生活垃圾分選分類設備的選型及原理

葉明強，高博，曾毅夫，周益輝

（航天凱天環(huán)保科技股份有限公司，長沙，410100）

生活垃圾分選分類設備的選型及原理

葉明強，高博，曾毅夫，周益輝

（航天凱天環(huán)保科技股份有限公司，長沙，410100）

闡述了生活垃圾分選分類設備在垃圾資源化處理中的目的與意義，介紹了國內(nèi)外垃圾分選分類設備，分析了國內(nèi)外垃圾分選分類的優(yōu)勢特點，對國內(nèi)類似設備的發(fā)展現(xiàn)狀進行了綜合闡述。

生活垃圾；分選分類；復用技術

我國的生活垃圾產(chǎn)生量巨大且呈逐年劇增趨勢。近年來，由于城市人口不斷增加、生活物質(zhì)不斷豐富、城市規(guī)模逐漸擴大等綜合因素，歷年未經(jīng)處理的垃圾堆存量已高達66億噸，占用耕地面積高達5億多平方米。據(jù)統(tǒng)計，我國是世界上生活垃圾處理處置負擔最重的國家之一，城市生活垃圾的年產(chǎn)生量估算高達4億噸[1]。我國日常處理生活垃圾采用的主要方式是衛(wèi)生填埋，因該方法簡單，可對所有種類的垃圾進行填埋處理，且投資較少，因此已被廣泛采用。目前，我國已從無控制的隨意隨地無序填埋，發(fā)展到有序有計劃地衛(wèi)生填埋，包括濾瀝循環(huán)填埋、衛(wèi)生處理、壓縮垃圾打包填埋、破碎垃圾壓縮打包填埋、場地封場等。統(tǒng)計顯示，目前城市存量垃圾高達80億噸，據(jù)估算，采用垃圾填埋處理模式將需占用土地高達35億多平方米，已有將近2/3的大中小城市陷入了“垃圾圍城”，有1/4的城市生活垃圾轉移到鄉(xiāng)村處理，導致原本城市的垃圾變成了鄉(xiāng)村的公害[2]。尤其是城市垃圾在轉運過程中的二次污染，必然將造成城鄉(xiāng)結合地區(qū)及區(qū)域生態(tài)生物環(huán)境的嚴重惡化，因此對環(huán)境綜合治理的需求非常緊迫。

1 垃圾分選的目的和意義

生活垃圾的分類處理及垃圾綜合治理，需要考慮以下關鍵問題：

1.1 垃圾減量化問題

為了獲得更多的土地資源，使填埋場的場地得到重復利用[3]。通過對垃圾填埋場內(nèi)的現(xiàn)存固體廢棄物的綜合治理來實現(xiàn)減容，同時對填埋場地內(nèi)的容量實現(xiàn)生態(tài)恢復，從而使原有垃圾填埋場的地塊可以再次進行二次開發(fā)利用。在土地資源十分緊張的今天，原有封場填埋場內(nèi)的存量垃圾（也稱為陳腐垃圾）的資源化處理具有非常大的市場開發(fā)潛力。

1.2 垃圾無害化問題

為了消除、減輕垃圾填埋場對周邊生態(tài)環(huán)境及地下水資源的污染，特別是對于原有大量的非正規(guī)垃圾填埋場，由于在垃圾運轉有效期內(nèi)沒有采取有效的保護防護措施，產(chǎn)生的垃圾滲濾液、垃圾腐敗氣體及臭味等源頭污染，對周邊居民的生活環(huán)境造成了影響，并對地下水環(huán)境造成重大危害[4]。通過對垃圾的無害化綜合治理，

也能有效消除原有垃圾污染源的危害，從而大幅改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)環(huán)境和社會效益的雙豐收。

1.3 垃圾資源化問題

通過垃圾分類治理和垃圾資源化，可獲得可回收利用的資源。通過綜合治理和資源化過程，可得到大量的腐殖土等營養(yǎng)物質(zhì)，這部分物質(zhì)可用于綠化花木的培植土、填埋場覆土層所需的覆蓋土，以及生物過濾性污染物凈化基質(zhì)等，如果能夠采用可回收資源較多的已填埋的陳腐垃圾場地，分類出資源化產(chǎn)品，用該產(chǎn)品替代上述材料，將會在經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益上產(chǎn)生無可比擬的優(yōu)越性[5]。

對垃圾填埋場內(nèi)的生活垃圾及其他垃圾等原生垃圾的治理，應以分選+回收利用為主，通過高效的篩分、分選、遴選技術處理原生及陳腐的生活垃圾，按土沙類、不可燃物質(zhì)、可燃物質(zhì)等類別的不同，進行詳細分類，分類后所收集的可燃物體量將會大大縮小，并可制備成熱值較高的RDF，土沙類則可用于城市景觀植被，不可燃的無機物可經(jīng)深度處理后再次用于制磚、回填。

生活垃圾綜合分選分類處理，具有多方面意義：能控制有害有毒氣體的蔓延與無序擴散，可改善周邊居民的生活環(huán)境；消除垃圾填埋場產(chǎn)生的氣體造成的環(huán)境安全隱患，保證垃圾消納填埋場及附近生活居民的安全；消除生活垃圾及原生垃圾飛散對周邊地區(qū)造成環(huán)境污染。

2 國內(nèi)外生活垃圾分選技術介紹

2.1 生活垃圾分選技術現(xiàn)狀

目前，發(fā)達國家對生活垃圾已完全實現(xiàn)了源頭分類，垃圾分類已成為市民的生活習慣[6]。日本對垃圾的分選分類起步較早，對垃圾分選分類設備的應用開發(fā)方面也走在世界的前列，已形成一整套完善的生活垃圾分類法律體系和分類后的垃圾分類處理處置體系。

發(fā)達國家對陳腐垃圾或存量垃圾的分選技術，主要應用于存量生活垃圾填埋場的處置處理技術。

國內(nèi)生活垃圾的分選，包括原生生活垃圾和陳腐生活垃圾分選。其處理工藝上，根據(jù)待處理垃圾中所含有用成分的不同以及垃圾腐化、發(fā)酵的腐敗作用，設備選型必然有所區(qū)別[7]。

2.2 生活垃圾分選技術發(fā)展趨勢

目前歐美、日本等國家和地區(qū)先進的生活垃圾分類、分選、處理工藝，提出垃圾源頭分類和“兩網(wǎng)融合”資源化回收技術，從源頭上為生活垃圾的治理找出路，減少進入垃圾焚燒場、垃圾焚燒發(fā)電廠、垃圾填埋場等末端處理環(huán)節(jié)的處理量。

垃圾的源頭分選分類處置處理工藝，需要極大的社會資源及驅(qū)動資本的大力支持，需要垃圾分類及垃圾資源化意識的總體全面提升，但在較短的時期內(nèi)，尚無法快速有效鋪開。因此，在未來相當長的一段時間里，我國對原生垃圾或陳腐垃圾或存量垃圾的有效分類工藝，仍以機械設備分選為主。

《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設施建設規(guī)劃》要求，“十三五”期間，對因歷史原因形成的非正規(guī)生活垃圾堆放點、不達標生活垃圾處理設施及庫容飽和的填埋場進行治理，使其達到標準規(guī)范要求。根據(jù)國家規(guī)劃存量垃圾治理項目將達到803個，國家對存量垃圾處理的投入達到241.4億元。因此，生活垃圾分選技術，將重點投入到現(xiàn)有存量垃圾的治理，并配合合理的協(xié)同處置，治理好填埋場污染。

3 各類設備原理及選型

3.1 篩分設備

篩分設備的主要作用是，篩分出垃圾中的不同組分，如紙張、玻璃、塑料等有回收價值的物質(zhì)。篩分方法的主要機理是：原生垃圾及陳腐垃圾中有將近90%的易篩物質(zhì)，碰撞可導致物質(zhì)產(chǎn)生動能，增加物質(zhì)與篩網(wǎng)的碰撞機會，增加物質(zhì)從篩孔的通過機會，提高分選效率；缺點是陳腐垃圾的水分含量高，含量組分復雜、尺寸不規(guī)則，易導致分選效果產(chǎn)生極大波動。

根據(jù)固體廢物粒徑的差異，利用篩子將物料中小于篩孔的細粒物料透過篩面，而大于篩孔的粗粒物料留在篩面上，完成粗細物料的分離過程。篩分包括物料分層、細粒透篩兩個階段，物料分層是完成分離的條件，細粒透篩是分離的目的。

3.2 重力分選與風力分選

重力分選是根據(jù)固體廢物中不同物質(zhì)間的密度差異，顆粒群在運動介質(zhì)中受重力、介質(zhì)動力和機械力的作用，會發(fā)生結構松散及遷移分層，從而得到不同密度產(chǎn)品的分選過程。

風力、重力分選的基本原理相似。其是以高速空氣為分選單元，在高速空氣流通的作用下，較輕的物質(zhì)在風力作用下向上吹起，并在水平風的作用下完成平移，較重的物質(zhì)只在水平方向產(chǎn)生較小的移動，在這種運動特性下，固體廢物顆粒與輕質(zhì)物顆粒可按密度的不同實現(xiàn)分離[8]。風力分選分類設備特別適用于重、輕質(zhì)料分選，但因為其工作原理，能耗大是最大的問題，尤其是處理含有塑料類的垃圾時，分選效率較低。

3.3 浮力分選

氣浮：細微氣泡首先與水中的懸浮粒子相黏附，形成整體密度小于水的“氣泡-顆粒”復合體，懸浮顆粒隨氣泡一起浮升到水面。

浮選：強親水性的物質(zhì)在水中，首先要投入適量的浮選藥劑，改變粒子的表面性能，轉成疏水性，利用氣浮技術去除類似顆粒。

實現(xiàn)氣浮分離技術須滿足三個基本條件：1）須產(chǎn)生足夠數(shù)量細微氣泡在水中；2）須形成不溶性的固態(tài)或液態(tài)懸浮體；3）須使懸浮顆粒與氣泡黏附。疏水性粒子需要易與氣泡黏附。親水性粒子需要投加適量的浮選劑，產(chǎn)生疏水性的表面性能。

3.4 磁力分選

磁選起因是原來的選礦工藝，主要是面對磁性不同的各種待分離物質(zhì)進行分離。磁選有兩種不同的類型：一種是直接磁選法，直接利用磁鐵將具有磁性和不具有磁性的不同物質(zhì)分離開來；另一種是磁流體分選法，根據(jù)物料磁性的差異，在磁場中進行初步的差異性分離，然后再在似加重介質(zhì)中根據(jù)密度的不同進行分離[9]。當固體廢物中各組分間的物質(zhì)的磁性差異性非常小，其密度或?qū)щ娦杂直憩F(xiàn)出較大差異時，采用磁流體技術可對生活垃圾進行有效的分離。磁選技術目前已經(jīng)相對成熟，現(xiàn)主要用于生活垃圾焚燒發(fā)電與焚燒處理過程產(chǎn)生的灰渣中的磁性物質(zhì)資源化回收。

3.5 電力分選與靜電分選

電力分選系統(tǒng)適用于分離不同導電性的導體、非導體和半導體。電力分選系統(tǒng)則是利用固體廢物中不同組分在高壓電場中有電性差的現(xiàn)象而實現(xiàn)分選。將廢舊物顆粒通過料斗均勻給入滾筒，顆粒隨滾筒的高速旋轉被帶入電暈電場區(qū)，此時導體和非導體都獲得負電荷，因它們進入靜電區(qū)時的放電速度不同，從而實現(xiàn)分離。

靜電分選技術則主要將生活垃圾中的廢舊塑料進行分離分選。該系統(tǒng)利用不同物料相互碰撞摩擦生電的原理，使其中的物料分別帶有正負電荷，并顯現(xiàn)不同電性的差異，物料從排料口統(tǒng)一排出，進入具有正負電極場的靜電場，利用靜電感應原理，設置旋轉電極，帶有異向電荷的物料分離，從而實現(xiàn)分選。

4 典型設備產(chǎn)品

4.1 破碎機

國內(nèi)的破碎機生產(chǎn)廠家較多，主要用于生活垃圾、大件垃圾等的粗破碎，將大件垃圾破碎到200mm×250mm的尺寸，每小時處理量從10～100t不等。主要技術特點有：1）雙軸低轉速，處理量大；2）刀片采用進口特種合金鋼，刀片硬度和耐磨性能好；3）正反轉均可破碎物料；4）設有電機保護、自動反轉保護等功能。

4.2 滾筒篩

國內(nèi)的滾筒篩主要是從礦選設備過渡而來，滾筒篩結構堅固、使用壽命長，驅(qū)動輪采用耐磨橡膠，振動和噪聲極小。產(chǎn)品優(yōu)點：1）篩分效率高，產(chǎn)量大；2）工藝簡便，安裝、維護方便，操作方便；3）占用空間小，投資成本較低；運轉平穩(wěn)可靠；4）功率小，能耗低，篩體內(nèi)配有清掃裝置，篩孔不易被堵塞；5）對物料的適應能力強，黏性大、濕度大、臟、雜等各種性質(zhì)的物料都能篩分，對垃圾分選可增加破袋裝置。

4.3 風選機

國內(nèi)的風選機生產(chǎn)廠家較多，且設備較為完備，風選機用于城市生活垃圾風選，主要技術特點：1）采用無塵負壓技術，70%氣體回流；2）半移動或集成式結構，維護、操作成本低；3）分選效率高，處理量10～60t/h。

4.4 磁選機

磁選機包括皮帶式除鐵器、永磁傳動滾筒、強磁選滾筒。以強磁選滾筒為例，磁場強度高，吸鐵能力強，分選效果好，用于從工業(yè)和生活廢料中分選小顆粒鐵與弱磁性鐵。磁場強度高、范圍大，滾筒表面磁場有2500～8000Gs。產(chǎn)品優(yōu)點：1）磁場強度大；2）自動分離、連續(xù)作業(yè)，處理量大；3）結構簡單，運行可靠，易于安裝。

5 垃圾分選分類工藝流程

進入綜合處理車間后，垃圾運送至分選站，按土沙類、可燃物類、不可燃物類進行分選，使用上料設備、旋轉篩設備、可燃物分選設備、土沙精選設備等完成垃圾分選處理。根據(jù)垃圾的性狀，在分選站考慮采用破碎設施，以便垃圾分選。

分選出的土沙類，用于填埋場場地修復，也可作為回填土等。分選出來的不可燃物，用于填埋場地回填。整個工程現(xiàn)場設置除臭噴霧系統(tǒng)，有效抑制異味。

分選出來的可燃物，通過進一步精細分選，提高可燃物純度，降低微成型RDF體量。制備出來的微成型RDF含水率適中，熱值高。

根據(jù)項目現(xiàn)場情況，以及項目建設用地的緊迫性，本項目為末端微成型RDF提供2種處置方式：

方式一：直接協(xié)同處置。經(jīng)分選減量后的微成型RDF，熱值遠高于一般生活垃圾（具體熱值應根據(jù)實地調(diào)研結果為準），經(jīng)過壓縮站壓縮體積后，運送至發(fā)電廠、窯爐等作為高熱值燃料，直接燃燒。

方式二：新填埋場轉運+新填埋場分選擴容。經(jīng)分選減量后的微成型RDF，通過壓縮減容，暫轉運至填埋場。這種工藝流程，對南北方生活垃圾均較為適用，考慮南方生活垃圾含水率問題，可對生活垃圾進行簡易脫水，再進入分選系統(tǒng)。

6 結語

發(fā)達國家的生活垃圾分選技術主要應用于對舊有生活垃圾填埋場的處理。國內(nèi)生活垃圾的分選，包括原生生活垃圾和陳腐生活垃圾分選，其處理工藝由于垃圾成分的不同及垃圾發(fā)酵、腐化的作用，會有所區(qū)別。國內(nèi)對原生生活垃圾分選及終端處理的設備已較成熟，全套設備運行穩(wěn)定。

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Type Selection and Principle on Sorting and Classifying Equipment for Domestic Refuse

YE Ming-qiang, GAO Bo, ZENG YI-fu, ZHOU Yi-hui
(Kaitian Environmental Technology Co., Ltd, Changsha 410100, China)

The article describes the purpose and signi fi cance of garbage sorting and classifying equipment in waste recycling and treatment, introduces the garbage sorting and classifying equipment abroad and at home, and analyzes the advantages and characteristics of garbage sorting and classification abroad and at home, and summarizes the development status of similar equipment in China.

domestic refuse; sorting and classification; multiplexing technology

X799.3

A

1006-5377（2017）11-0069-04