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建筑垃圾资源化处置技术及装备综述 * 梁勇李博马刚平王荣岳昌盛孟凡筑 首钢总公司能源环保产业事业部， 北京 100041 摘要 介绍了国内外有关建筑垃圾资源化处置的相关工艺， 并从分选除杂、 破碎、 筛分、 整形强化四方面总结了建筑垃圾 资源化处置技术与装备， 分析其性能特点及应用范围， 为我国相关工艺技术及装备的发展提供参考和借鉴。 关键词 建筑垃圾; 资源化处置; 再生骨料; 工艺装备 DOI 10. 7617/j. issn. 1000 －8942. 2013. 04. 028 THE TECHNOLOGY AND EQUIPMENT FOR COMPREHENSIVE UTILIZATION OF CONSTRUCTION WASTES Liang YongLi BoMa GangpingWang RongYue ChangshengMeng Fanzhu Energy ＆ Environmental Protection Industry Department，Shougang Corporation，Beijing 100041，China AbstractThis article introduced the relevant technologies and equipments for comprehensive utilizing of construction wastes both at home and abroad，and analysed the perance characteristics and application ranges of each technology and equipment，which provided reference and experience for the development of the processes and deviles for comprehensive utilization of construction wastes in China． Keywordsconstruction wastes;comprehensive utilization;recycled aggregate;technology and equipment * 首都设计产业提升计划项目 Z121110002912098 。 0引言 随着我国经济社会的迅速发展和城市化进程的 快速推进， 建设开发产生了大量的建筑垃圾。据统 计， 我国城市建筑垃圾年产生量已超过 15 亿 t。目 前， 我国建筑垃圾处置处于初步发展阶段， 资源化利 用率低， 且以回填、 制砖等低附加值途径为主， 大部分 建筑垃圾仍采用露天堆存、 填埋等粗放处理方式， 占 用土地、 污染环境、 影响市容卫生， 且易导致安全隐 患 ［1- 3 ］。由于建筑垃圾产量巨大， 同时具有资源化属 性， 其资源化处理利用亟待产业化大规模推广， 相关 产业拥有重要的市场发展机遇。利用建筑垃圾生产 再生骨料， 不仅有利于避免堆存占地和环境污染问 题， 还有利于降低建筑原料使用成本， 同时减少因砂 石资源大量开采导致的河道破坏、 水土流失和自然景 观恶化等环境问题， 一举多得。 1建筑垃圾资源化处置生产工艺 建筑垃圾是一种多组分混合物， 除废混凝土、 废 砖瓦等无机硬质组分外， 还含有废木材、 废沥青、 废金 属、 废塑料等组分。建筑垃圾须在实现各组分有效分 离的基础上， 分别加以利用 废钢材可用于钢铁冶炼; 废木材、 废塑料等可燃物可用于焚烧发电; 渣土可用 于绿化、 回填等; 废混凝土、 废砖瓦等主要成分， 经加 工可生产一定级配的颗粒 再生骨料， 可替代天然 砂石骨料用于再生混凝土、 再生干混砂浆、 再生无机 混合料、 再生混凝土制品等绿色建材的生产， 从而实 现建筑垃圾的资源化处置。 建筑垃圾资源化处置的研究最早始于二战后的 欧洲， 加工成再生骨料循环利用解决了战后大量废墟 建筑垃圾的消纳问题。欧美、 日韩等发达国家都已通 过立法明确必须对建筑垃圾进行资源化循环利用， 制 定再生骨料及再生建材制品的技术标准与规范［4 ］， 并根据自身国情， 发展形成了各自的建筑垃圾再生骨 料生产工艺。韩国建筑垃圾资源化处置技术先进， 且 同处亚洲， 建筑垃圾组分类似， 对我国具有较高的参 考和借鉴价值。图 1 为韩国某建筑垃圾资源化处置 生产线工艺流程， 通过分选破碎筛分工艺， 分别 得到再生骨料、 废金属、 杂物、 渣土等， 其中分选系统 901 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 包含磁选、 风选、 人工拣选、 浮选等多重工序， 确保各 种杂物的有效分离与再生骨料的清洁; 破碎系统采用 两级颚式破碎、 一级圆锥破碎的组合， 损耗低、 维护简 单， 再生骨料粒度控制在 40 mm 以下; 筛分系统采用 两级振动筛， 一级用于渣土分离， 二级用于返料及成 品筛分。但该工艺缺乏骨料整形强化设施， 其再生骨 料产品的粒形、 压碎值、 微粉含量等指标难以满足再 生混凝土的生产要求， 主要用于生产道路基层无机混 合料及低等级垫层混凝土。 图 1韩国某建筑垃圾资源化处置生产线工艺流程 Fig．1The flow chart of a construction wastes recycling process line in South Korea 我国建筑垃圾资源化处置的研究起步较晚， 尚未 形成完整的工艺技术体系。为规范建筑垃圾再生骨料 的生产与应用， 近年来先后颁布了 GB/T 251762010 混凝土和砂浆用再生细骨料 、 GB/T 251772010 混凝土用再生粗骨料 和 JGJ/T 2402011 再生骨料 应用技术规程 ， 规定了再生骨料的分类和规格、 性能 指标要求、 试验检验方法和规则、 运储及在各类再生建 材制品中应用的技术要求。深圳、 昆明、 天津、 沧州等 城市开展了建筑垃圾资源化处置的试点， 但整体生产 技术水平较低， 处理手段单一， 以传统砂石料生产工艺 和移动式成套破碎筛分设备为主， 缺乏系统、 有效的除 杂设施， 劳动强度大， 再生骨料产品质量较差。 建筑垃圾资源化处置生产再生骨料的工艺区别 于常见的天然砂石骨料的破碎筛分工艺。为满足国 家产品质量标准要求， 建筑垃圾再生骨料生产工艺在 破碎筛分的基础上， 必须充分考虑分选除杂工艺措 施， 并根据再生骨料产品的用途， 确定骨料整形、 强化 工艺及微粉去除工艺。 2建筑垃圾资源化处置技术及装备 建筑垃圾资源化处置生产再生骨料的工艺一般 可划分为分选除杂、 破碎、 筛分、 骨料整形强化、 再生 制品生产等环节。利用再生骨料生产再生混凝土、 再 生预拌砂浆、 再生无机混合料、 再生混凝土制品等已 形成成熟的技术及装备体系。 2. 1分选除杂技术及装备 建筑垃圾的分选除杂可分为人工和机械分选两 种途径 机械分选根据建筑垃圾中杂物在尺寸、 磁性、 比重等物理特性的不同进行高效分离， 主要包括筛 选、 风选、 磁选、 水力浮选等; 人工分选主要针对无磁 性金属、 玻璃、 陶瓷等一般机械手段难以分离的杂物。 在建筑垃圾处理过程中， 因其所含杂质种类繁杂， 除 杂过程往往是多种分选方法并用。 1 风选 风力分选是重力分选的一种常用方法， 其 以空气为分选介质， 在气流作用下使固体废物按比重 和粒度大小进行分选， 按气流作用的方向可分为吸风 式和鼓风式两种。吸风式风选原理与除尘器类似， 在 建筑垃圾输送或筛分过程中设置吸风口， 利用负压实 现轻质物、 细微颗粒等的分离， 再经过旋风除尘器、 布 袋除尘器等实现杂物捕集。鼓风式风选基本原理是气 流能将较轻的物料向上带走或水平方向带向较远的地 方， 而重物料则由于上升气流不能支持而沉降， 或由于 惯性在水平方向抛出较近的距离， 被气流带走的轻物 料再进一步从气流中分离出来。根据目标分离物的不 同， 吸、 出风口风速一般控制在15 ～50 m/s。 2 磁选 建筑垃圾中的磁性物几乎全部为混凝 土建筑结构中的钢筋， 建筑物拆除后， 裸露的废钢筋、 较大体积的钢板、 钢梁、 地脚螺栓等可气割处理后人 工分拣， 包裹夹杂在混凝土块中的废钢筋则需要经过 破碎处理后， 通过磁选的方法实现分选。建筑垃圾磁 选工艺一般安排在各级破碎工序之后， 以跨带式磁选 机与永磁滚筒磁选机相配合的磁选工艺最为常见。 3 水力浮选 建筑垃圾中混杂的废塑料、 废木 材、 废纸张、 加气混凝土等轻质物比重小于水， 利用其 在水中的可浮性与混凝土、 砖瓦等分选。区别于选矿 行业的浮选工艺， 建筑垃圾浮选并不需要添加浮选药 剂改变可浮性， 通过自然可浮性的差别即可实现分 选。建筑垃圾从浮选设备中部进料， 不可浮的重质物 沉入浮选设备底部的输送装置上， 由该输送装置向一 侧运出， 输送过程中一并沥水; 轻质杂物浮于水面上， 由上部的桨叶装置从浮选设备另一侧刮出 如图2 所 示 。建筑垃圾浮选的特点是处理能力大， 分选效率 高， 除杂效果好。但由于建筑垃圾中含有一定量的渣 011 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 土， 需配套水循环系统， 定期清除水中的泥沙。为避 免泥沙快速堆积， 进入浮选工艺的建筑垃圾原料中渣 土含量不宜过高， 且粒度适中， 因此， 浮选前应进行初 级破碎及渣土预筛分。同时， 浮选应与人工拣选、 风 选、 磁选等除杂工艺相配合， 不宜承担过高的除杂 负荷。 图 2建筑垃圾水力浮选设备原理 Fig．2Mechanism of construction wastes hydraulic floatation devices 4 微粉去除 建筑垃圾再生骨料在破碎、 筛分、 强 化及整形等工艺处理时， 会产生一定量的微粉， 再生骨 料用于制备混凝土或砂浆时， 微粉含量过多会影响再 生混凝土的强度及耐久性。我国再生骨料标准将其定 义为粒径小于 75μm 的细微颗粒， 并对微粉在再生骨 料中的含量有严格限定。在机制砂行业， 国内普遍使 用湿式洗砂机去除微粉， 需配套水循环系统， 存在着投 资高、 占地大、 处理成本高、 二次污染等问题。为解决 上述问题， 气力分级机与振动风筛等干式设备应运而 生， 已成为微粉去除工艺技术装备的发展趋势。 气力分级机可有效去除再生细骨料中的微粉， 利 用重选和气力分级相结合的原理。物料因重力下落， 下落过程中受到一次风力作用， 使得骨料与微粉分 离， 风力带动细小颗粒经过筛网， 大于 75 μm 的颗粒 被截留， 微粉随同空气一并被后续的除尘系统收集; 在重力下落的末端， 有二次风力作用于物料， 使得细 小颗粒在蜗壳型腔室内形成旋流， 进行二次分离， 使 得微粉去除更加彻底， 如图 3 所示。 振动风筛利用振动筛分和气力分级相结合的原 理。物料在下落过程中受到垂直于料层的气流作用， 微粉被夹带进气流; 骨料继续下落， 与筛网接触进行 振动筛分， 期间微粉进一步分离， 进入气流; 气流夹带 微粉有组织的进入后续的除尘系统而被收集; 清洁骨 料被筛分成不同的粒级， 可根据需要调整筛网的数量 及孔径， 如图 4 所示。 2. 2破碎技术及装备 破碎是建筑垃圾再生骨料生产技术的核心之一， 图 3气力分级机原理 Fig．3Machanism of a pneumatic seperator 图 4振动风筛原理 Fig．4Machanism of a pneumatic vibrating sieve 不仅关系到生产能力、 能源消耗， 更关系到建筑垃圾 再生骨料的粒形、 粒度分布、 粉料率等， 都直接影响到 再生骨料产品的质量和经济效益。 物料的破碎方法主要根据物料的物理机械性质、 物料块入料的尺寸和所要求的破碎比来选择。建筑 垃圾物料强度中等偏软， 裂缝较多， 破碎方法可以选 择挤压式、 冲击式破碎。常见的挤压式破碎机有颚式 破碎机、 圆锥破碎机等， 冲击式破碎有反击式破碎机、 立式冲击破碎机、 锤式破碎机等。 1 颚式破碎机 物料的破碎在两块颚板间进行。 破碎机的可动颚板绕悬挂轴或可动轴对固定颚板作 周期性地往复运动。当可动颚板靠近固定颚板时， 位 于两颚板间的物料受以挤压为主的作用力而破碎; 当 可动颚板离开固定颚板时， 已破碎的物料在重力作用 下由破碎机排料口排出。建筑垃圾破碎工艺中， 颚式 破碎机通常可用于初级破碎， 具有入料粒度大、 生产 111 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 能力高、 破碎效率高、 损耗低等优点。 2 圆锥式破碎机 借助于旋摆运动的圆锥面， 周期 地靠近固定锥面， 使夹于两个锥面间的物料受到挤压 和弯曲达到破碎目的。圆锥破碎机可破碎中等和中等 硬度以上的各种矿石和岩石， 破碎比大、 效率高、 能耗 低， 产品粒度均匀。建筑垃圾破碎工艺中， 圆锥式破碎 机可用于中级破碎和细碎， 相较于冲击式破碎， 其破碎 后产品中粉料含量少， 针片状颗粒含量较高。 3 反击式破碎机 利用冲击作用进行破碎， 由带 有打击板且作高速旋转的转子以及悬挂在机体内的 反击板组成。进入破碎机的物料在转子的回转区域 内受到打击板的冲击， 并被高速抛向反击板， 再次受 到冲击， 又从反击板反弹到打击板上， 继续重复上述 过程。物料不仅受到打击板、 反击板的冲击而被破 碎， 还有物料之间的相互撞击而被破碎。当物料的粒 度小于反击板与打击板之间的间隙时即可被卸出。 建筑垃圾破碎工艺中， 反击式破碎机常被用作于单段 式破碎或与颚式破碎机联合使用， 其优点是入料粒度 大， 破碎效率高， 产品粒形好， 可减少破碎级数， 简化 生产流程， 但存在损耗高、 产品粉料率高、 噪音大等 问题。 4 立轴冲击式破碎机 分料器将物料分成两部 分， 一部分物料直接进入高速旋转的叶轮内， 在离心 力的作用下， 与另一部分以伞状形式分流在叶轮四周 的物料进行撞击， 由此物料在叶轮和机壳中形成涡流 式多次相互撞击、 摩擦而粉碎。建筑垃圾破碎工艺 中， 立轴冲击式破碎机具有细碎、 粗磨功能， 可用于细 碎或骨料整形， 优点是破碎效率高， 通过非破碎物料 能力强， 受物料水份含量影响小， 产品粒形优异， 针片 状颗粒含量极低。 2. 3筛分技术及装备 在建筑垃圾再生骨料生产技术中， 筛分的功能一 般体现在两个方面 一是用于建筑垃圾中渣土等杂物 的分离， 二是用于破碎后骨料的分级。常用设备主要 包括振动筛、 滚筒筛、 棒条筛等。 1 振动筛 按照振动轨迹的不同， 可分为圆振动 筛和直线振动筛， 具有结构简单、 处理能力大、 筛分效 率高、 机械性能好等优点。相较于圆振动筛， 直线振 动筛有较大的加速度， 更适用于水分较高、 粒度较细 物料的筛分。 2 滚筒筛 当物料进入滚筒装置后， 由于滚筒装 置的倾斜与转动， 使筛面上的物料翻转与滚动， 从而 实现筛分功能 如图 5 所示 。滚筒筛具有处理能力 大、 运行平稳、 结构简单、 噪声较低、 维修方便、 筛分效 率高等特点。但建筑垃圾的进料粒度有一定要求， 一 般限定进料粒度 300 mm 以下。 图 5国外建筑垃圾滚筒筛设备外形 Fig．5Outside view of a rotary screen for construction wastes abroad 3 棒条筛 又称为棒条振动给料机， 振动电机为 激振源， 使机体在弹簧支撑上作强迫振动， 并带动物 料在料槽上作滑动及抛掷运动， 从而使物料不断前移 以达到给料的目的。当物料通过槽体出料端的棒条 时， 小于棒条间隙的物料可透过棒条间隙直接落下， 实现渣土筛分的要求， 起到预筛分的作用; 大于棒条 间隙的物料继续前进， 由出料端进入下道工序， 保证 均匀给料 如图 6 所示 。 图 6棒条筛设备外形 Fig．6Outside view of a barscreen 2. 4整形强化技术及装备 破碎工艺生产的再生骨料针片状颗粒较多、 表面 粗糙且包裹水泥砂浆， 再加上混凝土块在破碎过程中 在内部产生大量微裂纹， 性能劣于天然骨料［4 ］。因 此， 国外对破碎后的骨料颗粒进一步进行整形强化 处理。 再生骨料整形强化有化学和物理两种方法。化 学强化法利用酸液实现骨料强化， 处理成本过高， 同 时存在二次污染风险， 尚不具备工业化应用条件。目 前， 国外广泛采用物理强化法， 使用机械设备， 通过骨 料之间的相互撞击、 磨削等机械作用除去表面黏附的 水泥砂浆和颗粒棱角。物理强化法主要有立式冲击 211 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 整形法、 卧式回转研磨法、 加热研磨法等。 立式冲击整形法采用立轴式冲击破碎机通过 “料打料” 的方式有针对性地破坏针片状颗粒及表面 水泥砂浆。卧式回转研磨设备类似于回转窑， 机壳内 壁上布置有大量的耐磨衬板及锥形体， 物料通过不断 与机身以及物料相互间的研磨作用， 表层附着的砂浆 等被去除， 强化后的骨料光滑洁净， 如图 7 所示。加 热研磨法是将骨料颗粒加热至 300 ～400 ℃后进行研 磨、 冲击处理， 剥离再生骨料表面的水泥砂浆。 图 7卧式回转研磨设备外形 Fig．7Horizontal rotary grinding equipment 3结语 大力推行建筑垃圾资源化处置是可持续发展战 略的必然要求和主流趋势， 再生骨料制备技术及装备 是建筑垃圾资源化处置的关键。不能将再生骨料制 备简单等同于矿山用破碎筛分工艺， 需广泛借鉴吸收 国外先进工艺和装备技术， 并针对中国建筑垃圾基本 无源头分类、 组分复杂的国情， 充分考虑分选除杂工 艺， 通过渣土筛选、 人工拣选、 风选、 磁选、 水力浮选等 手段， 严格控制再生骨料中的微粉含量、 泥块含量、 杂 物含量等， 配合颗粒整形、 强化等工艺， 保证建筑垃圾 再生骨料的品质符合相关国家标准要求， 才能实现再 生骨料在混凝土、 干混砂浆中的应用。 参考文献 ［1］冷发光， 何更兴， 张仁瑜， 等． 国内外建筑垃圾资源化现状及发 展趋势［J］． 商品混凝土， 2009 3 20- 23． ［2］杨得志， 张雄． 建筑固体废弃物资源化战略研究［J］． 中国建 材， 2006 5 83- 84． ［3］薛丽洋， 谢娜， 张明泉， 等． 工业和建筑固体废弃物再生研究 ［ J］ ． 环境工程， 2012， 30 1 87- 90． ［4］石峰， 宁利中， 刘晓峰， 等． 建筑固体废弃物资源化综合利用 ［ J］ ． 水资源与水工程学报， 2007， 18 5 39- 42． ［5］李秋义． 建筑垃圾资源化再生利用技术［M］． 北京 中国建材 工业出版社， 2011． 作者通信处梁勇100041北京市石景山区石景山路 68 号首钢总 公司能源环保产业事业部设计技术中心 E- mailly1980139． com 2012 －12 －20 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 143 页 4结论 由优化设计、 模态分析制造获得的消声器安装 后， 取得理想的消声量及消声特性。通过对消声器试 件的实验模态分析， 清楚地看到消声器的 10 阶固有 频率和模态振型。这些频率避开了噪声的峰值频率， 消声器不会在噪声峰值处发生共振， 抑制噪声辐射， 从而延长消声器的使用寿命。当动态特性不满足预 定要求时， 需要对结构进行动力性修改。实验模态分 析的消声器是实体， 实验得到的数据更接近消声器的 真实固有频率， 它对寻找消声器的优良特性， 设计新 型消声器提供可靠的参考依据。 参考文献 ［1］马大献 ． 噪声与振动控制工程手册［M］． 北京 机械工业出版 社， 2002． ［2］周新祥． LGA 风机圆盘式消声器的动态优化设计［J］． 环境工 程， 1999， 17 2 41- 45． ［3］李亚峰． 室内给排水系统的噪声控制［J］ ． 环境工程， 1999， 17 2 39- 41． ［4］傅志方． 振动模态分析与参数识别［M］ ． 北京 机械设计出版 社， 1990． ［5］曹树谦， 张文德， 萧龙翔． 振动结构模态分析 理论、 实验与 应用［ M］ ． 天津 天津大学出版社， 2001． ［6］李德葆， 陆秋海． 实验模态分析及其应用［M］ ． 北京 科学出版 社， 2000． 作者通信处周新祥114051辽宁省鞍山市高新区千山中路 185 号 辽宁科技大学机械学院工程力学部 E- mailzhouxxas163． com 2012 －09 －26 收稿 311 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期