我國裝修垃圾的處理要點分析

上海躍昕環(huán)?？萍加邢薰?自瑛琪

一、引言

隨著我國城鎮(zhèn)裝修垃圾的產(chǎn)出不斷提升，大體量的裝修垃圾已經(jīng)開始影響城市居住環(huán)境的良性發(fā)展，針對裝修垃圾開展資源化利用不但能夠改善城市居住環(huán)境，而且能夠節(jié)約生態(tài)資源、降低城市建設(shè)的成本，因此加快裝修垃圾的資源化處理已經(jīng)迫在眉睫[1]。裝修垃圾成分復(fù)雜，雖以無機惰性物為主，如混凝土塊、加氣塊等，但在住宅區(qū)內(nèi)堆放、轉(zhuǎn)運的過程中會夾雜部分泥土，同時輕物質(zhì)較多（含塑料、木材、織物等），雜質(zhì)分離難度較大。裝修垃圾資源化處理的產(chǎn)品主要以再生骨料為主，再生骨料的純凈度是影響再生產(chǎn)品應(yīng)用的關(guān)鍵指標。因此，裝修垃圾中的雜質(zhì)分離，主要是輕物質(zhì)分離成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以上海某建筑垃圾資源化利用項目為例，通過實際工程運營，分析研究單滾筒風(fēng)選機在我國裝修垃圾資源化處理雜質(zhì)分離中的應(yīng)用設(shè)計和工程運行參數(shù)優(yōu)化。

二、研究內(nèi)容

（一）設(shè)備設(shè)計與配置分析

本試驗在上海某建筑垃圾處理廠進行，該廠裝修垃圾資源化處理的首道雜質(zhì)分離設(shè)備采用德國進口單滾筒風(fēng)選機，見圖1。主要由加速皮帶、分離滾筒、擴展室及可調(diào)風(fēng)噴吹系統(tǒng)等構(gòu)成?；驹硎且钥諝鉃榉诌x介質(zhì)，通過控制風(fēng)力的強度，進而按物料的密度與粒徑大小進行分選，把其中不能作為再生骨料的物質(zhì)分離出來。設(shè)備運行的基本過程為混合物料從頭部加速皮帶進入，將物料送至旋轉(zhuǎn)的分離滾筒表面，在設(shè)定風(fēng)力的持續(xù)作用下，輕物質(zhì)被上升氣流或上升氣流與分離滾筒旋轉(zhuǎn)時的共同作用力帶入后方的擴展室內(nèi)，重物質(zhì)與中物質(zhì)則因重力大于上升氣流的托力無法前進，而下落到皮帶與分離滾筒間的料斗中。

圖1 單滾筒風(fēng)選機

單滾筒風(fēng)選機是根據(jù)物料的密度實現(xiàn)不同物料的分離。由于物料粒徑可能干擾密度分選，入料的粒徑比越小，分離效率越高，但粒徑比降低會增加風(fēng)選機設(shè)備的臺數(shù)。為了保證有效的雜質(zhì)分離效率（大于95%①），對進入設(shè)備的物料粒徑比應(yīng)嚴格限制，推薦進口物料粒徑比不高于1:4，如當進入的最小物料粒徑為50mm時，則最大物料粒徑應(yīng)不高于200mm。在工藝設(shè)計過程中，物料粒徑的劃分（即粒徑比的選擇）直接影響風(fēng)選機設(shè)備的配置臺數(shù)，進而影響車間平面布置和工程投資。值得注意的是，單滾筒風(fēng)選機對10mm以下粉料的雜質(zhì)分離效果不是很敏感。因此設(shè)計過程≤10mm的粉料可以忽略粒徑比。

本項目設(shè)有兩條產(chǎn)線，每條產(chǎn)線設(shè)計處理能力為65t/h，根據(jù)物料平衡計算，到此環(huán)節(jié)的單臺設(shè)備處理量為55t/h，考慮后續(xù)反擊破后大于31.5mm的物料返回比20%，本項目單條產(chǎn)線根據(jù)粒徑比要求設(shè)置兩臺單滾筒風(fēng)選機，每臺處理能力按35t/h計算。單臺設(shè)備的給料皮帶長度2900mm，寬度1000 mm，額定速度2m/s，分離滾筒直徑為800mm，長度為1500mm，額定轉(zhuǎn)速39r/min。為了提高分選效率，應(yīng)提高加速皮帶對物料的均勻和分散布料，噴吹系統(tǒng)的供風(fēng)口位于加速皮帶下方，出口呈扁平狀，送風(fēng)管道與供風(fēng)口采用軟管連接，可自由調(diào)整供風(fēng)口噴吹角度。

（二）樣品采集

本試驗采用的物料為項目日常處理的裝修垃圾。進入單滾筒風(fēng)選機的物料是經(jīng)過一級篩分后的物料，粒徑范圍為50-200mm之間，樣品分級粒徑比為1：4，物料性質(zhì)分布如表1所示。其中重物質(zhì)主要為混凝土及磚塊和瓷磚大理石，占比約64.81%；中物質(zhì)主要為加氣塊，占比約15.86%；輕物質(zhì)主要為竹木、紙塑和織物，占比約19.34%。為降低不同樣本進行試驗而造成的誤差，本試驗采用同一批物料樣本。

（三）試驗工況設(shè)計

裝修垃圾資源化處理過程中雜質(zhì)分離的理想狀態(tài)是能夠?qū)⑤p物質(zhì)與中、重物質(zhì)完全分離，但在實際運行工況中這一點實現(xiàn)的難度較大。因此在工藝設(shè)計時采用了兩級雜質(zhì)分離的模式，由一級風(fēng)選先將大部分輕物質(zhì)從重物質(zhì)中分離出來，再將混入重物質(zhì)中的小部分輕物質(zhì)和中物質(zhì)進行二級雜質(zhì)分離。目前再生骨料主要用于再生磚、回填料等各種建材領(lǐng)域。骨料中的雜質(zhì)含量直接影響了下游再生產(chǎn)品的品質(zhì)和應(yīng)用。如用于制作再生磚的骨料要求雜質(zhì)含量比例應(yīng)低于1%②。因此，本廠在設(shè)計過程中，再生骨料最終雜質(zhì)含量設(shè)計值不高于0.5%。實際工程運行過程中雜質(zhì)含量低于0.1%。

輕物質(zhì)中的竹木、紙片、塑料等均有不同程度的回收再利用價值，可以通過進一步分離實現(xiàn)資源化利用。中物質(zhì)中的加氣塊密度介于輕物質(zhì)和重物質(zhì)之間。加氣塊分離出來后混入混凝土磚塊骨料中，制作而成的再生實心磚透水率難以控制，但可以經(jīng)過二級破碎+二級分選后用于制作蒸壓磚[2]。因此，加氣塊在首道分選中需盡量與重物質(zhì)一同分離出來。

為了提高裝修垃圾的資源化率，應(yīng)通過有效的雜質(zhì)分離，將各類物質(zhì)物盡其用。單滾筒風(fēng)選機作為首道雜質(zhì)分離設(shè)備，也是最關(guān)鍵的一道分離工序，要求雜質(zhì)去除率達到95%以上。根據(jù)一年來的滿負荷運行工程經(jīng)驗反饋，影響該設(shè)備雜質(zhì)去除率的主要因素有三個，分別為：供風(fēng)口角度、落料區(qū)間和風(fēng)壓值。

本次通過模擬實際工況進行樣本采樣，輕重物質(zhì)分離試驗在該建筑垃圾廠生產(chǎn)線14.2# 單滾筒風(fēng)選機上進行。首先確定合理的供風(fēng)口角度、落料區(qū)間，在此基礎(chǔ)上設(shè)定不同風(fēng)壓參數(shù)進行重復(fù)試驗。

三、工況結(jié)果分析

（一）最佳供風(fēng)口角度與落料區(qū)間選擇

供風(fēng)口角度表示物料經(jīng)過加速皮帶后，風(fēng)力在一定風(fēng)壓情況下，對物料的噴吹角度。落料區(qū)間表示物料經(jīng)過加速皮帶后在分離滾筒上的落點范圍，依靠分離滾筒的快速旋轉(zhuǎn)和風(fēng)力的噴吹實現(xiàn)雜質(zhì)分離。當物料與風(fēng)力角度垂直時，物料在離開加速皮帶后立即受到供風(fēng)口的風(fēng)力影響，改變原有慣性力給予的直線前進方向，轉(zhuǎn)而向上運動，減少了物料到分離滾筒的位移，致使物料的落點處于圖2中6號位下方。因此試驗參考實際運行時的設(shè)備工況，為達到較好的分選效果，使物料下落時能夠有效利用加速皮帶給物料前進的慣性力，設(shè)定出風(fēng)口角度為42°[3]。經(jīng)測試后，得出混合物料至分離滾筒表面的落點應(yīng)選取圖2中3號位至5號位之間為宜。

圖2 混合物料在分離滾筒上的落點

（二）最佳風(fēng)壓選擇

試驗樣品通過裝載機充分混合后裝入試驗噸袋中，試驗噸袋底部含有一個400*400mm的活結(jié)開口，可以不間斷卸料，模擬實際運行工況。投料通過行車吊運噸袋至單滾筒風(fēng)選機前條皮帶料斗處，待皮帶運行正常后開始勻速投料，保證進料平穩(wěn)。風(fēng)壓試驗將風(fēng)壓值設(shè)定為25mbar、35mbar、45mbar和 55mbar四 個不同值分別進行，并計算每次試驗后樣品中輕、重物質(zhì)及加氣塊分別在擴展室內(nèi)各自所占其物料總量的比例。

試驗后某一類物質(zhì)在擴展室內(nèi)的重量占其樣本重量的比例公式為：

a—擴展室內(nèi)某一類物質(zhì)的重量

A—樣本中某一類物質(zhì)的重量

1.風(fēng)壓對輕物質(zhì)分選工況的影響

圖3給出了物料在單滾筒風(fēng)選機不同風(fēng)壓下，分選后擴展室內(nèi)輕物質(zhì)的比例。隨著風(fēng)壓值的上升，對物料的噴吹強度不斷增加，輕物質(zhì)被分離的比例逐漸提高。25mbar與35mbar風(fēng)壓下擴展室內(nèi)輕物質(zhì)比例為77.92%與88.83%，不滿足95%的雜質(zhì)分選效率要求，因此≤35mbar 的風(fēng)壓值不適用。當風(fēng)壓提升至45mbar與55mbar時，輕物質(zhì)占比提高至95.84%與99.48%，達到了95%的雜質(zhì)設(shè)計分離比例要求。

圖3 不同種風(fēng)壓下，擴展室內(nèi)3類物質(zhì)的占比

2.風(fēng)壓對加氣塊分選工況的影響

圖3給出了物料在單滾筒風(fēng)選機不同風(fēng)壓下，分選后擴展室內(nèi)加氣塊的比例。45mbar風(fēng)壓下擴展室內(nèi)加氣塊的比例為10.82%，風(fēng)壓從45mbar開始加氣塊的比例上升趨勢明顯加快，55mbar風(fēng)壓下加氣塊的比例提高至17.66%，這意味著將有近18%的加氣塊混入了輕物質(zhì)中，混入的加氣塊越多，輕物質(zhì)的利用價值則越低，可回收物質(zhì)減少，資源化率下降。若要利用這部分加氣塊則需要增加分離設(shè)備，提高了投資成本。因此55mbar風(fēng)壓過大，不建議采用。

3.風(fēng)壓對重物質(zhì)分選工況的影響

圖3給出了物料在單滾筒風(fēng)選機不同風(fēng)壓下，分選后擴展室內(nèi)重物質(zhì)的比例。45mbar與55mbar風(fēng)壓下重物質(zhì)比例為3.39%與10.96%。能夠發(fā)現(xiàn)風(fēng)壓值在25-35mbar區(qū)間內(nèi)重物質(zhì)占比的變化不大，而隨著風(fēng)壓繼續(xù)從45mbar開始上升到55mbar時擴展室內(nèi)重物質(zhì)的占比提升明顯。這是因為重物質(zhì)中的部分物料，在較大的風(fēng)壓下，自身的重力已無法支持其下落，而被分離滾筒旋轉(zhuǎn)的作用力帶入了擴展室內(nèi)。這部分重物質(zhì)混入輕物質(zhì)中，給輕物質(zhì)的分選增加了難度，降低了輕物質(zhì)的資源化率。44mbar與55mbar風(fēng)壓下重物質(zhì)對整體物料的影響率為2.53%與7.11%，即55mbar風(fēng)壓下有7%左右的重物料無法被資源化利用，嚴重影響了產(chǎn)線的資源化率。因此≥55mbar的風(fēng)壓同樣也不推薦。

四、結(jié)論

為了提高裝修垃圾的資源化率，單滾筒風(fēng)選機作為首道雜質(zhì)分離設(shè)備，也是最關(guān)鍵的一道分離工序，要求雜質(zhì)去除率達到95%以上。以某建筑垃圾資源化廠實際裝修垃圾物料為研究對象，分析生產(chǎn)線上14.2#單滾筒風(fēng)選機的最佳落料點、供風(fēng)角度和風(fēng)壓，通過長期運行經(jīng)驗和工程試驗得出以下主要結(jié)論：

（1）單滾筒風(fēng)選機物料進料粒徑比不高于1:4，應(yīng)根據(jù)裝修垃圾物料特性合理選擇粒徑區(qū)間，以減少設(shè)備配置臺數(shù)，進而優(yōu)化平面布置和降低工程投資。

（2）單滾筒風(fēng)選機的最佳供風(fēng)角度為42°；最佳落料點為圖2中3號位至5號位之間。

（3）風(fēng)壓＜45mbar時，輕物質(zhì)分離效率＜95%，不滿足后續(xù)再生骨料純凈度要求；風(fēng)壓≥55mbar時，輕物質(zhì)中混入加氣塊及重物質(zhì)的比例提高，嚴重影響了項目的資源化率，不建議采用。

（4）風(fēng)壓在45-55mbar區(qū)間時，輕物質(zhì)分選率達到95.84-99.48%，同時混入輕物質(zhì)內(nèi)的加氣塊比率為10.82-17.66%，混入輕物質(zhì)內(nèi)的重物質(zhì)比率為3.39-10.96%，在保證后續(xù)再生骨料純凈度要求的情況下，實現(xiàn)項目資源化率提高的目的。但風(fēng)壓越趨近于55mbar時，分選后混入輕物質(zhì)內(nèi)的中、重物質(zhì)占比會顯著上升。因此推薦單滾筒風(fēng)選機的工作風(fēng)壓區(qū)間為45-55mbar，尤其是接近45mbar的風(fēng)壓為最優(yōu)。

注釋

①建筑垃圾處理技術(shù)標準:CJJ/T134-2019[S].

②建筑垃圾再生骨料實心磚:JG/T505-2016[S].