工业园区固体废物资源化技术研究

夏志新，林晖，钟真宜，何春倩，黄树杰，李惠萌

（广东环境保护工程职业学院，广东佛山528216）

随着我国经济体制改革向纵深发展，资源约束趋紧，环境污染加剧，发展障碍越来越多，不平衡、不协调、不可持续问题更为突出。要破解这个难题，建设生态中国、美丽中国、和谐世界，必须走资源循环利用的道路。工业园区固体废物资源化，是解决目前资源约束趋紧的重要环节，是建立循环经济的关键点。国家已对工业园区固体废物资源化进行了政策导引，制定了《行业类生态工业园区标准（试行）（HJ/T273-2006）》、《静脉产业类生态工业园区标准（试行）（HJ/T275-2006）》、《综合类生态工业园区标准（HJ274-2009）》和《生态工业园区建设规划编制指南（HJ/T409-2007）》等。这些标准和指南为工业园区固体废物资源化项目实施设定了量化指标，对工业园区规范化管理起到基础性作用。国家已经进行生态工业示范园区的申报、评估、验收与确认工作，也授牌一批生态工业示范园区，一大批工业园区也在积极申报生态工业示范园区。生态工业园区的建设，对其他工业园区具有示范性作用。但是，它们在发展过程中，本身有自己的特色，是个案，经验能否直接移植到其他工业园区是存疑的，而且，在建设过程中也存在自身待解决的问题。文中就工业园区固体废物资源化技术进行探讨，以期对生态工业园区建设有所帮助。

1 工业园区固体废物的重新界定

《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》对固体废物和工业固体废物作了明确的规定。固体废物，是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质，以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。工业固体废物，是指在工业生产活动中产生的固体废物。虽然《固体废物污染环境防治法》对工业固体废物界定的很清楚，但在对概念的理解和生态工业园区建设的实施过程存在外延缩小问题。如：《综合类生态工业园区标准（HJ274-2009）》中对工业固体废物产生量的规定如下：指工业企业在生产过程中产生的固体、半固体和高浓度液体状的废弃物的总量，包括冶炼废渣、粉煤灰、炉渣、煤矸石、危险废物、尾矿和其他废物等。不包括矿山开采的剥离废石和掘进废石（煤矸石和呈酸、碱性废石除外，酸性和碱性废石是指采掘的废石，其流经水、雨淋水pH值小于4或pH值大于10.5者）。其他废物包括污泥、工业垃圾等工业固体废物。工业垃圾包括机械工业切削碎屑、研磨碎屑、废沙型等；食品工业的活性渣；硅酸盐工业和建材工业的砖、瓦、碎砾、混凝土碎块等。污泥是指工业废水处理中所排出的固体沉淀物（以干泥量计）。这个定义缩小了固体废物污染环境防治法中关于工业固体废物的外延。事实上，工业固体废物不仅仅是边角料、废液、废泥、废渣，还包括如下固体废物：不合格的半成品、产成品，合格但销售不出去的产成品，以及由于产品线的变化导致库存的生产原产品的原材料、半成品和产成品。这些固体废物在工业企业产生的固体废物中占较大的部分，性质与其他固体废物也有较大的差异，产生该类固体废物的企业对这类固体废物处理与处置理念也不一致，对这类工业固体废物的资源化技术选择也不尽相同。

另外，通常把工业固体废物按废物属性分为金属类、纸类、塑料类、橡胶类等。这个分类方法通俗易懂，但不利于工业固体废物的资源化管理。实际上，很多工业固体废物都是多种属性的复合体，比如：电子废弃物，就是由基板和电子元器件组成，电子元器件又有数百种元器件，基板又分为聚酯和铜片，根本就不是上述四类中的哪一类。广州某资源再生公司将钢铁固体废物按回用等级分出40多类，纸类分出30多类。固体废物资源化技术最终还是要落实到资源化目标上，主要关注的还是固体废物的原料特性，资源化技术也应是从原料处理入手，根据分类后的原料进行资源化。

2 工业园区固体废物资源化的基本思路

工业园区固体废物资源化应从管理和技术两个角度切入。管理方面主要确定企业、工业园区管理委员会、政府、社会等在此项工作中应起的作用，理顺各方的关系。技术方面包括固体废物资源化技术选择的影响因素分析与技术实施过程遇到的问题解决等。首先，政府应制定政策，鼓励企业实施固体废物资源化技术；工业园区管理委员会应搭建平台，采取规划、引入关键种企业、构建生态产业群、信息共享、培训、鼓励科技创新、引进补链企业等措施，组织各方完成固体废物资源化的各个环节。其次，园区企业应根据清洁生产技术要求，实施厂内清洁生产，从源头上尽量减少固体废物的排放。最后，应根据市场对资源进行配置的原则，合理选择产业链技术、固体废物回收技术、固体废物再生与循环技术，根据工业园区的业态，动态划分固体废物物质流渠道，通过协调，采取具有弹性的、可持续的生态产业共生网络结构，完成固体废物的企业、园区、区域、社会的物质循环，使各方利益诉求得以实现。

3 工业园区固体废物资源化技术及应用分析

3.1 固体废物生态产业链构建与运行维护

固体废物生态产业链技术，是通过构建生态产业链条，使一个企业（行业）产生的固体废物，成为其他企业的原料，从系统上达到减少或消除固体废物向环境排放的目的。

固体废物再利用对现有生产系统影响较大，而固体废物资源的产品化涉及复杂多样的市场。因此，固体废物生态产业链的构建，可以考虑引入关键种企业，在不能完成有效循环的工业园区，引入补链企业，构建以“关键种企业”为核心的生态产业群，综合考虑上游企业固体废物的产量与品质、下游企业的客户对产品性能的诉求、下游企业的原材料需求量及品质要求、固体废物资源化的技术可行性及经济合理性、规模经济、运输成本、环境效益等对生态产业体系影响的各种关键因素。固体废物生态产业链的构建是个复杂的系统工程。

这方面有成功的案例。国外建设的较早、较为成功的生态工业园是丹麦的卡伦堡（Kalundborg）工业共生体[1]。该共生体最初由5家企业和周边协同组织组成，一起完成物质和能量的梯级流动。共生体的物质流动是：Asnaesvaerket燃煤电厂脱硫产生的石膏，供给GyProc石膏材料公司生产石膏板材；锅炉燃烧产生的粉煤灰供给水泥公司生产水泥；Statoil炼油厂尾气的二氧化硫，用于硫酸厂生产硫酸；Novo Nordisk制药厂产生的污泥和Asnaesvaerket养鱼场的淤泥作为农场的肥料，整个体系产生固体废物得以有效利用。

国内设计得比较好的有广西贵港生态工业园[2-3]、新疆石河子国家生态工业（造纸）园区[4]等。贵港生态工业园是以制糖厂为核心企业而建立的网络系统，核心网络节点是蔗田系统、制糖厂、制浆厂、造纸厂、酒精厂、热电厂和环境综合处理系统，这些节点之间通过资源（物质、能量、知识、信息等）流动构成了复杂的网络联结。贵港生态工业园的主要物质流渠道如表1。

表1 贵港生态工业园的主要物质流渠道表

贵糖（集团）利用此种生态产业链，产生良好的综合效益。贵糖日榨甘蔗能力1万t，每年压榨甘蔗100万t左右、产糖12万t，每年生产蔗渣造纸10万t，其中包括高级文化用纸生产能力5万t，普通文化用纸3万t，生活用纸2万t，轻质碳酸钙215万t，甘蔗专用复合肥3万t，酒精废液粉115万t，综合利用产品的销售收入和实现的利税占企业利税总额的60%以上。

与生态产业链的构建相比，生态产业链的有效运行，是一个更为复杂、更为持久的系统工程，需要生态产业链各方及相关组织的有效配合。随着循环经济的快速推进和产业生态系统（Industrial Ecosystem）的规划建设，生态工业园区建设也遇到越来越多的问题。其中，系统不稳定现象最为突出，包括卡伦堡在内的一些生态工业园区在运营中已经出现了由于系统内、外部相关因素发生变动，从而影响、破坏生态产业系统的稳定性的问题[5-6]。1995年，由于Asnaesvaerket火电厂使用了含钒木松石油，导致下游GyProc生产的石膏中大量含钒，造成了人体健康风险，火电厂被迫大量追加投资改进其设备[7]。正如Baldwin和Ridgway所说：“对卡伦堡而言，技术变化、革新、外部的新压力（比如法律和公众压力，新能源，新材料）、合并和接管等变化都会使整个系统承受显著影响，甚至有可能使系统坍塌[8]。”我国最早一批开始生态工业建设的某著名工业园区发生人事变动，由于继任领导在产业布局和发展战略上有不同认识，着手对过去已经长期运行的企业工艺流程进行再造，结果切断了原来上下游企业之间的废料—产品循环流动途径，使原先的一些生态工业链条发生断裂、变动，系统稳定性遭到破坏[7]。因此，生态产业链运行维护更为重要。

生态产业链的运行维护，不能仅停留在理论探讨上，应更深入地分析和解决影响产业生态系统稳定性的各种因素。首先，应分析生态产业链内各方的诉求，在综合考虑各方诉求的基础上寻找平衡点。作为生态产业链内的企业，其首要考虑的是盈利、生存和发展，如果企业的诉求不能得以实现，企业的所有者就没有经营的原动力，这个企业参与生态建设的意愿也就难以长久保持下去。政府作为产业生态系统的倡导者，应该有义务维护该系统的稳定性。政府可通过制定优惠政策，引导、支持产业生态系统内的企业良性循环。其次，产业生态系统的稳定性是动态的。任何企业都有生命周期，应该通过市场和竞争来保证企业的旺盛生命力。不要过于担忧产业生态系统偏离平衡点，可考虑引入适度竞争，来增强产业生态系统内企业的活力。最后，应该将生态产业链放在区域循环，甚至社会循环加以考虑，合理区分哪些固体废物在上下游企业之间循环，哪些固体废物通过固体废物回收公司进行循环，哪些固体废物在区域和社会之间完成循环。政府（或固体废物回收公司）应建立固体废物交换信息平台，适时、有效、分类提供可供交换的固体废物（再生资源），在区域内（社会范围内）形成再生资源供需信息共享，要有效维护该信息交换平台，使之正常运转。另外，生态产业链应该是个开放的体系，在固体废物物质流动中，应该从量和质两个方面与区域和社会物质流动取得动态平衡。

3.2 工业园区固体废物回收与分类技术

工业园区固体废物的回收与分类，是产业生态系统构建和运行管理中非常重要的一环，但很少见有关于这个方面的研究。在调研中发现，某工业园区的一家静脉企业——资源回收公司，将固体废物回收渠道直接延伸到上游企业固废的排放点，在上游厂家的厂区内进行分类，对大宗有用物质直接进行回用。这样做有两个好处，一是减少了固废的装卸费用；二是这种分类与回收方式是动态的，可以减小上游企业的固废存放压力与风险，减轻资源回收公司的厂房和仓库压力，保证上下游企业正常运营。当然，调研中也发现，有的资源回收公司，再生与资源化设备安装好了，但回收不到固体废物，导致生产线不能正常运转。这些情况说明目前的固体废物回收体系是不尽合理的。有些公司在这方面做得非常好，广汽丰绿废钢资源最大化回收处理系统[9]和宝钢发展有限公司的资源再生利用体系[10]给出很好的借鉴作用。

广州广汽丰绿资源再生有限公司位于广州南沙区，于2005年3月由广州汽车集团商贸有限公司和日本丰田通商株式会社共同出资成立，主要业务是回收广汽丰田汽车有限公司及园区内其他汽车零部件配套生产企业产生的废钢、废铝等金属类废弃物及废塑料、废纸等非金属类废弃物。其中，金属类废弃物主要包括冲压边角料、型钢、铁屑等。广汽丰绿废钢资源最大化回收处理系统的运作方式如下：首先，通过输送线传送将上游企业送来的废钢料进行分选，挑出可用滚压、剪切、冲压等工序加工成可直接利用的平板料，进行剪切、扩口、粗滚轧、精滚轧、校平、裁剪等工序，制成家电外壳、铰链等配件，供有关企业直接应用，以此来提高废钢二次利用率，使回炉废钢减量化。然后，将不能用简单的滚压、剪切、冲压手段制成可直接应用产品的废钢料、铁屑，进行分拣、筛选、打包后，外运至钢厂或铸造厂作为回炉料。该厂为了提高分拣工段的自动化水平和生产效率，在废钢料分拣工段上了一条自动分拣输送线，来代替原来人工分拣的处理方式。该厂废钢料分选、打包工艺流程为：金属散料—自动分选—天车投料、计量—打包机料膛—钢包—电磁吸盘天车装车外运。另外，该公司选用了具有独特液压驱动系统和先进软件控制系统的德国林德打包技术装备，来提高废钢的压缩率和打包效率。与同规格的国产废钢料打包产品相比，广汽丰绿资源再生有限公司所采用的废钢料分拣、打包生产线的打包量大，能耗低，打包效率大大提高，企业的废钢处理能力也得到提高。该生产线产出的废钢包密度较高，可使钢水出炉率提高20%，节能效果显著。

宝钢发展有限公司的固体废物回收体系也颇具特色。宝钢发展有限公司采用一体化发展战略，坚持全流程管理，实现固废处理和资源利用全过程无害化，不产生二次污染；坚持循环经济，提高固废返回生产利用的比例；强化技术和市场开发，提高固废产品化加工规模和档次。在固体废物资源化实施上，建立了以宝钢集团内钢铁主业固废处理和利用的一体化再生资源管控平台，设立宝钢再生资源管控中心，统筹管理、回收、分选加工、产业化发展、社会化处置、销售等各项工作。在专业化回收方面，及时、安全、科学、高效地回收固体废物，确保钢铁主体生产顺行、物流平衡。宝钢发展有限公司总结了专业化回收经验，主要有：主业物料分类堆放、培养专业化回收队伍、机械化施工、建立应急小队等。固体废物回收和分拣分为三类循环：小循环、中循环和大循环。小循环：经简单加工分选返回主体。主要是针对渣钢、渣铁等含铁类资源，经分选、破碎等简单工艺可返回生产主体，马上回收金属，从而减少一次资源的耗用量。该物流循环在钢铁厂内部进行。中循环：不能直接生产利用的固体废物，需要运出厂外，通过一定工艺设备、科研投入后建设固体废物资源化生产车间，进行深加工变成其他产品，这个产品能够给钢铁企业使用，比如废弃耐火材料、废旧油等。此物流路径较小，循环要长很多，且必须进行加工处理才能变成产品。大循环：需要大投入，主要针对即使加工处理变成产品后也无法再回到钢铁主体的固体废物，应直接进入社会化资源配置，变成其他行业原材料或其他材料，比如矿渣微粉、磁性材料等。宝钢集团的所有再生资源均在上述3个循环体系中实现流转和平衡。而且，宝钢集团只对宝钢发展有限公司一家进行再生资源业务委托，全权负责此项工作，从而避免了多头管理、乱排乱堆现象发生。这样，宝钢集团既能最大限度节约一次资源，增强主业市场竞争力，又能统一管理，责任清晰，最少程度污染环境，变废为宝。

不能孤立地看待固体废物回收，回收、分类、资源化利用其实是一体化的技术，是固废资源化体系的3个环节。对工业园区的固体废物进行回收和分类，首先应考虑的是利用，按照固体废物资源化价值最大化进行回收和分类。固体废物种类繁多，品质差异极大，资源化利用也是动态变化的，必须要非常专业的人员进行合理分类，才能有效分出下游企业所需的原材料，也才能使上游企业的固体废物资源化目标高质量实现。因此，应立足工业园区，遵循减量化、再利用、再循环的原则，对不同种类的固体废物资源进行不同的分类回收，加工处理，构建物流最短、高效、安全、二次污染低的固体废物回收利用产业链。其次，在回收路径上，应对固体废物进行完全回收，绝不能出现回收资源化价值高的物质，丢弃资源化价值低和无回收价值的物质。这方面需要政府出台固体废物资源化管理办法，对企业进行有效监督。最后，应对物流链进行合理规划，降低固体废物回收体系的运输成本。

3.3 工业园区固体废物再利用与循环技术

王瑞贤[11]将固体废物再利用与循环方式分为5种：原点利用、材料循环再生、化学再循环、废物再利用和回收热能循环。原点利用方式，主要是将固体废物以其原有的形式，就能以同样或类似的产品使用一次以上，或固体废物经拆卸后部分材料能被重新使用。这类固体废物质量下降微小、节省能源、回收流程短、费用较低。如：广州广汽丰绿资源再生有限公司回收的可用滚压、剪切、冲压等工序加工成可直接利用的平板料和宝钢发展有限公司回收的渣钢、渣铁等。材料循环再生（物理循环），是对受到剧烈磨损或损坏不能再使用的物质进行循环再生。如，金属材料、玻璃、热塑型树脂等，这些固体废物经过熔融再成型或热塑树脂溶剂溶解再析出、再成型，与原点再生相比，此法再生产品品质比原有材料有所下降。回收分类是材料循环再生的关键。化学再循环，是采用化学手段使失去利用价值的物质再生为可利用材料的再循环方式，即固体废物经过化学分解回收可利用的原料。如聚苯乙烯、聚丙烯酸酯制品通过热解，聚酯、尼龙水解回收单体。与材料再循环方式相比，此法再循环方式途径多，但实现的成本和能耗会有提升，技术限制因素也较多。废物再利用，是对固体废物经过一定的加工处理以取代某种工业原料的再利用方式。这种方式通常是降低再利用物的利用价值而实现的。如，利用废橡胶铺设道路；合金冶炼中的硅钙代替石灰用于建筑等。回收热能循环，多是利用有机废弃物热解或焚烧，回收燃料油变换成燃气、蒸汽或电能的一种再利用方式，常用于数量大、热值高、难以分离的混合废弃物。

从物料的品质来讲，物质的使用过程是个品质降低的过程，是不可逆过程。物料的品质降低越严重，资源化水平就越难以提升，甚至会出现从技术和成本上来讲难以资源化问题，如浮选尾矿中的有价金属的提取以及余料的进一步开发等就是一个固体废物资源化困难实例。因此，工业园区固体废物再利用与循环技术选取极为困难，又极为重要。这方面也有做得比较成功的公司，如位于苏州工业园区的苏州瑞环化工有限公司，主要从事有机化学品精制回收。该公司拥有1350种废溶剂分离工艺数据库，并自行开发了蒸馏计算软件和气液平衡软件，是掌握剥离液的精制回收技术的全球三家企业之一，能将有机溶剂废液中的有用组分加以回收再生，生产出符合客户要求的有机溶剂再生品。该公司处理的废液及回收的有机化学品如表2。

表2 废液回收有机化学品

该公司是一个非常专业的有机化学品类回收公司，能够将苏州工业园区及周边区域，甚至广东、福建等其他区域的有机废液通过回收、精炼，使废液中有用的、具有市场价值的有机化学品重新恢复使用价值，返回流通领域。在这个过程中，废液的精炼技术是废液再生的关键。

在选择固体废物再利用与循环技术时，首先考虑的是物质不经化学变化，能直接使用。其次，在资源化技术选取上要慎重，应经过考察和多方论证，并要进行中试，确定该技术在技术上可行、经济上合理、二次污染较小。在预处理技术上，常用的有：破碎、筛分和分选（包括：重力分选、磁力分选、电分选等），分选技术要在分选效率、投资、运行成本上取得平衡；金属回收技术，可从湿法和火法两种情况分析论证；塑料回收，主要考虑塑料改性添加剂的添加及生产产品的最终用途；纸类回收关键是考虑再生纸的脱墨；废液的回收，可选的技术有精馏、吸收、吸附、萃取等技术，但要注意废气的污染和残渣的处理。最后，还要根据上游废物原料的品质和下游客户的需求，以及工业园区企业集群的变化，对生产工艺作柔性处理，以适应外界环境的变化。

同时，必须清醒地认识到，在国内，固体废物资源化技术应用尚处于起步阶段，能够真正工业化应用的固体废物再生与循环技术少得可怜，很多技术还停留在实验室阶段，连中试都未进行，更不用说工业化了。发达国家对此都采取技术保护措施，不进行技术输出，导致我国技术选择范围有限。所以，研究出适合中国固体废物特征的固体废物资源化技术迫在眉睫。建议政府设立固体废物资源化研发专项资金，专门用于研发固体废物资源化重大关键技术和成型设备，将我国固体废物资源化落到实处。另外，在固体废物资源化的初始阶段，技术和市场开发的任务重，政府应给予固体废物资源化企业相对宽松的经营环境。建议政府对固体废物资源化企业给予倾斜政策，支持资源利用产业的发展。

4 结语

工业园区固体废物资源化，是在资源日渐枯竭、环境污染加剧的生存环境下的一条较好的出路。但是，也应看到，工业园区固体废物资源化也不是一蹴而就的事情，需要协调影响其有效运行的各种因素，才能带来良好的收益。就此，提出如下建议：

（1）生态产业链的构建和园区固体废物的回收、分类、资源化技术选择是一个问题的四个方面，必须分析下游企业客户对产品品质的需求，下游企业对上游企业固体废物数量和品质的需求，上游企业产生固体废物的数量和品质，应在分析的基础上构建生态产业系统。

（2）应根据工业园区的规模和特性，采取多种模式，引入关键种企业和补链企业，使生态产业系统构造完整。

（3）政府（或固体废物回收公司）应建设固体废物交换信息平台，按照固体废物的来源、品质进行分类，方便相关方进行固体废物资源化选择。

（4）生态产业系统的稳定性是动态的。在运行中，要对生态产业系统进行动态维护，应根据市场对企业的作用，让静脉企业参与市场竞争，来增强自身的竞争力。同时，政府在产业政策上要给予倾斜，支持静脉企业的生存与发展。另外，当市场失灵时，政府（工业园区管理委员会）应当担负起维护生态产业系统的责任，使生态产业系统恢复正常运转。

（5）应按下游企业的资源化目标和固体废物的品质需求，对工业园区工业固体废物进行有效分类，并建立完整的固体废物回收体系，按照固体废物的品位进行资源化技术选取。

（6）在资源化技术选取上，应选择技术上可靠、经济上合理、较少产生二次污染的资源化技术，以保证生态产业系统的良好运转。

（7）政府应设立固体废物资源化技术研发专项资金，专门用于研发固体废物资源化重大关键技术和成型设备，提升静脉企业的资源化技术水平。

（8）政府应制定相应的管理措施，对生态产业链条进行有效管理和监督，构建基于绿色供应链管理和绿色招商的生态工业园区生态系统控制管理体系，优化工业园区生态系统，让真正愿意参与生态产业系统的企业发挥相应的作用，将不良企业从系统中剔除。

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