城市生活垃圾塑料分選技術(shù)及設(shè)備研究

張爽，陳紀(jì)文

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東佛山 528300）

塑料產(chǎn)品因化學(xué)穩(wěn)定性、絕熱性、電絕緣性強(qiáng)，在機(jī)械工業(yè)、建筑、交通行業(yè)得以廣泛應(yīng)用。塑料制品使用量增加，產(chǎn)生大量廢棄物，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。注重廢舊塑料回收處理和再生利用，對(duì)塑料行業(yè)持續(xù)發(fā)展意義重大。

回收廢舊塑料包括能量回收法、物理回收法、化學(xué)回收法[1]：能量回收法是采用燃燒方式，獲取廢舊塑料熱能；物理回收法是對(duì)廢舊塑料進(jìn)行分選、清洗、破碎處理；化學(xué)回收法是采用熱分解、化學(xué)分解方式，將塑料有機(jī)成分轉(zhuǎn)變?yōu)槭突ぴ?。無(wú)論采用何種回收方法，分選是廢舊塑料回收的基礎(chǔ)，以下將主要就廢舊塑料分選的流程、技術(shù)、設(shè)備等進(jìn)行介紹和闡述。

1 塑料分選工藝流程

在塑料分選工藝流程中，重要處理工序包括篩選、風(fēng)選、光選處理。垃圾先進(jìn)行篩選，回填垃圾內(nèi)的渣土，剩余物質(zhì)進(jìn)入到人工分揀環(huán)節(jié)，應(yīng)用磁選方式回收廢舊金屬，剩余物質(zhì)進(jìn)入到撕碎環(huán)節(jié)。撕碎處理之后，進(jìn)入到篩選環(huán)節(jié)，輕物質(zhì)進(jìn)入智能垃圾分選系統(tǒng)，其他物質(zhì)進(jìn)入風(fēng)選環(huán)節(jié)，生成成品骨料。塑料分選工藝流程如圖1所示。

圖1 塑料分選工藝流程

破袋處理時(shí)，應(yīng)將垃圾處理為標(biāo)準(zhǔn)粒度。由于生活垃圾成分復(fù)雜，在設(shè)計(jì)相關(guān)的設(shè)備時(shí)，應(yīng)具備垃圾過(guò)破碎、防纏繞等功能。破袋處理后，對(duì)垃圾進(jìn)行風(fēng)選處理。1級(jí)風(fēng)選可以在重物料中分離出塑料，1級(jí)風(fēng)選之后，將垃圾劃分為重組分區(qū)、混合區(qū)和輕組分區(qū)。對(duì)于重組分區(qū)，可以采用直埋方式處理；針對(duì)混合區(qū)，則返回到前面風(fēng)選；針對(duì)輕組分區(qū)，由于不同物質(zhì)物理特性接近，采用1級(jí)風(fēng)選無(wú)法分離，還需做好2次風(fēng)選。變重處理屬于垃圾處理的核心工藝。在1級(jí)風(fēng)選后，輕物質(zhì)物理特性接近，分選難度大[2]，因此需要采用變重工藝，按照不同物質(zhì)親水性特點(diǎn)，改變物質(zhì)容重與形態(tài)，之后通過(guò)風(fēng)選方式分離塑料與紙張。應(yīng)用此種處理工藝，可以簡(jiǎn)化分選塑料工序，提升分選效率。

2 廢舊塑料分選技術(shù)

廢舊塑料分選技術(shù)可劃分為傳統(tǒng)分選和近代分選，傳統(tǒng)分選包括人工分選、篩分分選、密度分選和風(fēng)力分選，近代分選包括電磁分選、渦電流分選、顏色法和光選技術(shù)。不同技術(shù)方法都可以作用到分離混合廢舊塑料中，但是不同方法的使用范圍、準(zhǔn)確性、分離效率差別比較大。

2.1 人工分選技術(shù)

人工分選是通過(guò)操作人員經(jīng)驗(yàn)識(shí)別、操作儀器，分類處理大體積塑料制品，如使用塑料的家具、家用電器外殼、兒童工具等。人工分選設(shè)備要求較低，但對(duì)操作人員分選經(jīng)驗(yàn)要求比較高[2]。機(jī)器無(wú)法代替人工分選效果，但是人工分選操作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

2.2 篩分分選技術(shù)

篩分分選技術(shù)是按照篩孔標(biāo)準(zhǔn)，以滾動(dòng)振動(dòng)方式使用機(jī)械篩將破碎后的廢舊塑料分離。該項(xiàng)技術(shù)不能對(duì)廢舊塑料種類進(jìn)行識(shí)別，配合其他分選技術(shù)，可以提升廢舊塑料分選效率。

2.3 密度分選技術(shù)

密度分選技術(shù)可以借助塑料間密度差異，合理分離廢舊塑料制品。在工業(yè)操作中，使混合廢舊塑料通過(guò)不同密度液體分離槽，按照塑料在液體中浮沉情況，合理劃分塑料類別。該項(xiàng)技術(shù)操作簡(jiǎn)單，可以應(yīng)用到高分離密度差塑料顆粒中，然而處理期間會(huì)產(chǎn)生廢水，不能對(duì)相近密度塑料進(jìn)行分離處理[3]。

2.4 風(fēng)力分選技術(shù)

在空氣流中，使用風(fēng)力分選技術(shù)，可以根據(jù)形狀、粒徑、密度等指標(biāo)使塑料顆粒分離。將破碎塑料置入分選裝置中噴射，風(fēng)從逆向或橫向吹掃，通過(guò)不同塑料對(duì)氣流阻力、重力合力差異，做好分選處理。應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，可以分離尺寸與形狀均勻、密度差異大的塑料顆粒[4]，也可以去除塑料中的金屬與雜質(zhì)。

1級(jí)風(fēng)選可以在重物料中分離出塑料，1級(jí)風(fēng)選之后，將垃圾劃分為重組分區(qū)、混合區(qū)和輕組分區(qū)。對(duì)于重組分區(qū)，可以采用直埋方式處理；針對(duì)混合區(qū)，則返回到前面風(fēng)選；針對(duì)輕組分區(qū)，由于不同物質(zhì)物理特性接近，采用1級(jí)風(fēng)選無(wú)法分離，還需做好2次風(fēng)選。

變重處理屬于垃圾分選的核心工藝。在1級(jí)風(fēng)選后，輕物質(zhì)物理特性接近，分選難度大[5]，因此需要采用變重工藝，按照不同物質(zhì)親水性特點(diǎn)，改變物質(zhì)容重與形態(tài)，之后通過(guò)風(fēng)選方式分離塑料與紙張。應(yīng)用此種處理工藝，可以簡(jiǎn)化分選塑料工序，提升分選效率。

2.5 電磁分選與渦電流分選

電磁分選是通過(guò)分選設(shè)備磁場(chǎng)，從混合廢舊塑料中準(zhǔn)確分離出磁性物質(zhì)。渦電流分選技術(shù)，則是利用物質(zhì)導(dǎo)電率不同實(shí)現(xiàn)分選，將高電導(dǎo)率、低密度物質(zhì)和低電導(dǎo)率、高密度物質(zhì)分離，導(dǎo)體與非導(dǎo)體物質(zhì)分離，回收混合廢舊塑料內(nèi)的有色金屬。聯(lián)合使用電磁分選技術(shù)和渦電流分選技術(shù)，能夠去除廢舊塑料的鐵磁性、非鐵磁性金屬雜質(zhì)。

2.6 顏色分選

按照塑料顏色差異實(shí)施分離的技術(shù)即顏色分選技術(shù)。廢舊塑料通過(guò)多個(gè)濾色器，將不同亮度換算為電流值進(jìn)行識(shí)別，利用分離裝置合理劃分不同顏色塑料。顏色分選技術(shù)可以分離具備顏色差別的塑料品，無(wú)法對(duì)廢舊塑料種類進(jìn)行識(shí)別。

2.7 光選技術(shù)

塑料種類不同，所具備的光譜性能也不同。采用不同光介質(zhì)，可以準(zhǔn)確掃描聚合物，對(duì)廢舊塑料材料種類進(jìn)行鑒別。在鑒別廢舊塑料時(shí)，所應(yīng)用的光學(xué)分選技術(shù)非常多，如激光光譜法、中紅外光譜法、近紅外光譜法以及X射線分選法等。近紅外光譜技術(shù)，光譜分析信號(hào)獲取難度小，且信息豐富，光譜區(qū)重疊吸收強(qiáng)度低，屬于優(yōu)先使用的光學(xué)分選技術(shù)[6]。光選技術(shù)應(yīng)用范圍廣，可以識(shí)別多種塑料制品，聯(lián)合顏色分選技術(shù)，可以增強(qiáng)分選效果。

3 廢舊塑料分選設(shè)備

3.1 風(fēng)力分選設(shè)備

風(fēng)力分選設(shè)備是利用混合廢舊塑料中的物料在空氣介質(zhì)下的沉降差異實(shí)施分離。按照不同氣流送入方向，可以將風(fēng)力分選設(shè)備劃分為垂直式和水平式兩種。其中，水平式設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于檢修與維護(hù)，但是橫向尺寸大，會(huì)增加占地面積；垂直式設(shè)備分選效率高且占地面積小，然而風(fēng)道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多為鋸齒形分段[7]。一般情況下，風(fēng)力分選機(jī)多采用循環(huán)氣流：廢舊塑料附著大量灰塵，風(fēng)力分選處理之后，通過(guò)集塵裝置除塵，同時(shí)使用鼓風(fēng)機(jī)送回至分選設(shè)備內(nèi)，從而形成循環(huán)氣流。

3.2 電磁分選設(shè)備

電磁分選設(shè)備具備較高通用性，磁選機(jī)涉及多種種類，按照主體構(gòu)造可以劃分為輥式、簡(jiǎn)式和盤(pán)式。

3.3 渦電流分選設(shè)備

渦電流分選設(shè)備由主體和控制柜構(gòu)成，主體部分包括罩機(jī)、喂料系統(tǒng)、磁輥和機(jī)架。在分選設(shè)備中，磁輥為核心部件，會(huì)出現(xiàn)交變磁場(chǎng)，包括滾筒、導(dǎo)磁筒和永磁體三部分。傳統(tǒng)同心式磁輥，鐵質(zhì)粒子滲透到皮帶內(nèi)，磁輥筒殼無(wú)法排出，由于跳動(dòng)摩擦生熱，會(huì)導(dǎo)致皮帶和滾筒被戳穿，繼而引發(fā)故障問(wèn)題。偏心磁輥則可以隨著物料狀態(tài)的變化，對(duì)磁輥軸線位置、磁輥速度、輸送機(jī)速度、下料隔板位置進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化物料分選效果，實(shí)現(xiàn)銅、鋁有色金屬、塑膠、玻璃等的分選。

3.4 顏色分選設(shè)備

顏色分選設(shè)備主要利用物料間顏色和反光率的差異，通過(guò)光電比色法和分選設(shè)備合理區(qū)分不同顏色物料類別。顏色分選設(shè)備類型多，包括下料單元、分選執(zhí)行單元、圖像采集識(shí)別單元和上料單元等。在顏色分選機(jī)中，圖像采集單元為核心組成，與設(shè)備性能、效率、成本關(guān)系密切，涉及光源背景、圖像處理計(jì)算機(jī)、圖像采集卡等核心技術(shù)。

3.5 近紅外光譜分選設(shè)備

近紅外光譜技術(shù)能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)非接觸無(wú)損檢測(cè)，在物質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。紅外光譜分選設(shè)備涉及上料、傳送、識(shí)別與控制模塊。其中，識(shí)別模塊由近紅外光譜儀及其附屬部件構(gòu)成。近紅外光譜分選設(shè)備性能穩(wěn)定性、信噪比、分辨率均比較高，可以加快掃描速度，聯(lián)合漫反射技術(shù)和透射技術(shù)可以高效采集光譜信息。

3.6 人工智能技術(shù)設(shè)備

目前，國(guó)外已推出新型的分揀機(jī)器人，通過(guò)多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別，分揀速度高達(dá)每分鐘70次，有效提高資源回收與利用效率。同時(shí)，人工智能分揀機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)路由學(xué)習(xí)方式改進(jìn)，提升系統(tǒng)整體性，確保識(shí)別操作準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語(yǔ)

在生活垃圾塑料處理中，合理應(yīng)用分選技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)塑料制品循環(huán)利用，降低對(duì)環(huán)境的污染。隨著科技的進(jìn)步，如何實(shí)現(xiàn)廢舊塑料高效分選、降低能源消耗、緩解能源資源緊張問(wèn)題是該領(lǐng)域的研究方向。