廢棄混凝土處置現(xiàn)狀及典型項目效益研究

關(guān)鍵詞：廢棄混凝土；處置現(xiàn)狀；產(chǎn)量預(yù)測；典型處理工藝；效益分析

中圖分類號：X799 文獻標(biāo)志碼：B

前言

中國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，伴隨著建筑市政工程領(lǐng)域大規(guī)模的房屋建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，導(dǎo)致建筑垃圾產(chǎn)量高速增長。根據(jù)《建筑垃圾處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T134-2019），建筑垃圾分為工程渣土、工程泥漿、工程垃圾、拆除垃圾和裝修垃圾。工程渣土和工程泥漿以前端源頭減量控制為主，資源化利用水平較低。拆除垃圾和裝修垃圾以再生建材產(chǎn)品作為主要資源化方向，大中型城市在積極推進建設(shè)該類建筑垃圾集中末端處理設(shè)施?；趶U棄物資源化利用和循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展等方面，與其他四類建筑垃圾相比，工程垃圾具有原料品質(zhì)好、處理工藝簡單、再生產(chǎn)品利用價值高和市場消納途徑廣等特點，主要成分為廢棄混凝土塊。

目前，中國廢棄混凝土年產(chǎn)量在1～2億噸，以堆棄、填埋處置和低端粗放回收等傳統(tǒng)終端消納方式為主，進而產(chǎn)生占用城市土地資源、污染周邊的土壤水體環(huán)境、影響城市市容環(huán)境及公共衛(wèi)生等問題，而廢棄混凝土作為可再生利用的資源，其處理處置應(yīng)以資源化利用作為導(dǎo)向，充分挖掘經(jīng)濟價值、提高社會效益。文章以廢棄混凝土作為研究對象，以上海市為例，從產(chǎn)生、收運、處理及再利用等環(huán)節(jié)分析目前上海市的廢棄混凝土處置現(xiàn)狀，結(jié)合典型處理工藝剖析實際項目的經(jīng)濟效益和碳排放效益，為國內(nèi)探索規(guī)范化、集約化、高效協(xié)同處置廢棄混凝土模式提供參考。

1上海市廢棄混凝土處置現(xiàn)狀

1.1宏觀政策背景

伴隨著城市化進程的高速發(fā)展，混凝土作為城市建設(shè)最基本的建筑材料，粗細集料等再生建材的市場需求量也在逐年增加，基于上海市存在天然石材資源匱乏的現(xiàn)狀條件，每年存在的原材料缺口需由外省市供應(yīng)填補。隨著天然礦產(chǎn)資源開采緊張和國內(nèi)環(huán)保意識增強，廢棄物處置和資源化再生利用之間建立起雙向循環(huán)。作為國內(nèi)垃圾綜合處理及資源化利用的先行者，上海市一直關(guān)注廢棄混凝土再生利用領(lǐng)域，市政府及相關(guān)主管部門先后發(fā)布《上海市建筑垃圾處理管理規(guī)定》、《上海市廢棄混凝土資源化利用管理暫行規(guī)定》和《上海市廢棄混凝土回收利用管理辦法》等指導(dǎo)文件，明確廢棄混凝土應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定進入資源化利用設(shè)施進行處置利用。

1.2行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

廢棄混凝土具有組分單一、易利于高值資源化利用等特點，目前市內(nèi)產(chǎn)生的廢棄混凝土基本能實現(xiàn)產(chǎn)生、收運、處理及再利用的閉環(huán)管理，全鏈各環(huán)節(jié)工作界面及費用承擔(dān)模式，見圖1。

如圖1所示，廢棄混凝土主要來源于建設(shè)工地，主要包括建筑工程領(lǐng)域地基與基礎(chǔ)分部工程、市政工程領(lǐng)域道路工程等，其中以深基坑支護結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土內(nèi)支撐體系為主。廢棄混凝土進人體系后，主要經(jīng)歷前端收運環(huán)節(jié)、中端處理環(huán)節(jié)和后端利用環(huán)節(jié)，形成的再生利用產(chǎn)品進入建材市場。

1.2.1前端收運環(huán)節(jié)

廢棄混凝土原料由項目專業(yè)承包單位負責(zé)提供，且在開工前完成《廢棄混凝土再生處理合同》和信息報送，明確固體廢物的流向。

1.2.2中端處理環(huán)節(jié)

廢棄混凝土處理由符合要求的再生處理企業(yè)負責(zé)，原料及產(chǎn)品堆放、配置處理生產(chǎn)線，由于鋼筋混凝土支撐梁體積較大，無法滿足前端上料設(shè)備要求，需要采用液壓機械設(shè)備進行粗破碎。

1.2.3后端利用環(huán)節(jié)

廢棄混凝土經(jīng)處理后，產(chǎn)生的再生骨料由再生處理企業(yè)負責(zé)銷售，企業(yè)也可根據(jù)建材市場情況配置再生衍生產(chǎn)品生產(chǎn)線，如水泥砂漿生產(chǎn)線、再生磚生產(chǎn)線等，再生產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)滿足相關(guān)管理規(guī)定的質(zhì)量要求。

1.3市場前景及問題

根據(jù)上海市混凝土行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，上海市2022年混凝土產(chǎn)量達5200萬方，其中C25及以下強度等級占比在30%左右，按照C25混凝土配合比設(shè)計，粗細集料質(zhì)量占比約為80%，年需求量約為3120萬噸，結(jié)合再生衍生產(chǎn)品粗細集料取代率要求，再生骨料年需求量約為470萬噸。據(jù)市主管部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)，近年來上海市廢棄混凝土年產(chǎn)生量為500～600萬噸。從資源化利用角度分析，上述物料平衡分析未包括市政交通領(lǐng)域道路路基及基層回填工程、建筑領(lǐng)域高強度等級混凝土和水泥砂漿使用，目前上海市再生骨料產(chǎn)品的市場需求量存在巨大缺口，再生產(chǎn)品及其衍生產(chǎn)品的市場應(yīng)用前景廣闊。

目前上海市廢棄混凝土處置行業(yè)仍存在以下問題：（1）再生處理企業(yè)均分布在上海市近郊或遠郊，而采用深基坑支護結(jié)構(gòu)的工程基本在市區(qū)范圍內(nèi)，導(dǎo)致原料運輸距離較遠、運輸成本高；（2）再生處理企業(yè)名單動態(tài)調(diào)整，在交易合規(guī)性、落實環(huán)保措施、員工勞動保障等方面均存在不足之處；（3）再生產(chǎn)品質(zhì)量與市場需求之間還處于磨合期，閉環(huán)管理存在問題；（4）與裝修垃圾、拆除垃圾處理設(shè)施之間未實現(xiàn)高效協(xié)同處置；（5）政府主管部門存在交叉監(jiān)管，需加強前端政策引導(dǎo)、后端職責(zé)監(jiān)管。

上述廢棄混凝土處置行業(yè)中存在的典型性問題，是大中型城市的建設(shè)發(fā)展和精細化固廢處置利用之間勢必會遇到的難題，目前上海市處置現(xiàn)狀可作為國內(nèi)借鑒參考，在建設(shè)“無廢城市”方面規(guī)避共性問題，為精細化、集約化城市建設(shè)管理奠定基礎(chǔ)。

2產(chǎn)量預(yù)測與分析

2.1原料組分分析

對若干典型再生處理企業(yè)進行實地調(diào)研，各再生處理企業(yè)的原料組分、含量差異均不顯著，對樣本數(shù)據(jù)進行詳細分析可知：主要成分包括鋼筋、混凝土塊，摻雜少量混合物，其中鋼筋含量約為5%～10%，混凝土含量在90%以上，剩余部分以渣土和泥塊為主。

2.2產(chǎn)量預(yù)測

2.2.1指標(biāo)法

參照國內(nèi)已有的研究成果，基于深基坑占地面積、支撐梁設(shè)置層數(shù)及間距尺寸等技術(shù)參數(shù)，采用指標(biāo)法估算廢棄混凝土產(chǎn)生量，見式（1）：

2.2.2估算法

根據(jù)研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明：工程項目施工過程中產(chǎn)生的廢棄混凝土量與建筑原材料使用量存在正向相關(guān)性，結(jié)合各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平、施工工藝選擇、工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和城市綜合管理能力等因素，并考慮未來城建規(guī)模效應(yīng)，占比比例范圍一般為1%～4%。

3典型項目效益分析

3.1處理工藝路線

廢棄混凝土處理以破碎篩分、分選為主，主體工藝路線基本類似，主要以不同作用單元之間的優(yōu)化聯(lián)合。以上海市某典型廢棄混凝土處理企業(yè)為例，年處理工程規(guī)模50萬噸，處理工藝流程如圖2所示。由圖2可知，處理工藝采用兩級破碎+篩分、輔以分選除雜，工藝路線具有可參考性、通用性強等特點。

工藝路線設(shè)計亮點主要包括：（1）基于廢棄混凝土具有抗壓強度高、硬度大等特點，一級破碎設(shè)備采用顎式或圓錐形破碎機，通過擠壓壓碎作用實現(xiàn)粗破碎，進一步采用反擊式破碎機進行二級細破碎，減小物料尺寸以滿足篩分要求；（2）在一級破碎單元后預(yù)留分選單元，可設(shè)置風(fēng)選設(shè)備或人工分揀平臺作為冗余保障措施，在原料中輕物質(zhì)雜質(zhì)含量高、磁選設(shè)備故障等應(yīng)急情況下啟用；（3）根據(jù)再生骨料資源化利用方式，可對篩分單元內(nèi)的篩板孔徑進行更換調(diào)整以得到不同目標(biāo)級配的骨料，且篩網(wǎng)孔徑級差不宜過大。

3.2經(jīng)濟效益分析

與裝修垃圾、拆除垃圾處理企業(yè)需要政府貼費支持不同，廢棄混凝土由于處理后的再生產(chǎn)品利用價值高、市場消納途徑廣泛，且企業(yè)通過合理組織生產(chǎn)運營、配置再生衍生產(chǎn)品生產(chǎn)線等方式，處理企業(yè)能實現(xiàn)自主市場化運營，企業(yè)經(jīng)濟效益較好。

以上述再生處理企業(yè)為例，投資費用、經(jīng)營成本和收入?yún)R總?cè)绫?所示。由表1可知，建設(shè)期總投資中建筑安裝工程費用占比最大，該部分費用受廠房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)形式、原材料市場價格波動情況影響大，對不同城市內(nèi)廠房建設(shè)費用估算不具有顯著的參考意義。運營期總成本中原料收購費用、電力費占比較高，分別為39.2%、17.9%，其中原料收購市場價受市場供需情況影響、原料供給單位的主觀意向影響較大。再生處理企業(yè)可根據(jù)場地情況調(diào)配屯料、調(diào)整生產(chǎn)線運營時間等方式合理優(yōu)化降低生產(chǎn)成本。

運營期總收入以低級利用的再生骨料進行直接出售為主，在實際運營生產(chǎn)過程中，企業(yè)配置水穩(wěn)生產(chǎn)線、水泥砂漿生產(chǎn)線等以適應(yīng)市場需求，提高企業(yè)再生衍生產(chǎn)品豐富性、抵抗市場風(fēng)險、增加項目經(jīng)濟效益。隨著天然原材料實際市場交易價格持續(xù)處于高位，再生骨料市場價格具備上漲空間和潛力。鑒于限制天然砂石料開采和再生骨料大規(guī)模鼓勵使用，未來再生骨料市場消納路徑會更廣泛。以設(shè)定處理規(guī)模下測算出項目內(nèi)部收益率約為20%，項目整體投資回報較為理想。

3.3碳排放效益分析

在全球倡導(dǎo)碳中和的理念下，中國作為碳排放量達到百億噸量級的大國，為實現(xiàn)1.5攝氏度溫升控制目標(biāo)，應(yīng)對全球氣候變化提出“2030年碳達峰、2060年碳中和”目標(biāo)。廢棄混凝土作為建筑垃圾處置利用的重要分支，涉及碳排放量變化的來源包括廢棄混凝土支撐梁的切割拆除、原料運輸、處理及再生產(chǎn)品的資源化利用等全流程環(huán)節(jié)。

目前各行業(yè)碳排放分析核算存在邊界劃分模糊的問題，切割拆除階段、運輸階段的碳排放一般在建筑領(lǐng)域、交通運輸領(lǐng)域進行整體統(tǒng)籌核算。與天然砂石料在各領(lǐng)域總用量相比，再生骨料產(chǎn)量占比較小，對建材領(lǐng)域整體碳排放分析核算影響不顯著，且目前再生骨料整體利用水平仍處于較低水平、產(chǎn)品利用不規(guī)范，導(dǎo)致這部分減排量通常未納入核算范圍內(nèi)。國內(nèi)碳排放分析核算工作還處于起步摸索階段，尤其是涉及跨行業(yè)的碳排放核算，一般會出現(xiàn)重復(fù)計算、邊界范圍重疊遺漏等現(xiàn)象，故以上碳排放的分析核算可為類似項目提供參考。

4協(xié)同處置趨勢分析

4.1處理設(shè)施間協(xié)同處置

基于原料特性、設(shè)備及工藝流程適用性、處理生產(chǎn)合理性等方面，廢棄混凝土具備與拆除垃圾處理設(shè)施協(xié)同處置的基本條件，拆除垃圾資源化處理設(shè)施可作為應(yīng)急托底保障措施。在資源調(diào)配整合趨于合理的趨勢下，未來廢棄混凝土可納入拆除垃圾、裝修垃圾處理設(shè)施進行統(tǒng)籌處理處置及資源化利用，其中輕質(zhì)物中熱值較高的塑料類物質(zhì)可通過焚燒廠進行協(xié)同處置，殘渣灰土類可依托附近項目基礎(chǔ)回填、綠化用土、場地標(biāo)平、填埋進行處置消納，涵蓋各類固廢處理設(shè)施的環(huán)保靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)實現(xiàn)垃圾協(xié)同處置，是未來垃圾綜合治理的發(fā)展趨勢。

4.2區(qū)域間協(xié)同處置

近年來頻發(fā)的建筑垃圾、生活垃圾跨地區(qū)非法轉(zhuǎn)移傾倒的問題，表面分析是環(huán)境污染治理存在漏洞，更深層次反映出各地區(qū)廢棄物處置壓力大、區(qū)域間協(xié)同性差等問題。未來各城市群在區(qū)域內(nèi)會推進高質(zhì)量一體化發(fā)展，通過示范區(qū)建設(shè)在長三角地區(qū)形成廢棄物協(xié)同處置良性機制，包括合作機制工作范疇、依托各板塊終端設(shè)施建立跨行政區(qū)域的應(yīng)急協(xié)同機制、提高區(qū)域內(nèi)調(diào)劑處置能力。

5結(jié)論

上海市廢棄混凝土基本實現(xiàn)產(chǎn)生、收運、處理及資源化利用的閉環(huán)管理，但在前端收運、中端處理及后端產(chǎn)品利用等環(huán)節(jié)存在市場調(diào)節(jié)、政府監(jiān)管、處理企業(yè)規(guī)范運營等問題。在產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向下，下游再生產(chǎn)品應(yīng)用前景廣泛。目前廢棄混凝土處理工藝以破碎篩分、分選為主，主體工藝路線無顯著性差異，工藝系統(tǒng)選擇及設(shè)備配置根據(jù)目標(biāo)級配的再生骨料粒徑確定。再生處理企業(yè)經(jīng)濟效益較好，無需政府財政資金支持。全鏈碳排放來源涉及原料切割拆除、運輸、處理環(huán)節(jié)，其中切割拆除工序碳排放量占比高達80%；建筑建材領(lǐng)域再生骨料替代天然砂石料進行資源化利用，碳減排效益不顯著。廢棄混凝土應(yīng)實現(xiàn)與其他垃圾處理設(shè)施協(xié)同處置，強化城市群區(qū)域間協(xié)同處置固體廢棄物。