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碎浆机生产厂家对关于生活垃圾废塑料分选技术与资源化工艺的综述
- 2018-12-07 -

       摘要:对国内外生活垃圾废塑料分选技术和资源化工艺进行了简单介绍,提出了三种垃圾废塑料资源化与分选技术的优化组合工艺。建议环保企业需综合国内生活垃圾特点,合理组织生活垃圾废塑料资源化,利用分选工艺和设备的组合方式得出最佳产品和最大资源化。
       随着社会经济飞速发展,人类城市生活垃圾产量逐年增大,其中废塑料的比例也呈逐年上升趋势。目前,我国城市生活垃圾中可回收物比例已超 30%,主要为塑料、纸类、橡胶、金属和玻璃等,其中废塑料所占比例相当大。
       废塑料对生态环境影响不可忽视,如因它的难降解性,可造成“白色污染”问题。国内对生活垃圾和填埋场废塑料的分选方式,多为通过成套分选设备将其分类,分选出的废塑料根据当地市场需求或政府要求寻求出路。
       分选方法主要利用废塑料的物化性质,通过相应的分选设备将废塑料从生活垃圾或中分出。资源化方面可将废塑料直接再生、改性再生、焚烧、催化裂解、氢化裂解等。
        目前国内仍未建立相对完善的垃圾废塑料分选技术和资源化利用决策支持技术体系,在垃圾废塑料分选或者是将其资源化利用工艺上均缺乏科学的研究基础,关于两者间联系的研究则更加薄弱。因各国国情不同,欧洲及日本、美国等发达国家源头分类工作较为细致,致使后预处理和资源化利用体系较完善,而我国此工作尚需数年才可达到。如美国在废塑料回收用方面根据宪法执行垃圾分类和资源化利用,日本、美国相关单位通过研发水力旋风分离器对垃圾中塑料分选;  美国某工学院研制了利用溶剂的选择性分选废弃塑料技术。对于国外垃圾处理和资源化利用技术,我国只可借鉴不可成套照搬。
       废塑料的资源化利用方法虽多,但个别废塑料资源化工艺对原料特征和纯度要求较高,如生活垃圾仅通过单功能滚筒筛和重力风选机分选出的废塑料附着泥沙等杂物多,若用来造粒,应从分选工艺上进行设备优化组合,采用合理的设备组合和优化达到后续资源化工艺需求。
       由此可见,为了跟紧国家环保政策,满足市场需求,若将废塑料处理真正达到“无害化、减量化、资源化”的目的,符合国情的生活垃圾废塑料分选技术及其资源化利用技术间联系的研究分析势在必行。
       本文通过简单介绍生活垃圾中废塑料占比、特征等,以及垃圾废塑料分选工艺和资源化利用等方面内容,综合分析几者间的联系,得出了适应中国国情的垃圾废塑料分选及资源化利用的三套工艺
       一、垃圾中废塑料所占比例和特征
        由于填埋场垃圾中有机物将随时间降解,国内各区域填埋场内垃圾组分存在一定差别。如钱千春在连续填埋14  年的垃圾填埋场研究废塑料在垃圾组分中占有较大比例。而方文君对湖北荆门老填埋场研究分析得出,全部填埋场垃圾中,腐殖土占很大比例,塑 料 占 10%  左 右,腐 殖 土 占 75. 7%,塑 料 占10.1%,石块占 8.7%,木竹、织物、玻璃、金属、纸张所占 的 比 例 较 小,分 别 为  2.2%、1.4%、0.6%、0.3%、0.1%,其他量极少或难以辨识的垃圾( 包括螺壳、橡胶、骨头、尿布、皮革等) 占0.9%。
         塑料是一种由单体聚合形成的高分子材料,分为热塑性和热固塑性。热固性塑料受热固化成型后成后呈不熔不溶性,如酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂等。该性质塑料不可利用热塑回收利用。热塑性塑料应用广泛,在一定温度范围内可反复加热软化熔融流动成型和冷却硬化。热塑性塑料生活垃圾中主要常见的有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等,可用于回收利用。
        近五年间经工程实践和实验分析得知: 所作填埋场垃圾分选物废塑料,薄膜塑料袋占总废塑料比例最大,平均可达70%以上。其中白色塑料薄膜(  PE) 、彩色薄膜塑料( PE) 分别为  24.5%,39.7%。瓶装塑料大多在填埋前以被拾荒者回收,而薄膜塑料因其利用价值低,基本全部被直接与其他垃圾混合填埋。
       填埋场与生活垃圾中废塑料元素组分也存在一定差异,主要为 C、N、O、S、Cl、Si、Al 等,有研究证明,填埋场中废塑料的 C 含量较新生生活垃圾中废塑料低,而 N、O、Si、Al 较高,S、Cl 含量差异较小。
       二、废塑料的分选技术
       1.按物料粒度差异分选
         国内主要利用机械筛将垃圾中大于和小于筛孔物料通过滚动、振动的方式将其分离的技术,国内常见的筛孔设为40~80mm。生活垃圾通过输送机械直接进入该项工序,可将垃圾分为大于和小于筛孔两类物料,仅靠此工序无法完成废塑料的分离,需经其他设备优化组合。实际应用中往往将几种工艺串联,才获得理想的废塑料分选效率。
       2. 重力分选
       利用空气、水、重液等介质,通过垃圾颗粒密度大小差异将混合物料分选。国内利用该原理进行垃圾分选的技术主要为:
       (1)气流分选。即利用气流运动将抛洒在空中的物料打散,其对轻重物料作用不同,致使轻重物料运行轨迹的差异进行分选。其中,涡流风选是一种特殊的靠气流分选的方法,它将气流形成涡流将筛上轻质物中废塑料进一步与其他杂物分离。
       (2)重介质分选。主要利用水将垃圾物料中大于和小于水密度的物料分离。
         (3)跳汰分选。即将物料在垂直方面往复运动,利用垃圾混合物中物料密度差异将其分层。重力分选技术因其技术简单,成本较低,在国内生活垃圾分选分类中应用较广。国内生活垃圾的复杂性,导致该技术不能充分发挥其优势性,往往不能有效将轻重物料分离,需配合其他方法一并处理。
       3. 光、电、磁效应差异的分选
       (1)光学分离技术。根据垃圾物料表面对光的反射差异分离物料的方法。但该办法对进入光电分选机物料要求较高,如垃圾中分选出的废塑料需经处理后去除表面附着物,且含水率较低,国内生活垃圾和废塑料的分选不适用。
        (2)电力分选。利用固体废物中各组分在电场中电性差异进行分选的方法。主要有静电分选、高压电分选和涡电流分选等几种:  静电分选技术是利用各种废塑料不同的静电性进行分选,对于多种混杂在一起的废旧塑料需通过多次分选,特别适用于带极性的聚氯乙烯,分离纯度可达99%。
       (3)磁力分选。借助分选设备产生的磁场使铁磁性物质从中分离的方法。垃圾中废塑料本身不带磁性,但在分选工艺中增加该工艺可使垃圾物料中去除铁磁物杂质,对废塑料的分选效果影响有待研究。
         (4)光、电、磁效应分选技术。目前在国内尚属技术含量高、设备造价高等阶段,且对送入分选的物料要求很高,如含水率、物料纯净度等,需严格配合其他分选方法,才可施展其作用。国内自主研发该技术的企业较少,多为国外进口的方式,主要原因是国内市场需求量较少。
       4.按物料其他性质差异的分选技术
       该部分内容为国内垃圾分选设备采用较少的技术,主要利用惯性、摩擦和浮选等原理进行垃圾分类。
       (1)惯性分选。主要是基于垃圾组分中物料重量差异进行分选的一种方式。目前国内将该方法用于废塑料分选的设备尚不多见。
       (2)摩擦分选。通过垃圾组分中物料的摩擦系数差异,在斜面介质表面运动或碰撞弹跳时产生运动、弹跳轨迹差异进行分类。
       (3)浮选。是将浮选药剂与废物料和水的料浆按一定比例混合,浮选剂还可增强物料的亲水和疏水性,进而更高效地将预分选物质分离出的一种技术。
       当前国内外垃圾分选技术很多,需根据废塑料资源化利用去向,合理选择何种或多种技术组合的办法进行实施。
        三、废塑料的资源化利用
          废塑料分选后资源化利用主要有材料再生,化学回收利用,热量回收。其遵循的原则为:废塑料资源化市场定位;潜在市场可持续时间久;分选出废塑料自身存在的差异性和适应资源化的能力;资源化技术成熟且成本较低;市场经济效益高;资源化产品具有较强的市场竞争力。
       要做到以上要求,必须了解垃圾废塑料组分特征、垃圾废塑料分选工艺、资源化利用技术以及它们相互间的联系。如优化分选工艺,组合分选设备使达到后期资源化利用所要求的原材料质量,否则必然会造成资源和成本浪费。
       废塑料经过日常环卫回收,生活垃圾或填埋场分选,根据需求选择不同的资源化技术进行处理,处理加工后的废塑料可用于建筑、包装、电子、机械和化工等领域,实现废塑料无害化、减量化和资源化目的。废塑料资源化目前主要有以下四个方向:
       1.废塑料造粒再生
       该工艺和技术是根据垃圾废塑料物化性质,将其通过机械加工造成塑料原材料。可根据产品定位和原材料需求进行改造,如废塑料类型、颜色和分选出废塑料纯净度等。
        塑料产品对废塑料所生产粒子的需求是多元化的,若直接用来加工低端塑料产品,则前期预分选废塑料工艺可简化处理;  对于特定要求的塑料造粒,首先必需要对废塑料破碎、清洗和烘干等工序;  对于生产中档塑料制品的,还需要采用更高效的深度分选技术。但塑料再生造粒的工艺路线简单,资源化成本低,目前该技术应用较广泛。
       2.废塑料化学回收
         废塑料的化学回收技术国内较多办法是采用催化裂解的办法将废物再利用。该工艺主要包括预处理、热解和分馏工艺流程,目前催化裂解炼油主要应用于热塑性聚烯烃类废塑料。流程为先经热裂解工艺将废塑料生产简单的碳氢化合物,再添加催化剂催化裂解,得到工业用油。其对生产工艺、参数、控制等要求较高,且投资大、收益慢。且对废塑料要求较高,需采用密度分离法等对  PP、PVC 等分离,技术难度较大。
       3.热能回收技术
         一般情况下我国生活垃圾热值较低,若将筛分出的轻质物直接焚烧发电,则需添加大量煤粉或重油。但塑料燃烧可释放大量热能,聚乙烯、聚苯乙烯热值可达  46000 kJ /  kg,与工业燃料油相近,可由废塑料代替燃料油。因此,垃圾废塑料固体衍生物较广泛生产使用。其生产流程简单成本低,主要是为热压成型后造成固体衍生燃料。从能源和资源节约来看,热量回收较热解炼油更有效率。
        4.其他
        经市场调研分析,国内有部分企业采用废塑料碳化热解制成煤炭,该工艺可设置在生产工厂或治理现场。其对废塑料要求较低,但成本较高,生产中可产生污染物,影响大气、土壤地下水等。其他还包括共焦化技术、高炉喷吹技术等技术,但国内应用尚不多见。
        四、废塑料分选技术和资源化工艺联系和建议
        废塑料资源化利用方向很多,主要围绕国家政策和市场需求。资源化利用的方向的确定,意味着其生产加工原料的特征,这导致需要明确垃圾中废塑料的组分特征,以及分选技术经济、环境效益的比选和优化。
       1.废塑料再生造粒工艺
         若生产加工低端塑料产品,则对废塑料分选工艺要求较低,可采用粗分选工艺。若加工中高端塑料产品,一般情况下仅通过风选处理得出的废塑料远远达不到要求,必须根据资源化利用去向和垃圾中废塑料组分特征,在分选工艺上进行调整和优化,可在分选技术路线上增加光电分选、色彩分离等技术。
         图1为废塑料粗分选技术和造粒工艺流程,生活垃圾经鳞板限料机均匀布料,经人工分拣分出影响后序流程的大块物料,经破袋机将生活垃圾中袋装物破开分离后进  80mm  滚筒筛分机。筛上物经风选机后分离出筛上轻质物,再进入干选机将大部分废塑料分离,进水洗将附着物去除后集中收集。收集的废塑料经破碎后进塑料挤出机生产成品。
         该工艺仅可制作低端塑料产品,若需生产中高端产品则需调整。废塑料预分选工艺需增加二次40mm干洗机、涡流风选机和光电分选等设备和工艺。生产工艺的设计主要根据市场需求产品自由组合和优化。如造粒工序对废塑料含水率或纯净度要求较高,可在工艺中增加螺旋式挤干机或废塑料二次分选设备等;  也可根据生活垃圾中废塑料特征对滚筒筛分的筛孔和滚筛转速作相应调整,提高筛分效率。
       2.废塑料化学回收
       该工艺主要是通过预分选技术分离废塑料,通过裂解技术制造工业用油。工艺流程见图2。通过预分选筛分出工艺所用裂解炉所界定废塑料纯度、含水率等参数范围内的废塑料生产出工业用油。同时,工艺中需考虑余热回用,废物安全回收,防止二次污染等问题。
       五、结论
       根据国内目前生活垃圾特点,生活垃圾废塑料资源化利用需综合考虑生活垃圾组分特征,以及合理组织分选工艺和设备。相关企业需结合国情、国家环保政策、生产投资成本、市场需求、工艺组合、设备选型等因素合理组织实施。
         一般情况下,国内废塑料造粒时若需加工低端端塑料制品,则在废塑料分选工艺中对其纯净度要求较低,若需得出中高端产品,则需增加涡流风选、光电分选或根据实情选择其他可精分选废塑料的设备。废塑料炼油技术所需废塑料要求较低,但需综合考虑以兼顾经济、效率和环保。