随着城市化进程的加快, 在推动城市发展与更新改造活动的同时也产生了大量的建筑废弃物。依据深圳市国土委对建筑废弃物处理量的评估, 在“十三五”期间建筑废弃物产生量将超过3.5亿方, 年均产生量超过7000万方, 其中由于房屋拆除产生的废弃物高达4000万方, 平均每年约产生700万方。现如今深圳市已大力开展建筑废弃物的资源化利用, 在一定程度上降低了建筑废弃物对环境的影响, 但与此同时, 资源化处置涉及对废弃物的破碎筛分等再利用处置过程, 其处理过程中对环境造成的影响仍不可忽视。

根据以往研究成果, 用科学的方法和标准评价建筑废弃物资源化对环境的影响, 有助于改进其生产过程, 减轻环境负担。目前, 有关固定厂区的资源化利用与直接填埋废弃物的环境影响对比成果较多, 可为类似的建筑废弃物处置提供参考;但对于深圳而言, 由于土地资源宝贵、选址困难, 固定式综合利用厂数量有限, 处理能力远低于建筑废弃物的产出数量, 为此, 深圳大力推行拆除现场移动式资源化处理建筑废弃物, 但现阶段对建筑废弃物在拆建现场进行资源化的环境影响并未见相关报道。

为此, 本文将对深圳市移动式资源化处置建筑废弃物的项目进行调查, 采用生命周期评价方法, 定量评估不同拆迁项目对建筑废弃物进行移动式资源化处置时的环境影响, 并分析不同项目环境影响的差异及产生原因, 以便为建筑废弃物资源化管理政策的制定提供参考。

本文研究的建筑废弃物主要包括房屋和市政道路拆除产生的建筑废弃物, 主要成分为混凝土、砖、砌块和石材、砂浆、陶瓷和瓦片等惰性废弃物, 其中不包括建筑余土。

本文采用生命周期评估方法对建筑废弃物资源化利用的环境影响进行评价。依据国际标准化组织 (ISO) 公布的ISO14040中的定义, 生命周期评价 (Life-Cycle Assessment, LCA) 是对一种产品或服务系统的整个生命周期物质、能源的输入、输出以及潜在的环境影响进行定量分析的过程, 主要由目标和范围确定、清单分析、影响评价和解释四部分组成。生命周期评价 (LCA) , 因其对产品或服务环境影响评价的系统性, 已被广泛应用于辅助废弃物管理决策。由于本文重点研究不同项目建筑废弃物资源化过程的环境影响以及差异, 故对再生产品替代天然原料和减少建筑废弃物直接填埋产生的环境效益不再考虑。

本文对建筑废弃物移动式资源化处理的研究, 从废弃物产生开始, 到再生产品使用及剩余残渣填埋为终点, 主要分为废弃物运输、预处理 (钻机破碎/除铁) 、破碎筛分、骨料运输几个阶段。但不同项目对建筑废弃物进行现场资源化时, 处理过程有所差异。本文在深圳市选取了4处典型的建筑废弃物移动式处置现场, 对其资源化处理流程以及能源消耗排放进行现场调研。项目的基本情况见表1。根据现场调研情况, 4处移动式资源化项目处理建筑废弃物的流程如图1所示。

本文选取1t建筑废弃物为功能单位。进行清单分析的基础数据来自现场调研, 以反映各项目的真实情况。各阶段使用的主要设备和消耗的资源、能源以及环境排放见表2。

依据处理过程中的输入输出, 本文主要考虑全球变暖、光化学烟雾、富营养化、环境酸化四类环境影响, 以及对剩余残渣处理过程中的土地占用情况。相关能源消耗的环境排放数据来源于杨建新等人的研究成果。通过计算, 得到表3所示的各项目现场采用移动式资源化设备处理1t建筑废弃物在各阶段和总体产生的排放清单。

影响评价是依据清单分析结果对资源、生态环境、人类健康等方面进行环境影响分析, 按照ISO和国际环境毒理学和化学学会 (SETAC) 关于影响评价阶段的概念框架, 其主要由分类、特征化和加权评估组成。

本文将计算的清单分析结果, 通过对主要环境问题的识别, 按照EDIP环境影响分类的方法, 主要对环境污染类型中的全球变暖、光化学烟雾、富营养化、环境酸化以及土地占用进行环境影响评价, 具体分类及影响因子见表4所示;由下表可以看到, NO_X同时涉及两项环境负荷, 而NO_X在富营养化和酸化效应两种环境影响类型间形成串联机制, 所以在富营养化和酸化效应以分配系数1计算环境影响。

同一种环境影响可能是因为多种污染物质而引起, 因此, 就需要确定代表污染物质, 将不同污染物质的影响转化为统一的特征化指标。采用式 (1) 对全球变暖、光化学烟雾、富营养化、环境酸化进行特征化, 其当量系数采用杨建新等人的研究成果;土地占用采用清单直接分析的结果表示。使用的当量系数见表4。

其中:EP (j) ——产品或服务对第j种环境影响潜力的贡献;EP (j) _i——第i种排放物对第j种环境影响潜力的贡献;Q_i——第i种污染物的排放量;PF (j) _i——第i种污染物对第j种环境影响潜力的当量系数。

然后, 使用社会对环境影响的支付意愿作为各环境影响类型的权重因子, 采用式 (2) 确定各环境影响类型的货币化值, 将环境影响状况转化为以社会支付意愿衡量的环境影响货币值。

其中:E_pj——第j类环境影响的货币化值;w_j——第j类环境影响类型的权重;EP (j) ——产品或服务对第j种环境影响潜力的贡献。

根据以上的计算流程, 对各项目进行计算, 得到不同项目现场资源化处理建筑废弃物各阶段和总体环境影响的货币化值如表5所示。

由表5可知, 各项目资源化过程中对环境造成的影响有明显的差异。首先, 从总体环境影响的货币化值来看, 产生环境影响由大到小的顺序为B>A>D>C。A、B项目较高, C、D项目仅为A、B项目的一半左右。C项目产生的环境影响低主要是因为其预处理阶段的环境影响大约为A、B项目的四分之一;破碎筛分阶段的环境影响大约为A、B项目的一半左右;并且最终的残渣填埋阶段产生的环境影响也比A、B项目小。D项目因是对路面混凝土进行处理, 虽增加了废弃物运输过程, 但没有最初对废弃物的预处理和最终填埋废弃物的过程, 并且骨料运输辐射范围较小, 致使其最终产生的环境影响也相对较小。

从不同阶段环境影响的货币化值对比可看出, 每一个资源化项目, 不同阶段产生的环境影响存在明显差异。A、B、D三个项目在建筑废弃物现场资源化利用全生命周期中, 环境影响最大的阶段都为破碎筛分阶段。这是对建筑废弃物资源化处理最主要的阶段, 此阶段主要采用移动式破碎筛分设备对废弃物进行破碎筛分, 分离出废铁、废渣等物质, 这个阶段需要消耗大量的电力、燃油等, 产生的直接和间接排放也都随之增大。C项目骨料运输阶段的环境影响最大, 主要是因为其骨料运输辐射范围较大, 而破碎筛分中使用的设备先进, 产生的环境影响相对较低, 因而造成C项目骨料运输阶段的环境影响高于破碎筛分阶段。

在预处理阶段中, A、B项目的环境影响明显高于C项目;D项目处理的路面拆除混凝土成分比较纯净, 杂质很少, 无需预处理。对于C项目, 其采用的是德国设备, 该设备对废弃物进料的尺寸接受范围较大, 而且即使对含有钢筋的大块混凝土块也可以处理;但A、B项目使用的是国产设备, 需对废弃物破碎至60cm以下且去除主要钢筋后才能进行处理, 因此A、B项目在预处理阶段产生的设备能耗大, 环境排放比较高。

在破碎筛分阶段中, 4个项目在此阶段的环境影响货币化值排序为A>D>B>C, 其中A、B和D项目产生的环境影响比较大, C项目在此阶段产生的环境影响约为前者的40%。造成差异的原因可能有两方面:一是废弃物构成成分的差异;二是处理工艺流程及设备选型存在差异。

依据现场调研情况, C项目采用了德国进口的移动式破碎筛分设备, 与国产设备普遍用电作能源不同, 其采用柴油做能源, 能耗低, 生产效率高, 稳定性好, 产生的环境排放也相对较低。而A、B、D三个项目都是采用以电为能源的国产移动式破碎筛分设备, 价格仅为德国进口设备的三分之一到二分之一左右, 其生产效率还有待提升。

从废弃物构成角度, D项目主要对拆除路面产生的混凝土废弃物进行处理, 这类废料硬度一般比房屋拆除废料的硬度大, 破碎相同质量路面废弃物所花费的时间较长, 单位时间处理废弃物相对较少, 分摊到单位废弃物的能耗就越大。对于A、B项目, 虽然单位时间处理的量较多, 但由于设备单位时间能源消耗较大, 所以单位废弃物的能耗也较大。

在骨料运输阶段, 环境影响差异主要是再生骨料使用地距离不同造成的。根据资源化企业的经验, 出于运输成本的限制, 一般再生骨料的销售辐射范围为15km以内。由表1可知, B、C项目的再生骨料运输距离都达到了15km, 而D项目仅为5公里, 因此B、C项目在骨料运输上的环境影响也为D项目的3倍。由表5可以看出, 4个项目中再生骨料运输阶段的环境影响占总环境影响的比例为13.3%~40.6%, 由此可见尽量缩短再生骨料的使用距离对于减少环境排放也较为关键。

在最终废弃残渣填埋阶段, A、B项目的环境影响相同, 且明显高于C项目的环境影响。其主要原因是A、B项目残渣运输距离比C项目远得多, 且每吨废弃物资源化处理后剩余的残渣比例也高。A、B项目产生的废弃物中除有木屑等杂质外, 还存在不能与生活垃圾一起填埋的废弃物, 需运往东莞、惠州等专门的建筑废弃物填埋场进行填埋处置。而C项目在对建筑废弃物进行资源化利用前, 对其进行了分拣除铁等相关处理, 现场对其资源化处理后产生的最终废弃物主要是木屑等轻小废弃物, 所以最终产生的残渣主要运往附近几公里之内的生活垃圾填埋场进行处理。

综上所述, 各项目在现场处置建筑废弃物的过程中, 其技术、处理过程以及管理等多个方面存在差异, 导致产生的环境影响相对不同, 且不同项目相同阶段产生的环境影响也存在明显的差异。通过以上分析可知, 建筑废弃物现场资源化处置仍存在很大的改善空间来减少对环境的影响, 可重点从设备的选型、处理过程的改进、运输距离优化、合理分类等多个方面进行改善。

从表5可以看出在所有项目中对环境影响贡献最大的是全球变暖, 占所有环境影响类型的70%以上, 而对全球变暖贡献较大的是生产再生骨料及预处理过程中排放的CO₂。A、B、C三个项目, 因最终无法资源化的废弃物需要填埋, 土地占用造成的环境影响所占的比例也相对较大。

由于全球变暖和土地占用占所有影响类型90%以上, 因此, 为了尽量减少环境影响, 应采取措施以重点减少这两类环境影响类型, 例如改进再生处理工艺, 提高废弃物资源化利用效率, 尽量降低设备的能源消耗, 减少不能处理的废弃物残渣, 从而减少土地占用以及二氧化碳排放。

本文将研究结果与北京市出台的《建筑垃圾再生骨料能源消耗限额》 (DB11/T-1386-2017) 进行对比分析, 从客观的角度分析各项目在能源使用方面是否达标。在此标准中规定了现有建筑废弃物资源化处置厂能耗限额限定值, 是现有建筑垃圾资源化处置厂单位原料处置综合能耗的最大值, 采用 (3) 式进行计算。

其中:E——单位能耗限额限定值;e——单位原料处置综合能耗限额限定值基础值;P_i——各种影响因素的修正系数 (包括规模修正系数、建筑废弃物成分修正系数、分类修正系数、处置方式修正系数以及建筑废弃物处置环保措施修正系数)

本文依据实际调查情况, 得到各能耗影响因素的修正系数, 依据上述公式计算4个移动式资源化项目的单位能耗限额限定值, 其结果如表6所示。

表6计算的单位能耗限额限定值, 依据该标准的生产界区是从建筑废弃物产生开始到形成骨料为止的生产过程, 不包括后续的骨料运输及最终残渣填埋的过程。本文的生产界区主要包括预处理和破碎筛分两个阶段。通过实际调研结果, 计算出同样生产界区内处理单位建筑废弃物所需消耗的电力和柴油, 其结果见表7所示, 其中折标准煤系数来自于《综合能耗计算通则》 (GB/T 2589-2008) 。

从表7中可看出, 按照北京市出台的标准计算4个项目在该生产界区内的单位总能耗标煤值, 只有C项目能达到其限额限定值, 其余3个项目均超出限定值35%以上。C项目在预处理和破碎筛分阶段由于技术、工艺流程的改进以及所使用的设备先进, 所消耗的能源相对较低, 因此能达到其能耗限额限定值。而A、B、D项目在对建筑废弃物进行处理时, 还存在很大的节能空间, 若要达到其标准限定值, 可通过相关节能技术改造并加强节能管理, 减少单位总能耗的排放值。

根据前述结果可知, 在移动式废弃物资源化处置过程中, 仍有很大的空间来减少对环境的影响, 具体可从以下几个角度出发:

(1) 合理分类角度:拆除建筑废弃物的成分比较复杂, 若不能对产生的废弃物进行及时有效的分类, 将会极大降低资源化设备对废弃物的处理效率。政府应允许资源化企业将产业链上延到拆建环节, 从源头保证废弃物进行合理分类, 以提高建筑废弃物的利用效率, 实现可持续发展的目的;

(2) 设备选型角度:我国对建筑废弃物的再生利用设备研究开发起步较晚, 现有设备制造企业主要是从传统采矿设备企业转型而来, 对建筑废弃物的特征和处理要求理解有限, 目前的设备制造和研发水平总体上还有待提高。为了减少建筑废弃物再生利用过程中的环境危害, 一方面, 废弃物资源化利用企业可以与设备制造企业进行联合开发, 从生产效率和能源消耗两方面提升设备能力;另一方面, 政府可以采取一些经济措施, 鼓励资源化利用企业选用低能耗、高效率的设备, 减少对环境的影响;

(3) 运输距离角度:由于再生骨料的辐射使用范围越大, 运输过程造成的环境影响也就越大, 因此应合理设置再生骨料使用的范围。政府可以鼓励行业协会建立再生骨料的供应和需求信息平台, 借助信息化技术手段优化产品的供需匹配, 在保证企业经济利益的同时, 尽量缩短再生骨料的使用距离以减少环境排放。

综上所述, 移动式资源化处置的环境影响与建筑废弃物的处置工艺、设备选择、再生资源的辐射范围等诸多因素都有密切关联, 因此, 在深圳市大力推广使用时, 应该注意对参与企业的规范, 使建筑废弃物能够得到合理的再生利用的同时, 最大限度地降低资源化生产对环境的影响。本文研究仍存在不足之处:以支付意愿法确定环境影响类型权重时, 应考虑各类环境排放收费值的实时性适时更新;建筑废弃物资源化骨料中的粗细百分比差异的环境影响应予以考虑;另外, 本文基于选取的4个典型项目, 结论的普适性仍有待加强。