建筑垃圾分揀技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

陳昱成，耿貴軍，申明遠(yuǎn)，曹正峰

(中建機械有限公司，河北 廊坊 065000)

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速，建設(shè)產(chǎn)生的建筑垃圾也日益增多。據(jù)統(tǒng)計，每年建筑垃圾產(chǎn)量已達(dá)到2.6 億噸，目前占地面積達(dá)126萬畝[1]，固體廢物產(chǎn)生強度高、利用不充分，部分城市‘垃圾圍城’問題十分突出[2]。針對這一問題，通過簡單外運、填埋等處理方式，不僅會在輸送過程中給環(huán)境帶來一定的污染，而且也會增加垃圾處理的成本。鑒于建筑垃圾處理產(chǎn)業(yè)在資源與環(huán)境保護(hù)上的先進(jìn)性，必先明確建筑垃圾的構(gòu)成，將建筑垃圾各組分精細(xì)分離，提高產(chǎn)量的同時要注重能耗控制而不能過度關(guān)注設(shè)備成本投入，進(jìn)而深入貫徹落實資源的高值化利用。

1 建筑垃圾的分類與組成

建筑垃圾在資源化處理的過程中，分選是最為重要而又最為復(fù)雜的一環(huán)，其分揀難度大，種類冗雜，且互相堆疊干涉。按產(chǎn)生源包括了工程泥漿及沙土、工程垃圾、拆除垃圾、裝修垃圾，沙土與泥漿需要進(jìn)行固化處理，其他需要分揀后才能有效利用。其具體內(nèi)容復(fù)雜多樣，如表1 所示。

表1 建筑垃圾成分一覽

現(xiàn)在常用的分揀方法大多為三分法，即上表所示的一級分類，大部分物料都沒能很好地分離，加大實際生產(chǎn)中的利用難度。部分較為先進(jìn)的處理線采用了五分法，把木材類、塑料類從其他類中分離出來，但總體來看仍然管理粗放，難以滿足資源高值化利用的需求。若要實現(xiàn)資源的回收利用和再生利用，將建筑垃圾各組分進(jìn)行精細(xì)分揀勢在必行。

2 傳統(tǒng)建筑垃圾分選技術(shù)和主要設(shè)備選型

2.1 磁性分選

磁選法是傳統(tǒng)分選方法中耗能最低，效率較高的分選方法，但其局限性也是最大的，僅能分選出物料中的磁性物質(zhì)。在這一領(lǐng)域常用的磁選設(shè)備多是懸掛式設(shè)備，對生產(chǎn)效率沒有任何影響。在建筑垃圾中，金屬類物料約占比7%，其中以廢鋼筋為主，并含有少量鋁合金，磁選法能快速而高效地分離出內(nèi)部所含的鐵基金屬，作為一種高效而低耗的分選方式，磁選法將長期在建筑垃圾分選作業(yè)中占據(jù)重要地位。

2.2 人工分揀

目前的建筑垃圾在前期收集階段尚無高效的分類方法，故部分組分與目標(biāo)產(chǎn)品分離困難，想要對建筑垃圾的各組分完全分揀在現(xiàn)階段必須有人工介入，通過在傳送皮帶機上增加人工操作臺，主要用于分揀鋁制品、電線等回收價值較高而不易通過自動化分揀設(shè)備分離的組分。但人工成本正逐漸提高，且人工分揀的效率僅為30 次/min 左右，且工作環(huán)境較為惡劣，對工作人員會產(chǎn)生明顯的職業(yè)危害。

2.3 重力分選

2.3.1 濕法分選設(shè)備

在進(jìn)行建筑垃圾分選的過程中，大多數(shù)物料都需要通過其密度特性進(jìn)行分離，而大多數(shù)可燃物的密度均小于水，故水本身就是該領(lǐng)域的理想介質(zhì)，可以一次性高效而節(jié)能的分離出木材、塑料、紙張等低密度物品，同時還可以對物料起到一定的清洗效果，提高成品物料的質(zhì)量?，F(xiàn)存的水浮選設(shè)備可以做到水資源的循環(huán)使用，另有螺旋式水選機，在進(jìn)行輕物質(zhì)分離的同時還可以進(jìn)行洗沙作業(yè)。

對于密度大于水的重物質(zhì)同樣可以使用水為介質(zhì)進(jìn)行精細(xì)分選，如在選礦作業(yè)中常用的跳汰機，可以利用磚砼之間不同的表觀密度達(dá)到分選效果，但由于其處理效率不高，目前的應(yīng)用較少。此外通過重液作為介質(zhì)也可以進(jìn)行分選作業(yè)，但考慮到建筑垃圾處理量巨大，附加值不高，且重液多有毒有害，暫時沒有相關(guān)研究。

2.3.2 干法分選設(shè)備

考慮到濕法分選對于水資源的依賴，以及泥餅等副產(chǎn)物的處理問題，部分工廠對于干法生產(chǎn)線有著迫切的需求。干法分選使用空氣作為介質(zhì)，在密度分選上存在先天劣勢，需要大功率的鼓風(fēng)機作為支撐，且由于建筑垃圾里灰塵渣土含量大，勢必造成嚴(yán)重?fù)P塵，有必要搭配吸塵抑塵系統(tǒng)。目前的風(fēng)選設(shè)備按原理分為正壓風(fēng)選與負(fù)壓風(fēng)選兩大類，物料進(jìn)入風(fēng)選室前，需要采用振動篩抖動來保證物料的松散性，使建筑垃圾混合物松散分層，否則不同類型物料間的粘連、干涉會對分選效果產(chǎn)生影響。除此之外，風(fēng)速、風(fēng)機角度、進(jìn)料方式等因素匹配不當(dāng)，會在風(fēng)選室容易產(chǎn)生渦流，增大能耗，損耗設(shè)備。

2.4 粒徑篩選

為了實際使用建筑垃圾組分，將同材質(zhì)而不同粒徑的成分進(jìn)行篩分也是有必要的。在生產(chǎn)線前端需加裝帶有棒條的振動給料裝置，可以有效篩分小粒徑物質(zhì)，減輕破碎機械工作負(fù)擔(dān)。在完成物質(zhì)分選后還需要增加精細(xì)化振動篩，以滿足實際生產(chǎn)中對材料粒級的配比要求。對于干燥物料多采用圓振篩，也可以采用滾筒篩，對于潮濕含泥物料則需要使用弛張篩。

2.5 光電識別分揀

如圖1 所示，光電法是物料經(jīng)溜槽進(jìn)入分選區(qū)間，經(jīng)CCD 和光電傳感器檢測反射光顏色與預(yù)設(shè)顏色不同時，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，以驅(qū)動高頻氣閥噴射壓縮空氣的分選手段，實現(xiàn)對非目標(biāo)異色物料的分離?，F(xiàn)存光電分揀機多采用單面檢出，一次分選技術(shù)。該技術(shù)在檢測過程中會受到物料大小、形狀及厚度等多因素限制，電信號指標(biāo)波動較大，容易對分揀目標(biāo)出現(xiàn)錯分、漏分。目前，其改進(jìn)思路大多采用增加光選設(shè)備或?qū)ξ锪线M(jìn)行二次復(fù)選的方式，在一定程度上有利于提高分選精度。但分選過程中光感器、高頻氣閥、CCD 輸出信號及溜槽角度等關(guān)鍵參數(shù)需要反復(fù)試驗調(diào)參，以達(dá)到最佳分選效果。光電分選目前最大的瓶頸仍然是成本問題，不僅設(shè)備購置價格高昂，運行成本與維護(hù)成本同樣顯著高于其他設(shè)備，使各企業(yè)望而卻步。

圖1 光電分選過程示意圖

3 建筑垃圾精細(xì)化分揀發(fā)展趨勢

3.1 傳統(tǒng)分揀方法的技術(shù)特點

目前的傳統(tǒng)分揀方法技術(shù)較為多樣化，主要依靠分揀物料中磁性、密度、形狀的差異進(jìn)行分離。其優(yōu)勢在于技術(shù)成熟，運行穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)性好，效率很高，已在各類垃圾分揀行業(yè)廣泛使用。

當(dāng)前的分選技術(shù)可以較為高效的分離物料中密度較低的輕飄物，在建筑垃圾中輕飄物占比約為6%～8%，其含量較少，且可燃物較多，對其進(jìn)行再進(jìn)一步細(xì)分的價值不高。

目前分揀工藝對于建筑垃圾的分揀以穩(wěn)定性和高產(chǎn)量為優(yōu)先考量，冀以迅速消納現(xiàn)在積存的建筑垃圾存量，有一定的積極意義，但對建筑垃圾的組分分離不徹底，既造成了處理設(shè)備的額外損耗，又無法使資源真正做到高值化利用，從長遠(yuǎn)考慮必須進(jìn)行技術(shù)迭代。

3.2 精細(xì)化分揀的策略和技術(shù)路徑

目前對于精細(xì)分離的主要要求是對于重物質(zhì)精細(xì)分離，以提高目標(biāo)產(chǎn)物，主要是混凝土等物質(zhì)的的純凈度，考慮到生產(chǎn)成本和機械損耗，使用淘汰設(shè)備的性價比較高。各組分中中標(biāo)準(zhǔn)紅磚的表觀密度約為1.8t/m3，水泥瓦約為1.5t/m3，其材質(zhì)較為疏松，作再生骨料的性能較差，而普通混凝土表觀密度約為1.95～2.5t/m3，是性能較好的組分，普通玻璃的密度為2.5t/m3，大部分陶瓷密度為2.4～2.9t/m3，其主要成分為硅酸鹽，呈細(xì)粒狀時可以與再生骨料混用。利用跳汰機械對各組分進(jìn)行分離將顯著提高成品骨料的性能，但目前的淘汰機械對密度差較小的組分分選精度不高，若要在建筑固廢分選領(lǐng)域大規(guī)模實施這項技術(shù)，需要進(jìn)一步提高淘汰設(shè)備的分選精度和分選效率。

對于工業(yè)機器人在建筑垃圾分選領(lǐng)域的運用，目前在技術(shù)上已初見成果，但由于建筑垃圾的形狀不規(guī)則，常用的工業(yè)機器人配套夾具無法在生產(chǎn)線上使用，必須輔以機器視覺，目前的機器視覺系統(tǒng)造價高昂，維護(hù)復(fù)雜，與當(dāng)前建筑垃圾處理的穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)等需求不符。

光電分選作為一種大方量高速分選技術(shù)在技術(shù)上仍然有一些難以解決的問題，對于紋理復(fù)雜，外觀差別小的物料分選效果不佳，但在建筑垃圾分選領(lǐng)域，目前最迫切的精細(xì)分選需求即磚砼分離，其顏色差異明顯，在除去大部分輕飄物雜質(zhì)后物料成分較為簡單，僅對光電分選的色感識別有要求，對光源的要求大大降低，氣動噴嘴運行高效穩(wěn)定，有望在建筑垃圾分揀領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。

4 結(jié)語

在目前的“雙碳”目標(biāo)和社會對于資源循環(huán)利用的迫切需求下，建筑固廢的分揀處理技術(shù)越發(fā)重要，提升分揀技術(shù)對處理產(chǎn)量、效率的提升有著舉足輕重的作用。所謂“建筑垃圾是放錯地方的資源”絕不應(yīng)成為一句空話和口號，將傳統(tǒng)分揀方式與新興智能分揀方式相結(jié)合是發(fā)展的必然趨勢，完善相關(guān)技術(shù)對各大企業(yè)滿足降本增效、節(jié)能減排至關(guān)重要，推進(jìn)相關(guān)研究將產(chǎn)生顯著的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。通過以上傳統(tǒng)分揀方式和智能分揀方式的比較來看，建筑垃圾通過精細(xì)化處置工藝，可將各種雜質(zhì)按照物料性質(zhì)進(jìn)行篩分、分類，最大限度實現(xiàn)垃圾的減量化和資源化，而在分揀過程中，智能分揀方式在分揀效率和分揀精度上都要優(yōu)于傳統(tǒng)分揀方式，所以建筑垃圾分揀一定要朝著智能化、無人化發(fā)展。