基于精准处置的施工和装修废弃物分类分选技术研究

李 智，柏 静，邓权学，李祚华

(1.深圳市特区建发环境科技有限公司，广东 深圳 518055； 2.澳门科技大学 可持续发展研究所，澳门 999078；3.哈尔滨工业大学(深圳) 土木与环境工程学院，广东 深圳 518055)

加强建筑废弃物的综合利用是现代建筑业高质量发展规划的主要任务之一。随着工程建设和住宅行业的快速发展，建筑废弃物的产量也在高速增长，施工和装修废弃物的比例也在不断增加。以深圳市为例，2016—2021年全市建筑废弃物年均产量为9 094万m3，其中施工和装修废弃物约占8.3%，且其占比逐年上升。施工和装修废弃物的随意堆放及填埋会对城市环境造成严重的污染[1]，亟须促进其分类回收行业的发展。国内外研究人员不断在探索自动分拣技术，以提高回收过程的整体效率。然而，自动化废弃物分类系统领域的大多数研究进展却主要发生在发达国家[2]，目前国内施工和装修废弃物的处置仍旧处于初级阶段，其处置工艺和设备需要不断升级。为此，众多学者展开了积极的研究。张曼曼和贾伟强[3]分析了建筑废弃物资源化处置系统的结构，通过反馈基模分析生成可操作性的管理对策。为提高废弃物分类自动化程度，陈亚宇等[4]提出了基于深度学习与图像处理的废弃物分类与定位方法，基于轮廓信息的质心定位算法实现了目标的准确定位。可见，虽然国内在行业应用中依旧以传统人工分拣为主，但高效自动化分拣在学术界已取得了一定的进展。精准的分类分选是施工和装修废弃物综合利用的关键技术，对施工和装修废弃物进行分类和再循环，可以规避其环境污染风险并避免资源的浪费。在“双碳”目标的大背景下，倡导建筑行业的节能减碳[5]，有必要明确施工和装修废弃物的分类流程，提高废弃物分类效率，优化其处置效果。为此，基于国内外施工和装修废弃物的处置现状，提出了一种基于精准处置的施工和装修废弃物分类分选技术，为今后施工和装修废弃物资源化研究和发展方向提供参考。

1 施工和装修废弃物成分及产量

1.1 施工和装修废弃物成分

施工废弃物来源于新建、改建、扩建各类建(构)筑物、管网等工程，而装修废弃物则来源于房屋装修过程[6]。施工废弃物和装修废弃物主要包含混凝土、砂浆块、红砖、加气砖、石膏、纤维板、瓷片、装修废粉、铝、铁、钢筋、纸品、塑料、布匹、橡胶、泡沫板、木材、玻璃、编织袋以及有机物等20余种成分。将施工废弃物和装修废弃物的主要成分按照其可利用特征划分为建材废料、可回收垃圾、有毒有害垃圾、不可回收垃圾4个大类进行分析，对住宅楼、办公楼、商业楼、学校、工业厂房等不同工程来源产生的施工和装修废弃物成分及比例进行调研，收集数据分析如图1、图2所示。

图1 施工废弃物组成成分质量占比

图2 装修废弃物组成成分质量占比

由图1可知，建材废料占比最大，在不同类型的建筑施工废弃物中质量占比达90.73%～96.21%，其次为可回收垃圾，占比为2.49%～6.41%，不可回收垃圾占比为1.1%～2.85%，有毒有害垃圾占比最小，约为0%～0.01%。

由图2可知，装修废弃物中建材废料占比最大，质量占比达83.63%～91.35%，其次为可回收垃圾，占比为6.6%～13.52%，不可回收垃圾占比为0.39%～2.84%，有毒有害垃圾占比最小，约为0%～0.01%。

1.2 施工和装修废弃物产量

施工和装修废弃物组分具有不稳定性、复杂性和污染性。为更好地了解其产生的特性，对单位建筑面积的施工和装修废弃物产量进行调研，结果如图3、图4所示。

图3 不同来源工程类型施工废弃物产生量

图3结果显示，在不同来源工程项目中，建筑房屋旧改单位面积施工废弃物产生量最大，为0.60 m3/m2。

图4 不同来源工程类型装修废弃物产生量

图4结果显示，厂房装修时单位面积产生装修废弃物量最高，达0.41 m3/m2。其余6种工程类型单位面积装修废弃物产生量接近，为0.11～0.13 m3/m2。

2 施工和装修废弃物处置现状及处置方式

2.1 施工和装修废弃物处置现状

目前施工废弃物和装修废弃物依旧缺乏完善的制度规定。产生施工废弃物和装修废弃物的业主一般自主委托私营企业或个人的轻型货车清运，管理较为粗放。在收费标准方面大部分为市场定价，施工废弃物和装修废弃物产生方被动接受由清运方自定价格代为清运处置。社会车辆收集施工废弃物和装修废弃物后运往中转场，中转场运营者安排专人对收到的装修垃圾进行人工分拣，中转场实际处置现状如图5所示。

图5 中转场实际处置现状

人工分拣后的塑胶、金属、木材、包装纸等进入再生资源回收系统。砖渣类废弃物一部分送往移动破碎处理设施破碎成再生骨料，作为道路建设填充料或建筑材料利用，另一部分进行跨城市消纳处理。塑料薄膜等有机物的处置则存在非法倾倒和跨境污染的情况，是环保督查的重点。此外，现存中转场的厂址一般选择在租赁的村集体用地、工程空地等，经常搬迁易址，在运营过程露天作业，因环保问题经常被查处。因此，中转场地因用地临时、低端分拣、初级利用、环保问题突出等问题，难以长期生存，随时可被取缔。从发达国家行业发展状况看，透明化的处置价格与信息、规范的清运市场以及具备一体化、智能化、环保型的处置工艺及设备将是施工和装修废弃物无害化处置的发展趋势。

2.2 国内外施工和装修废弃物处置方式

目前国内外均缺乏直接针对施工和装修废弃物的处置研究，现有案例大部分都是面向于整体建筑废弃物的研究，因此，整理了部分国内外关于建筑废弃物的案例，从中提取出与施工和装修废弃物处置相关的经验，进行国内外施工和装修废弃物处置的分析阐述，为施工和装修废弃物分类分选技术的提出提供参考前提。

2.2.1 广州市施工和装修废弃物资源化处置

针对废弃物的不同构成部分，结合各构成部分的不同特性，遵循废弃物处置的基本原则，广州市结合《广州市建筑废弃物消纳场布局规划(2016—2020年)》，对不同类型建筑废弃物提出了处置方案[7]。其中，建筑施工和装修废弃物利用与处置体系如图6所示。

图6 广州市施工和装修废弃物利用与处置体系[7]

总体而言，广州市对施工和装修废弃物的处理有以下几种主要的技术方案：①设计阶段进行减量化设计；②在施工阶段对施工和装修废弃物进行控制；③在施工、装修现场对施工和装修废弃物进行处理。此外，合理制定余泥渣土消纳场选址，进行合理的土方平衡和引导，在本市内实现消纳，尽量减少土方外运。

2.2.2 深圳市施工和装修废弃物资源化处置

深圳市“南方科技大学移动式现场消化模式”是全国首个建筑废弃物“零排放”示范项目[8]。由于该项目为新建项目，因此其产生的建筑废弃物主要以施工和装修废弃物为主。调研总结其处置模式如图7所示。

图7 深圳市施工和装修废弃物利用与处置体系[8]

依照图7所示的综合利用与处置体系，该项目进行施工和装修废弃物就地绿色消化、再生利用，其施工和装修废弃物利用率可以达到90%以上。该项目的成功运营为城市更新、大规模片区改造过程中的施工和装修废弃物处理开创了新的模式。

2.2.3 日本施工和装修废弃物处置

日本的施工和装修废弃物处置技术主要有：①零排放设计与规划技术；②零排放施工、工业化技术；③再资源化利用混凝土、沥青混凝土、木材、污泥等技术；④废弃物发电、废弃物的生物燃料利用等。从废弃物减量化设计技术、废弃物分离处理技术以及再生建筑产品生产技术3个方面对日本的施工和装修废弃物处置技术体系进行总结阐述，如图8所示。

图8 日本施工和装修废弃物利用与处置体系

在该体系中，①在废弃物减量化设计技术方面，以减量化原则为主。主要表现为在设计时便考虑建筑拆除回收效率、在施工时采用可回收的材料与方法、强化建筑材料技术以减少废弃物的产生以及发展特殊废弃物的处置技术。②在废弃物分离处理技术方面，遵循分类分离原则。废弃物将被进行严格分类并各自对应不同处置方案及技术。③在再生建筑产品生产技术方面，则遵循资源化原则。大部分混凝土块可用作路基材料或回填材料，经破碎、分选、筛分后的骨料可用于再生混凝土骨料。

3 基于精准处置的分类需求分析

3.1 精准处置内涵

Zhao等[9]将精准处置定义为根据废弃物组分的环境属性和资源属性对其进行分类处置。结合实际调研情况，对施工和装修废弃物精准处置内涵进行明确。施工和装修废弃物精准处置是指基于废弃物成分的环境属性和资源属性，根据不同成分的终端处置路线，将施工和装修废弃物进行分类分选处理。

基于环境属性，需要在预处理环节对有毒有害垃圾进行专项分选，储存至有害垃圾专用容器中，集中交由具备相应资质的企业进行处理。基于资源属性，对铁、钢筋、纸品、塑料等可回收成分分类运输至废品回收厂进行回收；对混凝土、砂浆块、红砖、瓷片等可再利用成分进行破碎形成再生骨料，重新制成再生产品；对于不可回收垃圾，将运至专门企业制成垃圾衍生燃料。

3.2 分类需求分析

基于环境属性、资源属性，对施工和装修废弃物不同组分的终端去向进行梳理，总结见表1。

表1 施工和装修废弃物分类处置情况

可见，不同类别的成分，其处置渠道与终端去向有所差异。在施工和装修废弃物的分类处置过程中，各类别分选需求如下：

1)对于建材废料成分，混凝土、砂浆块、红砖、瓷片及筛分粗骨料，可不进行单独分选，统一经过破碎、除杂、分级和筛分后形成再生骨料，用于制作再生混凝土、再生砂浆、再生砖等；加气砖则会影响再生骨料的强度与质量，因此需要单独分类分选而出；筛分粉料可直接用于道路路基建设或回填；而石膏、纤维板则需分选出来，由回收企业回收再利用。

2)对于可回收垃圾成分，因其保持着良好的原材料的物理和力学特性，经过适当处理后可以直接循环利用。但由于各种成分的回收利用方式不一，需要对各种成分分别分类分选。

3)对于有毒有害垃圾成分，需要经过特殊无害化处理，一般由具备危废处理资质的企业处理。其需在前端预处理环节将有毒有害成分分选出，不进入后续分类分选环节。

4)对于不可回收垃圾成分，可对其进行破碎、分选、干燥、添加药剂、压缩成型等处理制成垃圾衍生燃料。一般在风选环节分类而出。

4 施工和装修废弃物分选技术系统

依据施工和装修废弃物的分类分选需求，提出施工和装修废弃物分选技术系统，如图9所示。

图9 基于精准处置的施工和装修废弃物分选技术系统

由图9可知，在本分选技术系统中，首次基于精准的废弃物组分终端处置去向设计了施工和装修废弃物整体处置工艺流程，采用干法工艺，机械分选为主，智能/人工分选为核心，详细说明如下：

1)粉料的处理设备设置在施工和装修废弃物处理线的前端，采用筛分法。

2)钢筋、螺丝、铁屑等铁磁性金属采用磁选工艺去除。

3)采用风选法将物料中的轻重物质进行有效分离。

4)尽可能保证物料中混凝土、砂浆块、砖及瓷片分拣后的洁净率，从而提高后期资源化利用率。

5)鼓励采用智能化机器人分选工艺。设立智能/人工分拣专用分拣房，分拣房安装新风系统，具备安全集控的功能。

最后，根据分类处置工艺系统以及各废弃物组成成分的可利用特征，明确各成分处置路线及终端去向，精准处理施工和装修废弃物的各类成分。

5 结语

国内对于施工和装修废弃物的分类分选技术仍处于探索阶段，在其资源化利用领域仍存在一些问题。高效精准的分类分选工艺技术不仅能提高施工和装修废弃物的处置量，还能有效保障其资源化过程中的综合利用率。基于施工和装修废弃物的成分特性及产量特性的分析和处置现状及处置方式的梳理，明确了基于精准处置的分类分选需求，为设计出高效的分选工艺及技术设备提供了必要的前提，对促进废弃物资源化利用回收行业的发展具有重要意义。