一種用于農(nóng)村其他垃圾資源化處理的工藝探討

賈斯寧

（1. 北京市城市管理研究院，北京 100028；2. 生活垃圾檢測(cè)分析與評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100028）

新固廢法中提到加強(qiáng)農(nóng)村生活垃圾設(shè)施建設(shè)，提升農(nóng)村人居環(huán)境；2018 年國務(wù)院印發(fā)的《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022 年）》中提到推進(jìn)農(nóng)村生活垃圾治理，建立健全符合農(nóng)村實(shí)際、方式多樣的生活垃圾收運(yùn)處置體系，有條件的地區(qū)推行垃圾就地分類和資源化利用；2019 年住建部印發(fā)的《關(guān)于建立健全農(nóng)村生活垃圾收集、轉(zhuǎn)運(yùn)和處置體系的指導(dǎo)意見中提到補(bǔ)齊終端處置設(shè)施短板，不斷提高無害化處理水平，每個(gè)縣（市、區(qū)、旗）均應(yīng)具備農(nóng)村生活垃圾無害化處置設(shè)施或能力。可以看出，我國越來越重視農(nóng)村生活垃圾的有效收運(yùn)和妥當(dāng)處置，也是當(dāng)前需要著力解決的問題。

當(dāng)前，我國農(nóng)村生活垃圾收運(yùn)處理模式整體來說是戶集—村收—鎮(zhèn)運(yùn)—縣處理，但對(duì)于一些偏遠(yuǎn)山區(qū)而言，運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，成本高，經(jīng)濟(jì)性較差。在這種情況下，可以考慮在鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行就地處理，如廚余垃圾就地利用，在當(dāng)?shù)亟⒁粋€(gè)廢舊物品回收體系，其他垃圾中的可燃物轉(zhuǎn)運(yùn)制作垃圾衍生燃料等，這樣既能實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活垃圾無害化、資源化，也能避免由于建設(shè)小型焚燒產(chǎn)生的鄰避效應(yīng)，為農(nóng)村生活垃圾處理提供了一個(gè)新的思路和方向。

1 國內(nèi)外農(nóng)村生活垃圾處理現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)農(nóng)村生活垃圾處理現(xiàn)狀

我國農(nóng)村地區(qū)發(fā)展不平衡，各地在處置生活垃圾時(shí)所采用的方式上不盡相同[1]，但大部分農(nóng)村地區(qū)的生活垃圾產(chǎn)生后，農(nóng)戶通常將其丟入垃圾桶或垃圾池，再由保潔員用人力車或機(jī)動(dòng)車收集運(yùn)至垃圾壓縮中轉(zhuǎn)站處理，最后由垃圾清運(yùn)車運(yùn)輸至市、縣終端進(jìn)行集中處置，基本形成了“村收集—鄉(xiāng)鎮(zhèn)轉(zhuǎn)運(yùn)—市、縣處理”的垃圾收運(yùn)處置模式[2]。但是對(duì)于離末端集中處理設(shè)施較遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)而言，垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)成本較高，地方財(cái)政資金不足，所以這種模式有一定局限性。解決這些發(fā)展過程中遇到的問題，進(jìn)行源頭分類減量和就地資源化利用，是今后我國農(nóng)村生活垃圾治理的必然要求和發(fā)展趨勢(shì)。

1.2 國外農(nóng)村生活垃圾處理現(xiàn)狀

在歐美以及日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，早在20 世紀(jì)六、七十年代就開始重視農(nóng)村生活垃圾的無害化處理和資源化利用[3]。英國針對(duì)農(nóng)村垃圾處理采用的技術(shù)與城市基本相同，但在技術(shù)細(xì)節(jié)上具有很強(qiáng)的針對(duì)性，首先英國農(nóng)村垃圾的分類和資源回收率高于城市，通過分類和資源回收，垃圾處理量大幅降低[4]。農(nóng)村地區(qū)分類后的其他垃圾進(jìn)入小型垃圾焚燒廠，采用供熱或熱電聯(lián)產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)行能源回收，但執(zhí)行的污染控制標(biāo)準(zhǔn)與大型焚燒廠相同。美國早期存在大量露天燃燒，盡管現(xiàn)在具備了運(yùn)輸條件和處理設(shè)施，但仍有大量農(nóng)村露天燃燒，這會(huì)產(chǎn)生大量二惡英等煙氣污染，直接影響附近的居民身體健康，美國各州都頒布了禁止或者約束露天焚燒的法規(guī)，這為我國現(xiàn)階段農(nóng)村垃圾管理提供了經(jīng)驗(yàn)[4]。

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 物料分析

處理原料是某區(qū)分類后的農(nóng)村其他垃圾，密度約0.4～0.5 t/m3。其他垃圾是指除廚余垃圾、有害垃圾和可回收垃圾外的剩余垃圾，考慮到農(nóng)村生活垃圾分類投放的效果，也會(huì)有部分可回收垃圾、廚余垃圾和有害垃圾的混入。

某區(qū)農(nóng)村生活垃圾物理組成[5]如表1 所示。

2.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

處理規(guī)模300 t/d，每天工作8～10 h，處理量30 t/h。

農(nóng)村其他垃圾資源化處理。

回收混入的可回收垃圾，例如金屬、塑料瓶（PET、HDPE）、易拉罐、紙板等。

分選出熱值較高的可燃物轉(zhuǎn)運(yùn)制作成垃圾衍生燃料。

以渣土、有機(jī)質(zhì)等為主的混合物，轉(zhuǎn)運(yùn)建筑垃圾協(xié)同處置線或廚余垃圾處置線。

2.3 實(shí)施路線

將其他垃圾中混入的可回收物分揀出來，回收外售。

將熱值高的輕質(zhì)可燃物質(zhì)收集，后轉(zhuǎn)運(yùn)制成垃圾衍生燃料作為替代能源提供給水泥或者熱電企業(yè)，以減少化石燃料的使用量。

有機(jī)質(zhì)收集后可轉(zhuǎn)運(yùn)至廚余垃圾處置中心，制成園林綠化土壤改良劑。

磚石、混凝土等，分揀匯總后轉(zhuǎn)運(yùn)至建筑垃圾處理線，破碎后制再生骨料。

就近處置，縮短收集和處置的距離，減少收轉(zhuǎn)運(yùn)車輛的能源消耗和二氧化碳排放。

日產(chǎn)日清，減少垃圾由于暫存發(fā)酵產(chǎn)生的臭氣。

2.4 工藝流程

本方案工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程圖

2.5 工藝說明

本工藝通過綜合分選處理系統(tǒng)，分選出的可回收物進(jìn)入再生資源系統(tǒng)，渣土等無機(jī)物進(jìn)入建筑垃圾協(xié)同處置線，有機(jī)垃圾進(jìn)入廚余垃圾處置線、輕質(zhì)可燃燒物轉(zhuǎn)運(yùn)制作垃圾衍生燃料作為替代燃料。

其他垃圾由垃圾車運(yùn)輸?shù)浇恿宪囬g，直接將其他垃圾倒入儲(chǔ)料坑上；儲(chǔ)料坑下方設(shè)步進(jìn)給料機(jī)，步進(jìn)給料機(jī)尾部設(shè)計(jì)有均料器，將物料均勻給料到后端鏈板輸送機(jī)；鏈板輸送機(jī)將其他垃圾輸送至大件物分揀平臺(tái)，將大件垃圾、舊家電、衣服、棉被、編織袋、席子、繩子類等可能影響破袋機(jī)運(yùn)行的物品挑選出來，在此階段盡量將尺寸大于350 mm 以上的垃圾分揀出來；其余其他垃圾由無損破袋機(jī)進(jìn)行破袋處理。

步進(jìn)給料機(jī)底部設(shè)置有滲濾液集液槽，將收集的滲濾液進(jìn)行集中處置。

其他垃圾經(jīng)大件物分揀平臺(tái)后，被投入至無損破袋機(jī)中，無損破袋機(jī)將垃圾袋破開，袋中的垃圾散開有利于后端篩分設(shè)備高效運(yùn)行。無損破袋機(jī)下方設(shè)破袋鏈板機(jī)，鏈板輸送機(jī)上設(shè)刀齒，將從破袋機(jī)中落下的未扯破的塑料袋，進(jìn)一步撕破。

破袋后的垃圾通過皮帶輸送機(jī)進(jìn)入人工分揀平臺(tái)，部分有機(jī)垃圾、玻璃、陶瓷、大紙板、大泡沫和尺寸超出350 mm 以上等物料，在此階段通過人工分揀出來。減少玻璃和陶瓷可能在后續(xù)設(shè)備工作時(shí)破損的情況。剩余其他垃圾經(jīng)皮帶輸送機(jī)輸送至多角盤動(dòng)力篩。

多角盤動(dòng)力篩，分為上下兩級(jí)篩面。第一級(jí)篩面，篩孔尺寸20 mm，將其他垃圾中以渣土、堅(jiān)果殼等為主的尺寸小于20 mm 的低價(jià)值垃圾作為篩下物分選出來，經(jīng)過磁選機(jī)、渦電流分選機(jī)回收金屬后，剩余篩下物運(yùn)至建筑垃圾處理線協(xié)同處置。尺寸大于20 mm 的垃圾進(jìn)入第二級(jí)篩面，篩孔尺寸80 mm，通過多角盤動(dòng)力篩分系統(tǒng)，垃圾被分為20～80 mm 篩下物，以及80～350 mm 篩上物。

20～80 mm 篩下物經(jīng)過磁選機(jī)除鐵后，進(jìn)入風(fēng)選機(jī)，通過密度風(fēng)選作用將塑料、廢紙、泡沫、廢紡織品等為主的可燃物分為輕物質(zhì)，其余磚石、玻璃、有機(jī)質(zhì)、金屬、塑料制品等密度大的垃圾被分為重物質(zhì)。

20～80 mm 重物質(zhì)經(jīng)皮帶輸送機(jī)輸送至光電分選機(jī)，在進(jìn)入光電分選機(jī)之前，設(shè)有振動(dòng)給料機(jī)，保證進(jìn)入光電分選機(jī)的垃圾充分發(fā)散開來。在此階段可通過光電分選機(jī)將混合垃圾中的玻璃分揀出來，剩余垃圾進(jìn)入分揀平臺(tái), 分揀平臺(tái)設(shè)有智能AI 機(jī)器人分揀+人工分揀，主要將有機(jī)垃圾、塑料瓶、塑料制品及帶水廢紙等分揀出來，有機(jī)垃圾可投入廚余垃圾處理線。

20～80 mm 輕物質(zhì)經(jīng)振動(dòng)給料機(jī)充分發(fā)散后進(jìn)入光電分選機(jī)，通過光選機(jī)將紙分揀出來，其余垃圾經(jīng)皮帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至分揀平臺(tái)。分揀平臺(tái)設(shè)有智能AI 機(jī)器人+人工分揀位，主要將塑料、塑料瓶等分揀回收，剩余輕物質(zhì)集中轉(zhuǎn)運(yùn)，可制作垃圾衍生燃料作為替代燃料。

80～350 mm 篩上物經(jīng)過磁選機(jī)除鐵后，進(jìn)入風(fēng)選機(jī)，通過密度風(fēng)選作用將塑料、紙片、布等為主的可燃物分為輕物質(zhì)類，其余的木制品、磚頭石塊、金屬、塑料瓶、罐子等密度大的垃圾被分為重物質(zhì)。

80～350 mm 重物質(zhì)出料輸送機(jī)上設(shè)置有磁選機(jī)，將鐵金屬吸出收集，除鐵后的重物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至分揀平臺(tái)，進(jìn)行智能AI 機(jī)器+人工分揀，將其中具備回收價(jià)值的塑料瓶、鋁罐、有色金屬等物質(zhì)分揀出，以及高熱值的皮革布料、木材、硬塑料等挑選出來，可做垃圾衍生燃料原料。80～350 mm 輕物質(zhì)可轉(zhuǎn)運(yùn)制作垃圾衍生燃料。

3 應(yīng)用效果

本工藝組合技術(shù)，可以從農(nóng)村其他垃圾中較高效率的分選出可回收物，包括普通金屬物、小型金屬物、銅鋁金屬物、廢紙板、玻璃瓶、塑料瓶，還有大件垃圾、前端未被居民分出的廚余垃圾、熱值較高的輕物質(zhì)。熱值較高的輕物質(zhì)經(jīng)破碎后可以外運(yùn)制成垃圾衍生燃料（圖2）作為替代燃料提供給水泥廠或者熱電企業(yè)等，可節(jié)約水泥窯的標(biāo)準(zhǔn)煤能耗；分選出的廚余垃圾經(jīng)生物處理達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后可以作為土壤改良劑（圖3）。該組合工藝不僅實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村其他垃圾資源化，而且還避免因?yàn)榻ㄔO(shè)小型焚燒廠會(huì)產(chǎn)生的鄰避效應(yīng)。

圖2 垃圾衍生燃料

圖3 土壤改良劑

但該工藝技術(shù)組合在實(shí)際應(yīng)用推廣中也存在一定的優(yōu)化空間。一是，應(yīng)用的AI 智能分選設(shè)備雖然理念先進(jìn)，契合機(jī)器智能化發(fā)展方向，但目前機(jī)器的識(shí)別準(zhǔn)確度還不夠高或者識(shí)別后還不能精準(zhǔn)抓取，在項(xiàng)目中作為一種引領(lǐng)嘗試雖值得鼓勵(lì)，但推廣使用還不夠成熟；二是隨著生活垃圾分類工作深入開展，居民分類參與度、精準(zhǔn)度逐漸提升，其他垃圾中混入的廚余垃圾含量變少，含水率進(jìn)一步降低，機(jī)器分選效果會(huì)進(jìn)一步提升，可以減少部分人工分揀單元；三是該工藝組合整體設(shè)備購置費(fèi)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)均較高，且涉及協(xié)同處置，適合與當(dāng)?shù)卦偕Y源處置中心合建，既節(jié)省運(yùn)輸距離，又能從整體上降低運(yùn)行成本。

4 結(jié)論

我國農(nóng)村生活垃圾管理與城市相比存在較大的差異性，不同地區(qū)的農(nóng)村生活垃圾管理也存在很大不同，包括垃圾組分、財(cái)政支持、管理模式、地理交通情況、人才支持、管理成本等。現(xiàn)實(shí)中，農(nóng)村生活垃圾管理的很多問題是我國特有的，發(fā)達(dá)國家并沒有可直接照搬的經(jīng)驗(yàn)，我國可以結(jié)合國外的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，根據(jù)我國的實(shí)際特點(diǎn)開展因地制宜的農(nóng)村生活垃圾處理。

本論文給出的工藝組合技術(shù)路線，基本可以實(shí)現(xiàn)村鎮(zhèn)垃圾就地資源化處理，能夠體現(xiàn)村鎮(zhèn)垃圾清運(yùn)處理的及時(shí)性，避免了村鎮(zhèn)垃圾因清運(yùn)不及時(shí)長(zhǎng)期堆存，導(dǎo)致產(chǎn)生臭氣等有害氣體。相比統(tǒng)一運(yùn)至大型處理廠，可以減少垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)的路程，節(jié)省轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用。這種工藝組合技術(shù)分選效果較佳，既實(shí)現(xiàn)農(nóng)村其他垃圾的無害化和資源化處理，同時(shí)避免了鄰避效應(yīng)，為農(nóng)村其他垃圾資源化處理提供了一個(gè)新的思路和方向。