生活垃圾中廢舊塑料的二次分選技術(shù)

朱秀華，于麗娜

（中智國際工程技術(shù)（北京）有限公司，北京 100029）

近年來，隨著生產(chǎn)發(fā)展和人們消費(fèi)水平提高，塑料制品消費(fèi)量不斷增大，廢舊塑料總量也迅速增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在大中城市垃圾中，廢舊塑料比例高達(dá)10％左右。因此，采用積極對策，加強(qiáng)對廢舊塑料的處理，是保護(hù)良好的生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)塑料工業(yè)健康發(fā)展、構(gòu)建和諧社會的重要措施。

焚燒是處理廢塑料最簡便的方法，但塑料燃燒產(chǎn)生大量的CO，HC1和二惡英等物質(zhì)，會造成二次污染，且高溫易使焚燒爐損壞，故維修費(fèi)用高；采用掩埋法處理，需占用大量土地，人口密集的國家難以承受，且限制了資源的回收利用。我國人口眾多，資源相對貧乏，因此，回收利用廢舊塑料符合我國國情?！稄U舊塑料回收與再生利用污染控制技術(shù)規(guī)范（試行）（HJT 364-2007）》中提倡廢舊塑料物理回收，塑料物理回收符合垃圾無害化、減量化、資源化利用方向。

機(jī)械回收利用是處理廢舊塑料的一項(xiàng)技術(shù)，并且利用混合塑料制再生產(chǎn)品在很早之前已經(jīng)有應(yīng)用，但是混合塑料再生產(chǎn)品價(jià)值低、產(chǎn)品性能差且不穩(wěn)定，應(yīng)用范圍窄。據(jù)資料顯示，現(xiàn)在只有大約5％～25％的廢舊塑料被回收，占所有材料總量的8％，大約18％的聚合物廢棄物被堆在垃圾場，其中40％是塑料包裝用品。由于它們隨處可見、種類多、生物降解性差、使用周期短，因而倍受關(guān)注。

由于垃圾塑料品種繁雜、質(zhì)量差、回收利用十分困難，國內(nèi)外對于垃圾中的廢舊塑料回收應(yīng)用甚少。為加大廢舊塑料的回收利用，針對垃圾塑料回收的一個(gè)重要方法就是將其分離成單一組分使之回收再利用，且廢舊塑料分類越細(xì)，品質(zhì)越高，再生制品的收益越大。因此，隨著塑料消費(fèi)量的擴(kuò)大，以及人工成本的增加，自動化分選系統(tǒng)研究成為市場發(fā)展的必然需求。

1 廢舊塑料特性

1.1 廢舊塑料種類

城市生活垃圾中廢舊塑料的種類很多，按照塑料外形不同，主要有塑料瓶、塑料袋、塑料包裝、塑料玩具、塑料器皿等；按照塑料成分不同，主要有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚酯（PET）五大類[1-4]。

1.2 不同種類廢舊塑料的比例

國外塑料廢棄物的種類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相對全面，以美國為例，不同種類塑料廢棄物所占比例分別為：聚烯烴類（PO，包括PE和PP）61％，PVC 13％，PS 10％，PET 1％，其他占5％；而目前尚未查找到國內(nèi)有關(guān)生活垃圾中廢舊塑料種類構(gòu)成的相關(guān)數(shù)據(jù)，因此，從塑料制品的日常消費(fèi)領(lǐng)域來推測塑料廢棄物中各組分含量。目前國內(nèi)生活垃圾中廢舊塑料的主要來源是包裝塑料，從消費(fèi)領(lǐng)域來看，包裝塑料中不同種類塑料所占比例分別為：PE 65％，PS 10％，PP 9％，PVC 6％，其他 10％[1，2，5]。

結(jié)合國內(nèi)塑料制品的日常消費(fèi)情況以及參考美國等國外塑料廢棄物的種類數(shù)據(jù)，推測國內(nèi)生活垃圾中廢舊塑料的種類構(gòu)成情況見圖1，可以看出，聚烯烴類所占比例最大，約為40％～65％。

2 廢舊塑料回收利用技術(shù)

2.1 分選技術(shù)

目前，廢舊塑料的常用分選方法見圖2，可以看出，根據(jù)廢舊塑料是否進(jìn)行破碎預(yù)處理，主要分為兩大類：一是光電分選，主要包括X射線分離和色彩分離；二是利用密度或電阻率差異進(jìn)行分選，主要包括干式密度分離、濕式密度分離和電磁靜電分離[1]。

2.2 分選技術(shù)比較

由于濕式分選消耗水量較大，且廢水難于處理，工人工作條件較差，因此主要對光電分選、風(fēng)力分選和電磁分選進(jìn)行比較分析，研究適合工程化的技術(shù)方案。

2.2.1 光電分選（X射線、熒光X射線分離）

該法是利用不同種類塑料對X射線的吸收率不同進(jìn)行分離，不接觸、不破壞塑料制品本身，被檢測物邊移動邊分離。根據(jù)射線作用機(jī)理不同，光學(xué)分選法可分為X射線分離和熒光X射線分離[1]。

X射線分離是將投射的X射線轉(zhuǎn)變成電信號，判斷應(yīng)去除的塑料制品，用壓縮空氣將其吹落進(jìn)行分離。熒光X射線分離是由照射X射線被檢測物發(fā)生的熒光X線，經(jīng)分光后進(jìn)行主要成分的定量判斷。

X射線裝置的應(yīng)用最初是為了補(bǔ)充人工分揀，主要用于PET和PVC瓶的分離，該技術(shù)在美國、意大利等國家的一些回收工廠得到應(yīng)用。

光選裝置的示意圖見圖3。

2.2.2 色彩分離法

此方法是根據(jù)色彩進(jìn)行分離的技術(shù)，是使被檢測物的顏色通過數(shù)個(gè)濾色器后，把各個(gè)不同的亮度換算成電流值并以此分組，把顏色識別裝置和材料分離裝置組合，經(jīng)光學(xué)辨別塑料瓶等的顏色后，鼓風(fēng)吹落色瓶，該法主要應(yīng)用于顏色存在差異的塑料制品[1]。

2.2.3 常規(guī)風(fēng)力分選

常規(guī)風(fēng)力分選是將經(jīng)粉碎的塑料放在分選裝置內(nèi)噴射，風(fēng)從橫向或逆向吹入，利用不同塑料對氣流的阻力與自重的合力差進(jìn)行分選的方法。由于粉碎后粒度的粗細(xì)會影響分選的效果，所以此法要求粉碎后的粒度粗細(xì)均勻，而且粒度粗細(xì)均勻程度是影響風(fēng)選效果的重要因素[1，2]。此外，該法也可用于分選塑料中混入的石子和砂子等，但是對于密度近似及碎片形狀不規(guī)則的塑料分離效果較差。

風(fēng)力分選裝置示意圖見圖4。

2.2.4 風(fēng)力搖床分選

風(fēng)力搖床分選是風(fēng)力分選的特殊方式，其原理是利用床面的振動和上升的空氣氣流使顆粒按密度分層。具體過程是從有孔的振動床下邊吹出上升空氣流（流速為1.0 m/s），密度大或粒徑大的顆粒分布在下層，而密度小或粒徑小的顆粒分布在上層，在振動加速度和床底面的摩擦力作用下，下層重顆粒向傾斜的振動床上側(cè)運(yùn)動；相反，上層輕顆粒與下層重顆粒之間的摩擦力小，運(yùn)動到振動床較低的一側(cè)，從而使兩者得到分選[7]。因此，風(fēng)力搖床既利用了顆粒密度的差異，又利用了顆粒形狀或摩擦系數(shù)的差異。

風(fēng)力搖床裝置示意圖見圖5。

2.2.5 電磁、靜電分選

電磁、靜電分選主要有電磁分選、渦電流分選和靜電分選。電磁分選主要用于去除金屬鐵；渦電流分選主要用于去除鋁等有色金屬；靜電分選是利用正負(fù)靜電的吸引力進(jìn)行分離的技術(shù)，該法必須預(yù)先調(diào)整好塑料的粒徑、形狀并且要求物料干燥。具體過程是將粉碎的塑料廢棄物加上高電壓使之帶電，再使其通過電極之間的電場進(jìn)行分選，其關(guān)鍵是使不同種類的塑料攜帶極性相反的電荷[8]。不同成分塑料摩擦帶電順序見圖6。

該法是干式分離法，特別適用于帶極性的聚氯乙烯塑料的分選，其主要優(yōu)點(diǎn)是無廢水排放，并且密度幾乎相同的混合塑料也能分離，缺點(diǎn)是對于多種混雜在一起的廢舊塑料需通過多次分選，這是因?yàn)橐淮晤A(yù)選設(shè)定電壓的高壓電極只能分選出一種塑料。

靜電分選過程示意圖見圖7。

2.3 分選技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

在分選技術(shù)方面，有靜電篩選法、流動式風(fēng)力篩選法、濕式比重篩選法。塑料分選技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用的研究報(bào)道情況見表1。

通過表1可以看出，目前塑料分選技術(shù)的應(yīng)用在干式分離方面主要有光選和電磁，并且以組合工藝為主。

3 分選技術(shù)選用

3.1 技術(shù)方案

本方案主要結(jié)合國內(nèi)分選設(shè)備應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)采用風(fēng)力分選-X射線分選-光電分選組合工藝。3.1.1 粗分選

（1）根據(jù)密度差異，采用一級風(fēng)力分選系統(tǒng)將混合塑料分成輕、重兩大類，輕組分塑料以PE、PP和PS為主，重組分塑料以PVC，PET為主，不同種類塑料的密度見表2。

（2）根據(jù)密度和摩擦因數(shù)差異，采用風(fēng)力搖床分選系統(tǒng)，將經(jīng)過一級風(fēng)力分選后獲得的輕組分塑料再次分成輕、重兩大類，輕組分塑料主要是密度相近的PE和PP，重組分塑料主要是密度較大的PS。

（3）根據(jù)塑料吸光性差異，采用X射線分離系統(tǒng)，將經(jīng)過一級風(fēng)力分選后獲得的重組分塑料中的PVC和PET進(jìn)行有效分離。

目前，PE和PP可混合回收利用，制作低品質(zhì)聚烯烴類塑料制品，因此，在滿足回用生產(chǎn)要求的前提下，可不再進(jìn)行深度分選。

3.1.2 精分選

考慮PE回收后用于提煉高純度的PE塑料，可以通過增加一級光電分選裝置將PE和PP進(jìn)一步分離；此外，還可根據(jù)再生塑料的需要精度，適當(dāng)增加色彩分選系統(tǒng)對分選后的同種類塑料進(jìn)行不同顏色的細(xì)分，進(jìn)一步提高純度和再生產(chǎn)品質(zhì)量。

表1 塑料分選技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

表2 不同種類塑料的密度

廢舊塑料分選的工藝流程圖見圖8。

3.2 工程可行性分析

廢舊塑料分選工程應(yīng)用以設(shè)備的合理配置為基礎(chǔ)。分選設(shè)備主要有風(fēng)力分選機(jī)、X射線分選機(jī)和光電分選機(jī)。目前，風(fēng)力分選機(jī)已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，X射線分選機(jī)國內(nèi)也有部分廠家開始生產(chǎn)，光電分選機(jī)在國外研究和應(yīng)用較多，國內(nèi)主要代理國外光電分選設(shè)備，在化纖等行業(yè)有一定應(yīng)用。工程應(yīng)用中設(shè)備配置可根據(jù)分選效率、分選級別等不斷調(diào)整分選工藝參數(shù)，針對不同的混合塑料實(shí)現(xiàn)不同的分離效果。

塑料分選工程的投資較大，以設(shè)備投資為主，其中風(fēng)力分選機(jī)投資較低，而X射線分選機(jī)，特別是光電分選機(jī)投資較高。此外，就運(yùn)行成本而言，各種分選設(shè)備均以耗電為主，因此運(yùn)行成本相對較低。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益預(yù)測

（1）符合國家發(fā)展規(guī)劃。根據(jù)國家中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展綱要，對再生資源領(lǐng)域里廢舊塑料部分規(guī)劃的戰(zhàn)略目標(biāo)是：到2020年，再生利用廢舊塑料率達(dá)到50％；在解決與處理技術(shù)問題的基礎(chǔ)上，借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，研究推廣適合我國國情的廢舊塑料再生技術(shù)，提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。本方案進(jìn)行的塑料的二次分選技術(shù)研究符合國家發(fā)展規(guī)劃。

（2）實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約。廢舊塑料二次分選可以作為塑料原料供應(yīng)的重要而有益的補(bǔ)充，可有效緩解資源緊缺。通過分選后廢舊塑料的回收再利用，不僅可減少垃圾填埋占用的土地資源，減少乙烯煉制排放的大量CO2，SO2，另外，與從原油制造塑料相比，還可節(jié)省70％的能源消耗。

（3）延長產(chǎn)業(yè)鏈條。塑料二次分揀的技術(shù)研究不僅是固體廢物處理工藝的深化研究，還可以發(fā)展再生塑料粒子制造產(chǎn)業(yè)，有效延長垃圾資源化綜合利用技術(shù)的鏈條。通過塑料二次分選的工藝化研究，可建立現(xiàn)代化的集廢舊塑料回收、加工、再生利用為一體的資源流轉(zhuǎn)體系，實(shí)現(xiàn)資源的聚集、分選加工，從根本上解決廢舊塑料處理過程中所造成的二次污染問題，逐步形成回收、集中加工、綜合利用三位一體的新型再生資源產(chǎn)業(yè)鏈條，最終實(shí)現(xiàn)資源—產(chǎn)品—廢棄物—再生資源的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，有力地推進(jìn)節(jié)能減排工作，為鞏固中國制造低成本競爭優(yōu)勢，為中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本方案以生活垃圾中的廢舊塑料為原料，進(jìn)行機(jī)械化、自動化二次分揀的技術(shù)研發(fā)，選擇合適的工藝和設(shè)備，開發(fā)工程實(shí)用、操作簡便、投資節(jié)省、易于推廣的塑料二次分揀工藝系統(tǒng)。通過設(shè)計(jì)采用風(fēng)力分選X射線分選-光電分選相結(jié)合的組合工藝技術(shù)，基本可實(shí)現(xiàn)對主要塑料品種PO，PS，PVC，PET等的有效分離，利于后期再生塑料的深度回收利用。

4.2 建議

（1）由于生活垃圾中廢舊塑料二次分選工程的應(yīng)用實(shí)例較少，所以，本方案主要從理論技術(shù)角度進(jìn)行考慮，分選工藝的具體實(shí)施還需根據(jù)塑料品質(zhì)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

（2）X射線分選技術(shù)、光電分選技術(shù)比較適用于電子廢棄物中的塑料和較為單一的塑料回收，而生活垃圾中廢舊塑料的成分復(fù)雜，污濁程度較高，波動較大，采用干式分離技術(shù)方案的可靠性尚需通過一定的設(shè)備試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

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