段珍華，黃冬麗，肖建莊，王文飛

(1.同濟大學(xué)建筑工程系，上海 200092；2.藍泰環(huán)?？萍加邢薰?，臨沂 276000)

0 引 言

一直以來，石材作為一種天然高檔型的建筑裝飾材料，被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外裝飾設(shè)計、幕墻裝飾以及辦公設(shè)施建設(shè)等[1]，形成了一條穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)鏈，極大地拉動了一個國家或地區(qū)的經(jīng)濟增長。據(jù)統(tǒng)計[2]，從2001年至2017年，世界石材年進出口總額增長了近3倍，約150億美元，特別是中國，其石材儲量、生產(chǎn)加工能力、出口總量和總額早在2000年起均居世界前列[3]。然而，石材資源在給人們帶來巨大經(jīng)濟和社會效益的同時，在開采、加工過程中產(chǎn)生了大量的廢水、粉塵、噪聲、廢渣等污染物嚴重影響了人類健康、生存環(huán)境，對土地資源也造成了極大的浪費。據(jù)研究報道，近年來由石材行業(yè)造成的“牛奶溪”[4]、“塵肺病”[5-6]、“職業(yè)噪聲耳聾”[7]以及“石漠化”[4]等現(xiàn)象或問題越來越多。

近年來，雖然在綠色可持續(xù)發(fā)展的驅(qū)動下，國家和地方相繼出臺了一系列政策，部分地區(qū)也開始著手準備解決石材行業(yè)環(huán)境污染問題，但是目前國內(nèi)對石材加工過程中產(chǎn)生的廢棄物，即呈固態(tài)的“邊角料”和呈半液體的“廢泥漿”的回收、處置與利用卻鮮有研究。本文通過實地調(diào)查山東平邑多家石材加工廠以及當?shù)刭Y源化利用企業(yè)，對石材廢棄物的產(chǎn)生過程、危害、處置工藝以及資源化回收利用現(xiàn)狀進行分析，以期找出問題根源，為其妥善處理與資源化利用提供解決方案，為相關(guān)政府部門、石材加工廠、資源化利用企業(yè)以及科研學(xué)者等提供參考意見或建議。

1 石材廢棄物的產(chǎn)生過程及對環(huán)境的危害

1.1 石材廢棄物的產(chǎn)生過程

天然石材種類繁多，一般可依據(jù)其地質(zhì)和礦物學(xué)組成進行分類。目前我國主要分為天然板石、花崗巖、大理石、砂巖以及石灰石五大類別[8]。石材廢棄物則是在開采、提取、切割、拋光、打磨以及精加工等一系列生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的石材加工廢料，一般被分為固體(邊角料)和半液體(廢泥漿)兩種類型[9]，其中邊角料是石塊和石板在破裂過程中產(chǎn)生的碎片，而泥漿是由石材在加工過程中產(chǎn)生的石材細顆粒與起冷卻、抑塵、潤滑或清潔作用的工業(yè)用水組成的混合物。

圖1 石材廢棄物的產(chǎn)生過程[10]Fig.1 Formation process of stone waste[10]

圖1展示了石材廢棄物的產(chǎn)生過程[10]，即從石材的開采、提取到形成產(chǎn)品流入市場，這整個生命周期過程中會產(chǎn)生大量的石材廢棄物。據(jù)研究表明，石材廢棄物總量因石材的地質(zhì)、結(jié)構(gòu)和石材的自然屬性，設(shè)備類型(尤其是鋸類型)、切割方法以及工廠產(chǎn)出產(chǎn)品等參數(shù)的不同有所差異[11]，約占石材塊重量的30%～50%[11]，其中廢泥漿約占10%～30%[12-13]。面對如此巨大的石材廢棄物產(chǎn)生量，急需對當前的處置現(xiàn)狀、環(huán)境影響狀況以及資源化利用情況進行研究。

1.2 石材廢棄物對環(huán)境的危害

首先，對于固體邊角料來說，露天堆放或隨意傾倒填埋的現(xiàn)有處置方式，不僅是對自然資源的浪費，而且占用大量土地，破壞土壤、植被，還產(chǎn)生一定的安全隱患。據(jù)研究表明，隨著地表石材廢渣的堆積，會漸漸改變地表覆蓋的類型，相應(yīng)地表化學(xué)元素組成也發(fā)生改變，從而會進一步影響地表地球化學(xué)過程或化學(xué)行為，出現(xiàn)地表的“石漠化”現(xiàn)象[4]。

其次，對于半液態(tài)的石材廢泥漿來說：一是隨意亂倒在土地上，將會侵占、污染土地，尤其是對耕地，會導(dǎo)致其污染硬化，不利于莊稼的生長；二是任意傾倒在河流小溪中，會顯著污染地下水，危及水生生物，進而造成人類皮膚、眼睛和腎臟疾病的多樣性；三是露天堆放，廢泥漿將會隨其內(nèi)部水分的蒸發(fā)逐漸粉末化，隨風(fēng)飄揚，嚴重污染空氣質(zhì)量，易造成附近居民患呼吸系統(tǒng)疾病；四是各種亂倒亂排，嚴重影響城市的容貌，尤其對城市的長遠發(fā)展極其不利等。

總之，大量石材廢棄物的隨意堆放或不合理處置不僅是對資源的一種浪費，并且還會對環(huán)境造成極大的負面影響。

2 山東平邑石材廢棄物的排放與處置工藝

2.1 山東平邑石材廢棄物的排放現(xiàn)狀

平邑縣位于山東省東南部，臨沂市西陲，沂蒙山區(qū)腹地，是中國三大石材基地之一和江北最大的經(jīng)營進口石材基地，素有“中國石材之鄉(xiāng)”之稱。平邑縣擁有各類石材企業(yè)1 000余家，加工企業(yè)714家，石材產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員多達10萬人，年加工銷售各類板材5 000多萬平方米。目前，石材產(chǎn)業(yè)是當?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)之一，為當?shù)卣畡?chuàng)造大量的稅收和就業(yè)機會，但是石材在開采加工過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問題也日益突出。

通過實地調(diào)查走訪，了解到當?shù)厥募庸S主要分為兩種類型：一種為原材料加工廠，其石材廢棄物產(chǎn)生量較大；另一種為二次加工廠,也稱成品加工廠，其石材廢棄物產(chǎn)生量相對較小。而石材廢棄物的產(chǎn)生量不僅取決于石材加工類型，還與石材加工廠規(guī)模、加工階段以及加工設(shè)備等密切相關(guān)。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對于較難處理的半液體廢泥漿，一般石材加工廠的排放量和產(chǎn)能比例為3∶100，而某些加工廠通過使用多種規(guī)格的組合鋸片，不僅使其排放量減少約1/3，而且其排放量和產(chǎn)能的比例可達到2∶100。目前平邑僅石材廢泥漿日均產(chǎn)量高達400 t，高峰期預(yù)計日均能高達1 000 t。隨著石材產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，預(yù)估未來該縣的石材廢泥漿產(chǎn)量日均可達2 000 t。此外，考慮到加工過程中同時產(chǎn)生的固體邊角料，該縣的石材廢棄物產(chǎn)生總量是十分驚人的。

作為“石材之鄉(xiāng)”，該地的石材廢棄物具有量大面廣的顯著特點，若處理不當，極易給當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成嚴重影響。雖近年來，在政府的管控下石材廢棄物隨處亂倒的現(xiàn)象越來越少，但是偷排污水、亂倒廢棄泥漿(如圖2)，以及隨意堆放固體邊角料(如圖3)等現(xiàn)象仍然存在，缺乏合理的資源化處置利用方式，不僅使“放錯位置的石材資源”沒有得到循環(huán)利用，還造成嚴重的環(huán)境污染及生態(tài)破壞。

圖2 石材廢泥漿的傾倒Fig.2 Dumping of stone waste slurry

圖3 石材邊角料的堆放Fig.3 Stacking of stone scraps

2.2 山東平邑石材廢棄物的處置工藝

為了深入全面了解山東平邑石材廢棄物的現(xiàn)有處置工藝流程，研究團隊先后多次對平邑多家石材加工廠的石材廢棄物，尤其是石材廢泥漿的處置工藝進行深入調(diào)研和分析。據(jù)調(diào)查了解，對于當?shù)氐氖倪吔橇?，目前一部分是被拉去填埋溝壑之地，一部分被資源化企業(yè)收購加工制成骨料出售，具有一定的資源化利用價值。而對于石材加工過程中產(chǎn)生的半液態(tài)廢泥漿，當?shù)刂饕袃纱箢愄幹霉に嚵鞒蹋骸岸嗉壠搅魇匠恋沓爻恋矸ā?如圖4)和“濾壓或泥水分離設(shè)備處置法”(如圖5)。

圖4 石材廢漿料主流處置工藝流程：多級平流式沉淀池沉淀法Fig.4 Main disposal process of stone waste slurry: multi-stage flat flow sedimentation method

圖5 石材廢漿料先進處置工藝流程：濾壓或泥水分離設(shè)備處置法Fig.5 Advanced disposal process of stone waste slurry: filter press or mud water separation equipment disposal method

圖4的多級平流式沉淀池沉淀法是石材廢漿料主流處置工藝。目前這種多級(≥3級)沉淀池主要建設(shè)在室內(nèi)或室外，是利用物理自然沉降或化學(xué)絮凝沉淀等作用，通過對沉淀池設(shè)置高低不同的進出口，從而分離水與廢泥漿，并根據(jù)沉淀池的大小、石材加工量，以及石材加工類型等不定期對池底的石材廢泥漿進行處理，而池上的廢水則在石材加工中循環(huán)再利用。這也是我國中小型企業(yè)的主流處置方法。這主要是由于中小型石材企業(yè)財力有限，無法或不愿承擔(dān)高昂、先進的石材污水處理設(shè)備。但是，這種工藝處置后的鋸泥含水量大，難以運輸，而這種多級沉淀池一般會占用大量土地，現(xiàn)場環(huán)境差，在一定程度上缺少相應(yīng)防護措施，存在一定的安全隱患。

相對來說，濾壓或泥水分離設(shè)備處置法處置工藝較為先進。其主要以濾壓和泥水分離為主：(1)對于濾壓設(shè)備處置法，主要是將石材加工過程中的廢泥漿儲存在圖5(a)的立式污水儲存罐中，經(jīng)過沉淀之后，將上部澄清的廢水再用于石材加工中，將底部的廢泥漿使用壓力機抽到圖5(b)的壓濾機中，通過設(shè)備擠壓的方式將廢泥漿內(nèi)部的水分擠出，得到圖5(c)含水量約為10%的片狀廢泥漿。該方法的優(yōu)點是占地面積相對較少，現(xiàn)場環(huán)境好，處理后的廢泥漿也便于運輸，但是也存在處理設(shè)備費用高昂，濾壓后的廢泥漿形狀為片狀，再利用時難以分散等缺點。(2)對于另一種泥水分離設(shè)備處置法，則是結(jié)合圖4的沉淀池沉淀方法，現(xiàn)場將經(jīng)過多級沉淀之后的廢泥漿抽到圖5(e)泥水分離處理環(huán)保設(shè)備中，利用設(shè)備中的陶瓷葉片將廢泥漿中的顆粒吸附到葉片上，刮刀會在泥漿顆粒累積到一定厚度后自動將葉片上粘附的廢泥漿顆粒刮落，從而達到脫水效果，得到圖5(f)含水量在10%左右的粉狀廢泥漿。相對單一的沉淀處置，這種將脫水設(shè)備與沉淀池相結(jié)合的方式得到的廢泥漿更加易于儲存與運輸，同時其顆粒聚集程度較低，也便于后期的資源化再利用，但是這種方式的現(xiàn)場防護措施與作業(yè)環(huán)境狀況還有待加強。

3 山東平邑石材廢棄物的回收利用現(xiàn)狀及存在的問題

3.1 石材廢棄物的資源化研究現(xiàn)狀

面對量大面廣、種類繁多、環(huán)境污染大的石材廢棄物，一些科研人員已對其資源化利用形式進行了大量相關(guān)試驗研究。通過文獻分析，發(fā)現(xiàn)意大利的一家公司早在20世紀就開始使用石材廢棄物中的大理石粉末代替純堿用于電池鉛的回收，后經(jīng)進一步研究，大理石廢漿料還可做除酸劑去中和農(nóng)業(yè)中的酸性土壤，除此之外，大理石廢漿料還可用于合成塑料、防水油氈、水性涂料等[14]。并且據(jù)相關(guān)研究表明，石材廢漿料在經(jīng)過一定的處理后，可用于固體垃圾堆場底層的防水，固體垃圾的最后覆蓋，農(nóng)業(yè)和鑄造業(yè)的使用，自行咬合聯(lián)結(jié)板材的制造和其他的造紙行業(yè)、顏料行業(yè)以及制藥行業(yè)等[15]，但這些再利用處置形式成本高，消納速度慢且消納量少。

若要快速且可持續(xù)地消納大量的石材廢棄物，須將其回收利用在全世界消耗量最大的土木行業(yè)。如表1所示，近年來研究學(xué)者們對石材廢棄物的資源化利用研究，重點聚焦于通過物理或化學(xué)方法對其進行一定的處理后，使其部分或全部替代骨料、膠凝材料、填料、漿體或水源等用在水泥、砂漿、混凝土、瓷磚、路面、路堤等建筑領(lǐng)域中，并且研究表明在滿足一定的條件下，其工作性能、力學(xué)性能或耐久性等大多數(shù)獲得了令人滿意的效果，從而充分驗證了石材廢棄物在土木工程材料中回收使用的可行性。與此同時，石材廢棄物作為砂、石、水泥的替代，不僅緩解了當前資源短缺的壓力，而且還大大降低了成本，減少了碳排放的足跡，促進經(jīng)濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

表1 當前石材廢棄物在土木行業(yè)中的潛在資源化回收利用研究現(xiàn)狀Table 1 Research status of potential resource utilization of stone waste in civil engineering industry

續(xù)表

3.2 山東平邑石材廢棄物的回收利用現(xiàn)狀

當?shù)貙κ募庸み^程產(chǎn)生的固體和半液態(tài)兩種石材廢棄物整體的資源化利用水平較低，處置方式大同小異，大多數(shù)是由石材加工廠委托合法運輸車輛將其運送到政府指定場所進行集中露天堆放或填埋處置，一部分被偷偷堆放或傾倒于周邊的低洼溝壑之地，少部分被資源化利用企業(yè)回收、加工和再利用。除此之外，當?shù)蒯槍Π胍簯B(tài)廢漿料不同處置方式得到的泥漿狀、片狀與粉狀等不同含水率的廢棄物，實行了差額收費制度，車輛運輸處置費用一般為400元/車或800元/車，具體的回收利用現(xiàn)狀如表2所示。

表2 山東平邑石材廢棄物的回收利用現(xiàn)狀Table 2 Present situation of resource utilization of stone waste in Pingyi, Shandong Province

3.3 當?shù)氐墓芾憩F(xiàn)狀及存在的問題

近年來，在可持續(xù)發(fā)展和“無廢城市”建設(shè)的政策指引下，為了規(guī)范石材行業(yè)，清潔、綠色生產(chǎn)，我國相關(guān)部門先后起草、發(fā)布、貫徹落實了一系列規(guī)范和加強石材行業(yè)的標準、要求或意見，如中國石材協(xié)會于2013年組織起草發(fā)布的《石材行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》(CS 001—2013),2018年印發(fā)的《石材加工企業(yè)安全環(huán)保達標基本條件》，并于同年聯(lián)合多個部門，出臺的《禁止環(huán)?！耙坏肚小惫ぷ饕庖姟贰妒庸て髽I(yè)安全環(huán)保達標基本條件》《京津冀及周邊區(qū)2018～2019年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案》等。與此同時，山東省為了規(guī)范石材行業(yè)，于1987年成立了石材協(xié)會[30]，先后因地制宜、分類施策開展石材產(chǎn)業(yè)綜合整治，取得一定效果，特別是平邑石材產(chǎn)業(yè)被山東省石材協(xié)會授予山東省石材產(chǎn)業(yè)示范集群。但是，對于石材廢棄物，尤其是半液體的石材廢漿料，目前其處置利用仍然存在較多問題:

(1)石材廢棄物的法律法規(guī)體系不完善，尤其缺乏源頭的減量控制措施與有效的監(jiān)管機制，石材行業(yè)市場準入門檻低，產(chǎn)業(yè)布局、結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重，個體散戶或家族式小型企業(yè)多，使石材廢棄物產(chǎn)生量大，涉及面廣且分散，并且使其成分復(fù)雜多樣，波動性大，難以集中收集再利用。

(2)石材廢棄物處理方式較傳統(tǒng)且單一，缺乏合理有效的分類存放、分類收集以及分類處置的工藝與設(shè)備。一是由于企業(yè)規(guī)模小，其投資費用有限，使石材在開采、加工過程中采用的設(shè)備、儀器或廢泥漿處置工藝等較老舊，材料損耗率高。二是目前主流的沉淀池處置法使多種石材廢棄物混同處置，極大地增加了石材廢棄物成分的復(fù)雜性，加大了再利用難度，并且其處置現(xiàn)場環(huán)境較差，缺乏有效的防護措施。

(3)石材廢棄物的資源化利用以及創(chuàng)新意識淡薄，同時石材企業(yè)的環(huán)保意識有待提高，浪費現(xiàn)象有待改善。此外，石材行業(yè)還缺乏專業(yè)的石材廢棄物管理人員。

(4)石材廢棄物的回收再利用形式單一，消納量極其有限，缺乏多渠道、高消納量、高附加值且低能耗的回收再利用方式、設(shè)備或處置工藝。雖然平邑目前對石材廢棄物存在如表2所列的回收再利用方式，但這與表1所示的石材廢棄物在土木行業(yè)中的潛在資源化利用可行性方案仍存在較大的差距，并且其當前的回收利用形式單一，整體消納能力極其有限，并一定程度上還增加了能耗與處置成本，并且一些資源化利用方式還需要進一步的科學(xué)研究論證。

4 對策及建議

4.1 完善法律制度，加強源頭管控

對于正處于初期管制階段的石材廢棄物來說，完善的法律法規(guī)體系，明確的責(zé)任分工與嚴格的獎罰措施必不可少。相關(guān)政府部門應(yīng)該積極發(fā)揮法律的指導(dǎo)與威懾作用，制定詳細、具體、可操作性強的石材廢棄物全過程管理機制；加強全員環(huán)保思想理論的宣傳和培訓(xùn)教育，積極鼓勵企業(yè)引進開發(fā)新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)和新產(chǎn)品，督促石材廢棄物的源頭減量管控措施，增加產(chǎn)品附加值，減少廢棄物產(chǎn)生量；建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計平臺，嚴格把控石材行業(yè)市場準入制定，明確權(quán)責(zé)利分配；加大不定期突訪檢查力度，獎罰分明，對不達標企業(yè)進行警告、罰款處分，對長期不改或污染嚴重者采取關(guān)停的措施。

4.2 因地制宜，全過程分類治理

目前當?shù)貑我换祀s的石材廢棄物處置方式，難以滿足石材行業(yè)日益發(fā)展的需要，迫切需要形成石材產(chǎn)業(yè)園區(qū)，其須包含石材廢棄物的收集、運輸、處置、再生產(chǎn)品銷售于一體的石材廢棄物循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，建設(shè)統(tǒng)一集中的石材廢棄物分類收集處置站，形成集石材廢棄物的源頭分類收集、存放、運輸、回收以及分類再利用等全過程的分類管理模式。除此之外，再根據(jù)當?shù)靥厣?，因地制宜，加強管控，從而解決當?shù)厥膹U棄物的處置問題，減少石材廢棄物處置成本，增加其回收再利用率。

4.3 加強合作，開拓創(chuàng)新

以山東平邑為代表的中國中小型石材企業(yè)，目前對石材行業(yè)產(chǎn)生廢棄物的處置利用形式單一，消納量低，迫切需要鼓勵企業(yè)與科研院所合作，開拓創(chuàng)新多種多樣有效的資源化利用途徑。

對于石材固體邊角料:一是可以通過集中回收，處理加工形成土木工程行業(yè)的再生骨料，其不僅可以緩解當前砂石骨料價格不斷攀升的趨勢，也能對其進行大規(guī)模消納；二是企業(yè)可以改進創(chuàng)新現(xiàn)有的工藝設(shè)備，提高材料的利用率，增加產(chǎn)品附加值，如企業(yè)可以結(jié)合本土文化特色，根據(jù)廢棄石料的大小、紋路與材質(zhì)等設(shè)計、加工，制成具有中國特色的藝術(shù)品，其可大到人物雕像，小到家庭裝飾物件等；三是可以對其進行積極開發(fā)，研究出新的精細化的人造石材產(chǎn)品。

另外，對于半液態(tài)的石材廢泥漿，目前迫切需要得到政府的重視，鼓勵企業(yè)或科研學(xué)者積極找尋探究其在不同狀態(tài)下的多種資源化利用方式，最好能將其運用在消納量巨大的土木工程行業(yè)領(lǐng)域，如水泥、混凝土、砂漿、瓷磚、路面、路堤以及土壤穩(wěn)定、脫硫工藝、瀝青、聚合物復(fù)合材料等方面[31]，并根據(jù)其用途設(shè)計改進當前的加工與處置工藝，開發(fā)研制經(jīng)濟合理、操作簡單以及能耗低、功能先進的脫水或烘干設(shè)備，實現(xiàn)石材廢漿料的100%的資源化利用。

總之，面對石材行業(yè)日益增長，似有“圍城之勢”的石材廢棄物，按照現(xiàn)有的露天堆放或填埋的處置方式，對生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞，并埋下一定的安全隱患。通過對素有“中國石材之鄉(xiāng)”的山東平邑石材廢棄物的形成過程、處置工藝及其回收利用現(xiàn)狀的實地考察與研究，全面了解掌握其基本現(xiàn)狀，找到關(guān)鍵問題所在并提出相應(yīng)的解決對策，對當?shù)啬酥寥珖膹U棄物的處置具有一定的引導(dǎo)與借鑒，爭取早日實現(xiàn)石材廢棄物的減量化、資源化和無害化。