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在城市开矿——建筑废弃物资源化利用

建筑废弃物是一种比较清洁的垃圾,可资源化程度很高。目前,国际上和我国有关建筑垃圾的再生处理已经有了很完善的处理方法。关于建筑垃圾的各个组分已经有了很明确的处理方式,在处理方式、设备选用以及工艺流程方面都有技术上的依据。因此,在技术层面,建筑废弃物的再生处理可以完全实现。

建筑废弃物不仅能在建材行业内进行资源化利用,建筑废弃物中的废弃塑料、废弃木材、废弃金属等在其他领域内也有广阔的资源化利用空间。

废弃塑料

在我国,2000年建筑塑料生产总量已超过630万t,当年产生的废建筑塑料约为250万t,其中填埋占93%,焚烧占2%,回收率仅占5%,与发达国家比较,建筑塑料废弃物的资源化率极低。随着节能的推广和应用,各种行业对保温材料的消耗也逐年上升。尤其是聚苯乙烯泡沫塑料,最主要的应用是在包装中作防护减震材料和建筑中作保温隔热材料。按照其生产方法有模塑成型聚苯乙烯泡沫塑料(EPS) 和挤出成型聚苯乙烯泡沫塑料(XPS) 两类。我国EPS发展很快,根据中国塑料加工工业协会EPS专业委员会资料,2003年总量已经达到115万t,其中包装45万t,建材59万t,其他11万t。我国每年废弃的EPS泡沫塑料量在50万t以上。按照平均比重20kg/ m3(50m3/ t) 计算,体积高达2500万m3[相当于17500 万t钢铁(0.14m3/ t) 的体积]。

美国一直是世界塑料生产第一大国,每年产生的塑料废弃物也居世界首位,2000年塑料废弃物回收利用率就已达到45%。美国在将废旧塑料进行热分解提取化工原料等方面进行了大量工作并取得了一些成果。日本是世界塑料生产的第二大国,1997年产量已达到950万t,其中塑料废弃物排放量相当于生产量的46%,一度成为该国严重的环境问题。近年来,日本在废弃塑料回收利用方面已经取得了显著的进步。相较于美国和日本,我国对于废弃塑料的回收应用在近几年也取得了很大的发展。例如,对废弃聚苯乙烯泡沫塑料制品的回收利用已达到实用化程度。主要途径如下: ①机械回收利用。这种方法可以分为简单再生和复合再生两种。②制作轻质保温建材。常将保温材料和承重材料在功能上分开,在建筑构件上进行适当的复合。③EPS破碎料还可制成轻质砌块、内外墙的保温砂浆和轻质砂浆等。④化学回收利用。化学回收作为调和EPS与环境的可行性方法而受到各国的重视。

废弃木材

我国是世界上木材资源相对短缺的国家,森林覆盖率只相当于世界平均水平的3/5,人均森林面积不到世界平均水平的1/4。我国又是一个木材消费大国,目前每年国内木材需求量约为3亿m3,木材供应缺口为0.7亿~1亿m3。我国木材综合利用率仅约为60%,而发达国家已经达到80%以上。随着木材消费量的不断增加,供需矛盾日益突出。废弃木材作为建筑废弃物的组成部分,加快发展废弃木材回收循环利用技术是缓解木材供需矛盾,实现木材资源可持续利用的重要途径,也是发展循环经济建设节约型社会的必然要求。 建筑工地上废弃的建筑木方,实木托盘,实木包装箱,房屋的檩条、梁、柱等占废弃木质材料总量的2/3以上,其数量也相当可观,由于这些木材在力学强度和功能上仍然保留着实体木材的性能,若对其合理有效利用,加工出的产品附加值会更高。

利用废弃木材加工成细木工板芯板

由于回收后的废弃实体类木材的规格不统一,其加工用途也不同,对于规格较小的废弃实体类木材主要用来制造细木工板芯板,之后再贴上单板加工成细木工板。细木工板芯条的加工主要在小的手工作坊中进行,将加工好的芯条打包捆扎后再由细木工板生产企业加工细木工板。芯条的尺寸主要按细木工板生产的要求制作,芯条厚度一般为15mm。宽度为50mm。长度一般在1m以下。因为收购的废弃实体木材基材为气干材。所以在生产过程中不要进行干燥处理,废弃木材经过多年的使用,其尺寸稳定性较好,可以直接加工成细木工板芯条。

利用废弃木材加工成集成材

对于长度较长(一般大于300mm) 的废弃木方,可用来加工成集成材,一般集成材板材的宽度为600mm,可用于制造木质门的边梃、冒头和门套等。废弃木材对集成材的加工目前主要是在手工小作坊中进行,加工设备较为简单,主要有圆锯机、压刨床、开榫机、指接机、拼板机和砂光机等。

利用废弃木材制作人造板

废弃实体木材通过一定的处理可以用来生产刨花板(包括普通刨花板、水泥刨花板等无机刨花板) 和纤维板等人造板。目前,这些加工工艺技术虽已经成熟,但是也还存在一些问题。例如,来自建筑方面的废弃实体木材常带有金属夹杂物、织物、砂石颗粒、化学防腐剂和涂料等物质,这些物质会对现有的人造板生产工艺产生不同程度的影响。

利用废弃木材制作实木制品

收购的大尺寸废旧木材如梁柱、门框架,除去木材外周的腐朽或涂饰层后,可以直接加工成实木板材、实木制品(如门板、床板)。收购的废旧实木地板,可以再加工成地板或门板、台面板(桌椅台面板)。由于加工户的设备较简单,以及对一些木制品生产工艺不十分了解,大多将废旧地板加工成农家用的门板或简单台板。收购的木质托盘,由于木材品质相对较好,且大小料、厚薄料均有,可以用作生产木质家具、木质门板等。也可以拆解后再次制造木质托盘。部分品质较好的包装箱材料也可用来制作家具。收购来的废旧实木家具材料可以再加工用来制作家具。

利用废弃木材作燃料

对于小规格的废旧实体木材可以直接作燃料使用,在农村中主要还是采用炉灶、火坑等直接燃烧方式,燃烧效率低,一般不超过15%,浪费严重,而且其产生的挥发分很高(一般在70以上)。当不完全燃烧时,产生的大量烟气会一起排入室内外环境,危害人体健康,污染大气环境,为提高其燃烧效率和保护环境,这类小规格的废旧实体木材可通过气化、液化和压缩成型等技术,将其转化成清洁、优质燃料。

利用废弃木材制造包装箱和托盘

废弃实体木材中的木质托盘、木质包装箱和实木门窗料,可用来生产木质包装箱和木质托盘,但由于木质包装箱和木质托盘市场需求有限,一般都是采用先订购后加工的方式进生产。

废弃木材资源化利用中也存在一些问题,例如,回收利用企业普遍经营规模小,产品附加值低;回收利用率低,技术设备落后;回收利用的收集、分拣体系不健全;回收利用标准需完善等。当今,低碳经济已成为热潮,发展集科研开发、原料回收、产业化生产等为一体的木材循环综合利用的企业体系成为趋势,在解决破碎、除杂设备等技术难题的同时,还需在财税、土地、投资和信贷等方面建立相互配套、切实可行的政策支持。

废弃金属

随着科学技术的发展和生活水平的提高,人类对金属的消费量日趋增加,而原生金属资源的不可再生性,使人类将要面临严重的资源危机。废旧金属资源的再生作为资源综合利用的重要组成部分,对于保证资源永续、减少环境污染、节省能源、提高经济效益具有重要的意义。鉴于此种情况,近年来建筑废弃物中的金属材料的回收利用便得到了广泛的重视,并且以投资少、消耗低、成本低等特点在国内得到了迅速发展。

废钢回收与利用

建筑废弃物中的钢筋可以提供大量废钢。废钢是钢铁企业可持续发展的重要资源之一,特别是电炉炼钢重要的、必不可少的原料,以废钢为原料的电炉炼钢流程,其投资仅为长流程的50%。目前全球年产废钢量达7亿t以上,其中可回收利用的占55%左右。据权威资料综合分析,用废钢代替铁矿石炼钢可减少大气污染86%,减少水污染76%,减少耗水量40%,同时减少采矿废弃物97%。

废铜回收与利用

建筑废弃物中还含有铜、铝等有色金属。我国废杂铜回收和再生铜的生产起步较早,生产技术也比较成熟,目前已成为世界再生铜的主要生产国之一,我国废杂铜的回收利用率已达到63.6%,超过世界平均水平,每年再生铜产量已达80万~90万t。传统的再生铜生产方法主要有两类: 第一类是将废杂铜直接熔炼成不同牌号的铜合金或紫精铜,这类方法又称直接利用。第二类是先将废杂铜火法处理后再进行电解,即传统中采用的一段法、二段法、三段法。随着科技的进步,三种不同的技术针对不同的原料取得了很大的成功,但令人遗憾的,最近10多年来,在利益的驱使下,二段法和三段法基本被取消了。我国现已成为世界第二大铜消费国,虽再生铜工业起步早,但由于铜资源较贫乏,无法满足需要,每年还需要大量进口。此外,传统的再生铜生产需要阳极炉熔炼,由于燃料的燃烧而存在严重的环境污染。我国应吸取发达国家的经验,在统一管理下,提高废杂铜的回收率,在技术上应推广直接电解技术,使再生铜工业成为真正的“无烟工业”。

废铝回收与利用

伴随建筑拆迁过程中产生的铝合金门窗可以提供大量的废铝。然而,我国的再生铝厂生产规模小,预处理技术落后,能耗高,熔炼工艺没有大的改进,环保技术和设备落后,这些都制约了我国再生铝的迅速发展。我国回收的废旧铝主要有三条利用途径: 熔炼成再生铝合金锭,熔炼成加工铝材用的锭坯和直接熔炼与铸造铸件。但从整体来看,我国废旧铝的熔炼技术水平还相当低,到目前为止,大部分生产企业仍采用单室反射炉,个别的采用感应炉,热效率只有25%。相比而言,西方国家广泛采用外敞口熔炼室反射炉,金属回收率可达93%以上,热效率可达70%。目前我国在再生铝生产方面也取得了一些新进展,但还不能从整体上提高我国再生铝工业技术水平。我们应当加强预处理技术和设备的研究,特别是除油污和脱漆技术,提高热效率,加强余热利用,降低成本,研究开发适合我国国情的再生铝熔炼炉。同时要注重再生有色金属工业环保技术和设备的研究开发,只有这样才能提高我国的再生铝产量,使我国再生铝的工业技术上水平,提高经济效益。

总之,不论是建材领域还是其他领域对建筑废弃物更多更好地利用,必将促进资源节约,加快各行各业绿色化进程。绿色环保政策的引导也将推动建筑废弃物再利用技术、市场的发展。随着科技的进步、政策法规的出台、企业和有识之士的自觉参与,我国的工业,特别是建材工业将逐步降低对自然资源和能源的依赖,增加对建筑废弃物的利用以减小环境负荷,建筑材料产业逐步成为节材、利废、环保的绿色产业。

本文摘编自崔素萍、刘晓编著《建筑废弃物资源化关键技术及发展战略》(北京:科学出版社,责任编辑李敏、吕彩霞,2017.1),内容略有删节改动。

ISBN:978-7-03-051567-4

《建筑废弃物资源化关键技术及发展战略》全面论述了我国建筑废弃物随城市化进程加快而大量产生的背景现状以及建筑废弃物资源化在缓解资源消耗、发展循环经济、促进可持续发展等方面的战略意义,通过实地企业调研和典型案例分析,介绍了国内外建筑废弃物的开发应用技术和工艺设备,详细阐述了国内外对建筑废弃物资源化的管理规范、政策法规、关键技术和生命周期评价方法,并通过国内外对比研究,系统总结了我国建筑废弃物开发应用在技术和政策法规方面存在的主要问题,指明了建筑废弃物再生利用的未来发展方向,提出了我国建筑废弃物资源化利用的发展战略建议。

(本文责编:李文超)

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