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，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。《廢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)個濾色器后，把各個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，這是因為一次預(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，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，分選工藝的具體實施還需根據(jù)塑料品質(zhì)的實際情況進(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)備試驗加以驗證。

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