建筑垃圾制再生砖的经济性分析＊

朱美琳，王志强，刘文林，李 季，白 力，龙吉生

（1.上海康恒环境股份有限公司，上海 201703；2.上海生活垃圾焚烧处理技术及装备工程研究中心，上海 201703）

0 引言

随着建筑业高速增长，建筑垃圾产生量逐年增多，2020 年我国建筑垃圾年产生量突破3.0×109t［1］，其处理市场规模超过1 000 亿元，到2030 年其产值或将超过3 300 亿元［2］。截至2018 年我国各省市共有建筑垃圾处理厂867 座，其中填埋场717座、堆放场83 座、资源化处理厂67 座［3］。填埋是我国建筑垃圾的主要处理方式，资源化处理率仅占7.72%，远低于欧美国家的90%［4-6］。填埋浪费耕地，且有害物质会对环境造成二次污染［7-8］。2000 年以后我国开始推行建筑垃圾减量化及资源化处理，现有研究主要聚焦于资源化的技术领域、行业政策及管理，对于企业经营所需的经济性指标研究较少。对于建筑垃圾拆建再利用的经济效益，Islam 等［9］以孟加拉达卡为例评估其混凝土和砖全部回收的产值为4 496 万美元，极大地激发了回收者的兴趣。Jin 等［10］通过问卷调查收集我国建筑废物领域从业人员的看法，认为政府监管是目前影响建筑垃圾回收再利用的关键因素，但经济可行性最终主导其发展。林敏［11］通过构建经济效益模型得出以收费、罚款和补贴等经济激励政策来实现政府的监督引导，但仿真模拟还缺乏技术指标的研究。市场情况及上述研究表明建筑垃圾资源化处置迫在眉睫，但针对相关企业生存发展的经济性研究有限。

砖是建筑行业的基材，按材质分主要包括黏土砖、煤矸石砖、粉煤灰砖等。黏土砖原料易得、成本低廉，长期占据我国制砖市场，但烧结黏土砖会破坏大量耕地。根据《国务院办公厅关于进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知》（国办发〔2005〕33 号）的规定，到2010 年底，我国境内所有城市禁止使用实心黏土砖。因此本研究将不对黏土砖做进一步讨论。煤矸石制砖早在1965 年前后已有成功案例［12］，其烧结制砖可显著缓解对环境的污染，是2000 年后国家大力倡导的方向。同煤矸石类似，粉煤灰也是制砖的重要原材料，其主要成分是燃煤电厂锅炉燃烧时烟气中的粉状残留物［13］，其制砖工艺简单、掺灰量大。为改善建筑垃圾围城的现状，近年来国家大力倡导将建筑垃圾破碎、分选，作为原材料重新制备再生骨料、再生砖等，已出台如《中华人民共和国循环经济法》《新型墙体推广应用方案》［14］等政策，推广利用再生产品。

本研究对目前常见的3 种制砖原料进行工艺对比，分析煤矸石、粉煤灰和建筑垃圾制砖的经济效益，采用成本效益比较分析法探究三者的经济可行性，针对发现的问题给出合理化建议。

1 研究方法

1.1 试验方法

本试验以项目为界，选取其主要成本及收益进行定量分析，评价再生砖的经济可行性。

采用成本效益比较分析法探讨建筑垃圾生产再生砖的经济可行性，前期文献及市场调研可得主要影响因素有以下两点：①确定3 种原料制砖在比较中须满足的可比条件，主要为生产规模、运输距离等，并提出相关假设；②明确分析主要成本和收入构成，包括原料、投资、运营成本、产品销售收益及政府补贴情况。

1.2 案例选择

从国家统计局获取我国GDP 排名前20 中17个城市2020 年的国内生产总值和近20 年的房地产开发企业施工房屋面积和竣工房屋面积，如图1所示。

图1 中国GDP 排名前20 城市中17 个城市的GDP 和建筑面积Figure 1 GDP and construction area of 17 cities from top 20 cities in China by GDP

17 个城市中长三角地区占比29.14%，是我国经济发展最为活跃的地区之一，房屋建筑面积占总面积的26.78%。上海建筑垃圾资源化处理走在全国前列，刘光富等［15］分析上海市建筑垃圾利用现状，提出目前建筑垃圾处理依然存在资源化利用方式单一、产品市场接纳度不高、缺乏关键技术等问题。许振晓等［16］简述杭州市已有多家建筑垃圾处理厂在运营，但由于处理量远未达到设计值仍需吸纳更多垃圾进厂。

南京市是长三角地区经济发展的重要一环，已于2020 年6 月底成立全省首个建筑垃圾资源化利用协会，在建筑垃圾资源化处置领域走在全国前列。目前仅有王玉国等［17］以江北新区为例预测建筑垃圾产生量，本研究则以南京市为例，利用建筑面积估算法［18-19］计算南京市建筑垃圾产生量，此处仅以拆除、装修和施工垃圾计算建筑垃圾年产生量（建筑垃圾产生量=房屋施工面积×10%×1.3+房屋竣工面积×10%×0.1+施工面积×0.55）。统计数据来源于南京市统计局建筑业企业生产情况中房屋施工面积和房屋竣工面积，区别于上述房地产开发企业数据。南京市2004—2020 年建筑垃圾产生量计算结果如表1 所示。

据南京市统计局已有数据，2004—2020 年全市建筑垃圾总量增长率均值为13.35%，南京市城乡建设委员会发布数据显示，截至2021 年底，南京市共建成21 家建筑垃圾资源化利用企业，累计可收纳处置建筑垃圾约2.8×106t，其中拆除垃圾约2.6×106t，装修垃圾约2.0×105t。21 家企业中主要再生品为再生砖的企业处理规模分别为3.0×105t 和1.0×106t。建筑垃圾制备再生砖需细骨料，产能有限，因此本研究假设，在南京市拟建1 家建筑垃圾回收处理厂，处理能力为3.0×105t，且选定的煤矸石烧结砖厂和粉煤灰砖厂处理能力也为3.0×105t。

1.3 成本计算方法

煤矸石烧结砖的生产工艺主要参考杨增玲［20］的研究，煤矸石经破碎-制备-搅拌-成型-干燥-码垛-打包等工艺，制成墙体材料，主要生产设备有粗锤式破碎机、细锤式破碎机、高频振网筛、双轴搅拌机、双轴搅拌挤出机、双级真空挤砖机、切胚机等。烧结矸石砖原料方案［21］：活化煤矸石66%、矿渣8%、水泥10%、外加剂2%、沙子14%。该方案制成免烧砖的强度、吸水性指标均满足JC/T 422—2007 非烧结垃圾尾矿砖的MU15 标准要求。

粉煤灰砖以粉煤灰、石灰为原料，掺加适量石膏和骨料，经坯料制备，压制成型，并经常压或高压蒸汽养护［22］，主要生产设备有破碎机、振动分料筛、搅拌机、盘转式压砖机。粉煤灰制砖基本配合比［23］为：粉煤灰70%～80%、生石灰5%～10%、石膏1%～3%、破碎砖2%～4%，水灰比为0.60。铭泽机械提供原料配比与上述研究相近，配比为：粉煤灰70%、石灰10%、石膏2%、煤渣18%。消耗电0.039 kWh/标块，蒸汽0.250 kg/标块。

再生砖由拆除垃圾及装修垃圾破碎后辅以水泥等辅料拌合成型［24］，主要生产设备有颚式破碎机、密封式制样粉碎机、混凝土搅拌机等。原料配比［25］为水泥∶水∶沙子∶再生骨料=1∶0.3∶1∶5。南京市某再生砖企业与上述研究相近，原料配比为水泥15%、水5%、沙子10%、再生骨料70%。建筑垃圾破碎后产生一定量可燃杂物，该部分送至焚烧厂，分选出的渣土由相应厂商免费运走，该部分不计入成本。

除原材料外，制砖成本还包括砖机设备的运维。我国砖机生产设备厂家众多，根据设备规模、自动化程度等选取数十家调研其设备成本，包括泉工、中材建科、群峰、恒兴、贝赛尔、国发、三联、鸿昌、铭泽、念朋等，部分厂家的设备和运营成本如表2 所示。

表2 砖机设备厂家部分设备及运营成本Table 2 Some equipment and operating costs of brick machine equipment manufactures

上述调研数据仅为制砖系统的设备成本及人工情况，不含前端的破碎、分选等系统。由于系统自动化程度及机械损耗不同，由此引起的电耗、维护及人工成本有明显差异，仅考虑上述设备的通用部分计算其运营成本，可得年运营成本基本为160～200 万元。

2 效益比较分析

2.1 成本分析

制砖厂的成本主要包括设备、原料和运营成本3 部分，3 种制砖方式对原料的消纳能力不同，但水电消耗相差无异，主要差别为原料配比方面，以文献及砖机设备厂家调研结果做初步估算，所得成本分别为3 091.5 万元、2 987.6 万元和700.1万元。此外，3 种制砖材料所需设备不同，设备投资、折旧及维护费用差别较大，各项目具体成本费用见表3。

表3 3 种制砖方式下企业成本费用情况Table 3 Enterprise cost under three brick-making methods

2.2 收益分析

根据文献调研及企业相关统计资料可知，3 种制砖企业年收入情况见表4，其中煤矸石和粉煤灰考虑制砖收益，建筑垃圾制备再生砖多为政府合作的特许经营项目，考虑政府补贴情况，政府补贴占其收益的26.32%。

表4 3 种制砖方式下企业收入情况Table 4 Income of three brick-making methods

2.3 结果分析

根据煤矸石、粉煤灰和建筑垃圾制备再生砖的成本及收益分析可得，煤矸石制砖的年总收益为5 400 万元，粉煤灰为4 500 万元，建筑垃圾为3 420 万元，其直接经济效益（收益与运营成本的比值）分别为1.13、1.18、1.49，均大于1，收益和成本差值分别为600.14 万元、683.16 万元和1 119.93 万元。上述计算表明将建筑垃圾破碎分选制备再生砖及骨料利润可观，企业同政府协同处置建筑垃圾具有良好的经济效益。

本研究是基于假设条件成立下的初始分析，实际生产中不可避免地需要考虑原料来源、再生品市场、政策要求、生态环境等实际因素。因此，对上述几点进一步分析如下。

2.3.1 原料来源及用途

煤矸石是煤炭开采和清洗后废弃的常见尾矿，目前存量充足，粉煤灰同样是火电行业产量巨大的副产物，上述二者可发电或随能源结构调整，产量逐步减少。但建筑垃圾会随建筑业发展逐年增多，由于建筑垃圾受成分制约，回收利用常见于制备再生骨料、路基填料、砖等。建筑垃圾回收利用受建设、安装、拆除等活动影响，因此建厂均需详细调查当地建筑活动、规划建厂规模、选择处理方式等，减少资源浪费。综合来看，尽管煤矸石及粉煤灰制砖处于主流市场，但建筑垃圾围城的问题依然制约城市发展，逐年增多的建筑垃圾应从城市规划、政策引导等方面寻求解决方法。

2.3.2 制砖市场

再生砖与煤矸石砖和粉煤灰砖相比发展时间较短，还未能得到市场的广泛认可。对于再生品机械、湿度和热性能等性能指标数据库的建立可被视为一种有效促进再生品市场发展的方法［26］。目前已出台CJ/T 400—2012 再生骨料地面砖和透水砖等相关标准，规范再生砖的生产规格。Wu等［27］依托南京晶筑建筑垃圾交易平台，探讨了建立中国建筑废物管理和资源回收交易平台的可行性，平台可提供位置、日期、类别、价格等信息，解决建筑再生品信息交换不足、效率低下等问题。调研也表明砖机企业已在港珠澳大桥、徐州园博园等项目建设中使用建筑垃圾再生砖。因此政府的积极引导及合理监管将持续为再生砖市场开拓起到示范作用。

2.3.3 技术研究

近5 年来，通过黏结剂的添加提高建筑垃圾再生品质量的研究逐年增多。Liu 等［25］以中国东部某城市为例研究再生砖的原料配比发现，水泥等黏结剂占比越高，砖的强度越高。以建筑废渣为原材料，掺入微量Al2O3、Fe2O3和TiO2，利用微波烧结技术也可产出满足规范要求的砌体砖［28］。技术革新也将为建筑垃圾资源化利用提供不竭动力。

2.3.4 政策要求

从1992 年至今，我国相继颁布多项建筑垃圾相关政策法规，从建筑垃圾的产生、运输、处置、产品4 个阶段对建筑垃圾的处置利用进行规范，政策主要体现在产生者负责及规范再生品。但目前出台的政策基本为规划通知型，法律及行政法规类仅占文件总数的6.6%［29］，政策效力低下，难以从根本上改善目前垃圾资源化处置的现状。我国建筑垃圾的资源化水平仅停留在初级阶段，未能有明显改善。

3 结论

以南京市建筑垃圾制再生砖为例，研究其生产过程中的影响因素和经济可行性。年处理3.0×105t 的建筑垃圾制再生砖厂每年的运营成本和收益分别为2 300.1 万元和3 420 万元，包括政府补贴情况下收益可观。经济和人口发展使得土地资源需求加剧，尽管再生砖社会认可度低，但相较整个社会其再生利用是大势所趋，因此针对政府部门提出以下几点建议：①加强监管，在建设初期增加建筑垃圾处理的方案及投资准备，鼓励新建工程使用再生材料并给予补贴，实行源头减量化；②加强政策引导，以特许经营等方式参与其处理；③倡导科研机构提升再生品品质，提升市场竞争力。