过已收集的调研数据分析可得出初步结论：①装修垃圾最主要的可资源化利用组分为混凝土、砖瓦等再生骨料类硬质组分，考虑到不可避免混入的砂浆块、陶瓷、玻璃等组分，其再生骨料类占比约37%～56%；②装修垃圾成分中的惰性物质（渣土、灰分类物质）含量很高，占比约18%～33%；③装修垃圾中的竹木、塑料、织物、纸张等杂质类物料，多为高热值轻质可燃物，其再生资源利用成本较高，一般采用外运焚烧方式处置，占比约13%～25%；④装修垃圾中的金属类（包含黑色金属、有色金属、贵金属等）波动范围虽然较大，约为0.1%～1.5%（成分含量呈现数量级级别变化），但总体占比较小，不足以影响对整体组分分析的定量判断。

综上所述，在自主调研的基础上，参考业内其他调研工作成果，确定本研究开展装修垃圾预处理工艺集成中试生产线的原料组分基准值，具体如图1 所示。

图1 装修垃圾成分示意Figure 1 Composition schematic of decoration waste

2.3 装修垃圾预处理中试生产线工艺技术路线研究

2.3.1 中试生产线技术路线

本次中试生产线技术路线示意如图2 所示。

图2 技术路线示意Figure 2 Technology route schematic

2.3.2 实验场地介绍

中试实验场地位于北京市昌平区小沙河村西，生产线及办公管理区占地面积约1.33 hm2。中试场地基本条件如下：①中试实验场地生活用水及生产降尘用水均为深井水；②厂区内配备400 kW 柴油发电机1 台（生产线机组设备用），400 kV 变压器1 台（提供生活用电及生产线皮带机用电）；③场地交通运输条件良好，且远离村镇居民区500 m 以上。

2.3.3 实验工艺设计基本条件

装修垃圾处理生产线设计处理量为50 t/h；中试实验时间为2021 年8 月7 日—9 月10 日；计划总实验运行时间累计不低于60 h，其中连续运行4 h 天数不小于7 d；计划总处理量不小于3 000 t。

2.3.4 实验取样测试说明

测试对象：预处理后0～10 mm、10～30 mm 成品再生骨料。取样点：多级振动筛出料皮带处分级料堆。取样方法：按照GB/T 14685—2011 建筑用卵石、碎石中规定的取样方法执行。测试指标：杂物含量，包含金属、塑料、植物等GB/T 25177—2010 混凝土用再生粗骨料中规定的内容。杂物含量取3 次实验结果的最大值，精确至0.1%，单次最少试样量不低于15.0 kg。

2.3.5 中试实验工艺路线中试实验工艺路线示意见图3。

图3 装修垃圾预处理中试生产线工艺流程示意Figure 3 Process flow schematic of decoration waste pretreatment pilot production line

2.3.6 实验工艺流程描述

原料装修垃圾运至实验基地后，首先于卸料缓冲区进行初步分类堆放。袋装装修垃圾首先进入齿辊破袋机（图4），破袋后物料会同散装原料垃圾进行初步人工预分拣，之后通过挖掘机上料至预筛分单元，预筛分环节将物料筛分为＞40 mm的筛上物料和≤40 mm 的筛下物。≤40 mm 的筛下物进入弛张筛，筛孔设计为10 mm，高效筛除10 mm 以下灰分渣土部分。10～40 mm 混合物料进入折板风选机，预筛分环节产生的＞40 mm 的筛上物料进入箱式风选机。两路物料各自通过风选去除轻质杂物后，经磁选进一步回收铁质金属，此后汇合进入二级人工分拣房（此单元可在工程化应用中采用智能机械手升级替代），将可回收物及杂质进一步回收、分离。

图4 破袋粗破机实景Figure 4 Real scene of bag breaking machine

分拣后混合物料进入多级圆振筛，≤10 mm 筛下物作为成品骨料外售；10～30 mm 混合物料通过折板风选机深度去除轻质杂物后，可作为成品骨料外售；＞30 mm 混合骨料通过箱式风选机去除轻质杂物，之后进入反击式破碎机，经磁选回收铁质金属后回到二级人工分拣环节。

中试生产线终端产物去向如下：①分选骨料外售作为再生建材制备原料；②金属类可以直接作为可回收资源外卖资源化利用；③高值塑料、木材作为可回收资源外卖资源化利用；④低利用价值的可燃物打包外运至垃圾焚烧发电厂；⑤混合灰分渣土作为回填土外运。

中试试验过程及分选杂物实景见图5～图6。

图5 中试实验过程实景Figure 5 Real scene of pilot experiment process

图6 分选杂物实景Figure 6 Real scene of sorting debris

3 结果与讨论

3.1 实验结果

本次装修垃圾预处理中试实验，稳定产能可维持在50 t/h 以上；总生产时间72.9 h，其中连续运行4 h 天数达到10 d，装修垃圾总处理量达到3 914.21 t，现场实验环节各主要指标均超过预定目标。通过数据记录统计分析，本次实验周期分选杂物平均比例为16.10%，其中人工分拣比例约占总杂物分拣量的30%；分选骨料（含粗、中、细全部骨料）平均占比为37.70%；分选灰分渣土质物料平均占比为46.20%。中试实验过程物料分类统计及平衡示意见图7。

图7 中试实验过程物料组分平衡示意Figure 7 Material composition balance schematic during pilot experiment process

装修垃圾预处理生产线主产品为再生骨料，对0～10 mm、10～30 mm 产品进行再生骨料含杂率检测，再生骨料杂质成分含量为0.4%，符合DB11/T 999—2021 城镇道路建筑垃圾再生路面基层施工与质量验收规范I 类要求。

3.2 直接运营成本分析

本生产线主要生产运营成本包括可变成本和固定成本。

可变成本中外购燃料及动力费用主要为设备用电及降尘用水费用，在中试生产期间共计消耗电能59 496 kWh，参考本地工业电价1.34 元/kWh，共耗电费79 724.64 元；中试期间生产降尘用水总量约280 m3，参考本地工业用水价格12.5 元/m3，共耗水费约3 500 元；外购燃料及动力费用中的燃油部分包含于上料设备租赁费用中，该部分费用实验期间共计31 500 元；固定成本中的人工、维修等其他管理费用共计约56 000 元。

综上所述，本次中试实验直接生产运营成本为43.62 元/t。在生产线实现原料稳定性供应及规模化生产后，年生产经营成本还会有所下降。

3.3 问题分析与总结

1） 本次实验周期分选杂物平均比例为16.10%，相较于装修垃圾原料物料组分的基准值13.7%，基本吻合，略有提高。不排除风选频率偏高造成部分骨料损失的情况，以及雨天后物料沾黏等特殊情况。

2）本次实验分选杂物中，人工分拣比例达到总杂物分选量的29.56%，机械分拣比例占70.44%，生产线人工作业强度相对较大，需要在此单元进行机械化替代深入研究。智能机械分拣系统的引入，还将对难于进行传统机械分拣（以占比、尺寸分选原理为主导）的加砌块组分进行高效选别，进而提高再生骨料的品质。

3）本次实验分选骨料（含粗、中、细全部骨料）平均占比为37.70%，通过杂质检测显示，再生骨料杂质成分含量为0.4%，符合DB11/T 999—2021 中的I 类要求，完全满足高级别再生资源化利用需求。

4）本次实验分选灰分渣土质物料平均占比为46.20%，相较于装修垃圾原料物料组分的基准值33%，比例明显提高，主要由于弛张筛孔径在实际生产过程中，为了在潮湿环境下保障二级筛分稳定出料并解决卡堵问题，由原设计的10 mm 更换为20 mm，如在正式封闭厂房工作环境下，此方法可从根本上减少预筛分单元及二级筛分单元再生骨料的损失。

5）本次实验研究人员重点观测了降雨天气前后的物料变化规律，9 月3 日明显降雨前，灰分渣土平均占比为47.0%，再生骨料平均占比为36.9%；而降雨后的3 d 灰分渣土平均占比为44.4%，再生骨料平均占比为40.0%；9 月3 日降雨当天，灰分渣土占比为42.8%，为整个实验周期记录数据最低值，再生骨料占比则高达42.9%。

从上述数据可以看出，降水对灰分渣土和再生骨料的分选比例影响较大，会显著降低灰土筛分效率，其物质转移集中在分选再生骨料组分中，这必将影响该时间段再生骨料的含泥量比例，降低骨料品质。对于应对此种情况的解决方案：一方面可以通过建造正规封闭式车间厂房，减少降水天气对原始物料的含水率影响；另一方面可以对二级筛分单元进行优化升级，通过更换筛网类型（如星盘筛、三角筛等螺杆类筛分设备）进而大幅提升二级筛分的灰土筛分效率。

4 结论

通过本次中试实验过程，验证了所提出的装修垃圾预处理工艺路线在实际生产过程中基本满足连续稳定生产要求，且实现了全套设备国产化供应，各项主要指标达到实验预期目的，为进一步提高资源化率指标、探寻装修垃圾高效预处理精进技术打下了良好的实践基础。