生活垃圾中废旧塑料的二次分选技术

2010-05-22朱秀华于丽娜

再生资源与循环经济 2010年12期

朱秀华，于丽娜

（中智国际工程技术（北京）有限公司，北京 100029）

近年来，随着生产发展和人们消费水平提高，塑料制品消费量不断增大，废旧塑料总量也迅速增加。据统计，在大中城市垃圾中，废旧塑料比例高达10％左右。因此，采用积极对策，加强对废旧塑料的处理，是保护良好的生态环境、促进塑料工业健康发展、构建和谐社会的重要措施。

焚烧是处理废塑料最简便的方法，但塑料燃烧产生大量的CO，HC1和二恶英等物质，会造成二次污染，且高温易使焚烧炉损坏，故维修费用高；采用掩埋法处理，需占用大量土地，人口密集的国家难以承受，且限制了资源的回收利用。我国人口众多，资源相对贫乏，因此，回收利用废旧塑料符合我国国情。《废旧塑料回收与再生利用污染控制技术规范（试行）（HJT 364-2007）》中提倡废旧塑料物理回收，塑料物理回收符合垃圾无害化、减量化、资源化利用方向。

机械回收利用是处理废旧塑料的一项技术，并且利用混合塑料制再生产品在很早之前已经有应用，但是混合塑料再生产品价值低、产品性能差且不稳定，应用范围窄。据资料显示，现在只有大约5％～25％的废旧塑料被回收，占所有材料总量的8％，大约18％的聚合物废弃物被堆在垃圾场，其中40％是塑料包装用品。由于它们随处可见、种类多、生物降解性差、使用周期短，因而倍受关注。

由于垃圾塑料品种繁杂、质量差、回收利用十分困难，国内外对于垃圾中的废旧塑料回收应用甚少。为加大废旧塑料的回收利用，针对垃圾塑料回收的一个重要方法就是将其分离成单一组分使之回收再利用，且废旧塑料分类越细，品质越高，再生制品的收益越大。因此，随着塑料消费量的扩大，以及人工成本的增加，自动化分选系统研究成为市场发展的必然需求。

1 废旧塑料特性

1.1 废旧塑料种类

城市生活垃圾中废旧塑料的种类很多，按照塑料外形不同，主要有塑料瓶、塑料袋、塑料包装、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）五大类[1-4]。

1.2 不同种类废旧塑料的比例

国外塑料废弃物的种类统计数据相对全面，以美国为例，不同种类塑料废弃物所占比例分别为：聚烯烃类（PO，包括PE和PP）61％，PVC 13％，PS 10％，PET 1％，其他占5％；而目前尚未查找到国内有关生活垃圾中废旧塑料种类构成的相关数据，因此，从塑料制品的日常消费领域来推测塑料废弃物中各组分含量。目前国内生活垃圾中废旧塑料的主要来源是包装塑料，从消费领域来看，包装塑料中不同种类塑料所占比例分别为：PE 65％，PS 10％，PP 9％，PVC 6％，其他 10％[1，2，5]。

结合国内塑料制品的日常消费情况以及参考美国等国外塑料废弃物的种类数据，推测国内生活垃圾中废旧塑料的种类构成情况见图1，可以看出，聚烯烃类所占比例最大，约为40％～65％。

2 废旧塑料回收利用技术

2.1 分选技术

目前，废旧塑料的常用分选方法见图2，可以看出，根据废旧塑料是否进行破碎预处理，主要分为两大类：一是光电分选，主要包括X射线分离和色彩分离；二是利用密度或电阻率差异进行分选，主要包括干式密度分离、湿式密度分离和电磁静电分离[1]。

2.2 分选技术比较

由于湿式分选消耗水量较大，且废水难于处理，工人工作条件较差，因此主要对光电分选、风力分选和电磁分选进行比较分析，研究适合工程化的技术方案。

2.2.1 光电分选（X射线、荧光X射线分离）

该法是利用不同种类塑料对X射线的吸收率不同进行分离，不接触、不破坏塑料制品本身，被检测物边移动边分离。根据射线作用机理不同，光学分选法可分为X射线分离和荧光X射线分离[1]。

X射线分离是将投射的X射线转变成电信号，判断应去除的塑料制品，用压缩空气将其吹落进行分离。荧光X射线分离是由照射X射线被检测物发生的荧光X线，经分光后进行主要成分的定量判断。

X射线装置的应用最初是为了补充人工分拣，主要用于PET和PVC瓶的分离，该技术在美国、意大利等国家的一些回收工厂得到应用。

光选装置的示意图见图3。

2.2.2 色彩分离法

此方法是根据色彩进行分离的技术，是使被检测物的颜色通过数个滤色器后，把各个不同的亮度换算成电流值并以此分组，把颜色识别装置和材料分离装置组合，经光学辨别塑料瓶等的颜色后，鼓风吹落色瓶，该法主要应用于颜色存在差异的塑料制品[1]。

2.2.3 常规风力分选

常规风力分选是将经粉碎的塑料放在分选装置内喷射，风从横向或逆向吹入，利用不同塑料对气流的阻力与自重的合力差进行分选的方法。由于粉碎后粒度的粗细会影响分选的效果，所以此法要求粉碎后的粒度粗细均匀，而且粒度粗细均匀程度是影响风选效果的重要因素[1，2]。此外，该法也可用于分选塑料中混入的石子和砂子等，但是对于密度近似及碎片形状不规则的塑料分离效果较差。

风力分选装置示意图见图4。

2.2.4 风力摇床分选

风力摇床分选是风力分选的特殊方式，其原理是利用床面的振动和上升的空气气流使颗粒按密度分层。具体过程是从有孔的振动床下边吹出上升空气流（流速为1.0 m/s），密度大或粒径大的颗粒分布在下层，而密度小或粒径小的颗粒分布在上层，在振动加速度和床底面的摩擦力作用下，下层重颗粒向倾斜的振动床上侧运动；相反，上层轻颗粒与下层重颗粒之间的摩擦力小，运动到振动床较低的一侧，从而使两者得到分选[7]。因此，风力摇床既利用了颗粒密度的差异，又利用了颗粒形状或摩擦系数的差异。

风力摇床装置示意图见图5。

2.2.5 电磁、静电分选

电磁、静电分选主要有电磁分选、涡电流分选和静电分选。电磁分选主要用于去除金属铁；涡电流分选主要用于去除铝等有色金属；静电分选是利用正负静电的吸引力进行分离的技术，该法必须预先调整好塑料的粒径、形状并且要求物料干燥。具体过程是将粉碎的塑料废弃物加上高电压使之带电，再使其通过电极之间的电场进行分选，其关键是使不同种类的塑料携带极性相反的电荷[8]。不同成分塑料摩擦带电顺序见图6。

该法是干式分离法，特别适用于带极性的聚氯乙烯塑料的分选，其主要优点是无废水排放，并且密度几乎相同的混合塑料也能分离，缺点是对于多种混杂在一起的废旧塑料需通过多次分选，这是因为一次预选设定电压的高压电极只能分选出一种塑料。

静电分选过程示意图见图7。

2.3 分选技术应用实例

在分选技术方面，有静电筛选法、流动式风力筛选法、湿式比重筛选法。塑料分选技术在国内外应用的研究报道情况见表1。

通过表1可以看出，目前塑料分选技术的应用在干式分离方面主要有光选和电磁，并且以组合工艺为主。

3 分选技术选用

3.1 技术方案

本方案主要结合国内分选设备应用情况，设计采用风力分选-X射线分选-光电分选组合工艺。3.1.1 粗分选

（1）根据密度差异，采用一级风力分选系统将混合塑料分成轻、重两大类，轻组分塑料以PE、PP和PS为主，重组分塑料以PVC，PET为主，不同种类塑料的密度见表2。

（2）根据密度和摩擦因数差异，采用风力摇床分选系统，将经过一级风力分选后获得的轻组分塑料再次分成轻、重两大类，轻组分塑料主要是密度相近的PE和PP，重组分塑料主要是密度较大的PS。

（3）根据塑料吸光性差异，采用X射线分离系统，将经过一级风力分选后获得的重组分塑料中的PVC和PET进行有效分离。

目前，PE和PP可混合回收利用，制作低品质聚烯烃类塑料制品，因此，在满足回用生产要求的前提下，可不再进行深度分选。

3.1.2 精分选

考虑PE回收后用于提炼高纯度的PE塑料，可以通过增加一级光电分选装置将PE和PP进一步分离；此外，还可根据再生塑料的需要精度，适当增加色彩分选系统对分选后的同种类塑料进行不同颜色的细分，进一步提高纯度和再生产品质量。

表1 塑料分选技术应用实例

表2 不同种类塑料的密度

废旧塑料分选的工艺流程图见图8。

3.2 工程可行性分析

废旧塑料分选工程应用以设备的合理配置为基础。分选设备主要有风力分选机、X射线分选机和光电分选机。目前，风力分选机已实现国产化，X射线分选机国内也有部分厂家开始生产，光电分选机在国外研究和应用较多，国内主要代理国外光电分选设备，在化纤等行业有一定应用。工程应用中设备配置可根据分选效率、分选级别等不断调整分选工艺参数，针对不同的混合塑料实现不同的分离效果。

塑料分选工程的投资较大，以设备投资为主，其中风力分选机投资较低，而X射线分选机，特别是光电分选机投资较高。此外，就运行成本而言，各种分选设备均以耗电为主，因此运行成本相对较低。

3.3 经济效益和社会效益预测

（1）符合国家发展规划。根据国家中长期科学技术发展纲要，对再生资源领域里废旧塑料部分规划的战略目标是：到2020年，再生利用废旧塑料率达到50％；在解决与处理技术问题的基础上，借鉴国外先进经验，研究推广适合我国国情的废旧塑料再生技术，提高产品性能和质量。本方案进行的塑料的二次分选技术研究符合国家发展规划。

（2）实现资源节约。废旧塑料二次分选可以作为塑料原料供应的重要而有益的补充，可有效缓解资源紧缺。通过分选后废旧塑料的回收再利用，不仅可减少垃圾填埋占用的土地资源，减少乙烯炼制排放的大量CO2，SO2，另外，与从原油制造塑料相比，还可节省70％的能源消耗。

（3）延长产业链条。塑料二次分拣的技术研究不仅是固体废物处理工艺的深化研究，还可以发展再生塑料粒子制造产业，有效延长垃圾资源化综合利用技术的链条。通过塑料二次分选的工艺化研究，可建立现代化的集废旧塑料回收、加工、再生利用为一体的资源流转体系，实现资源的聚集、分选加工，从根本上解决废旧塑料处理过程中所造成的二次污染问题，逐步形成回收、集中加工、综合利用三位一体的新型再生资源产业链条，最终实现资源—产品—废弃物—再生资源的循环经济模式，有力地推进节能减排工作，为巩固中国制造低成本竞争优势，为中国经济建设、循环经济发展以及环境保护事业做出贡献。

4 结论与建议

4.1 结论

本方案以生活垃圾中的废旧塑料为原料，进行机械化、自动化二次分拣的技术研发，选择合适的工艺和设备，开发工程实用、操作简便、投资节省、易于推广的塑料二次分拣工艺系统。通过设计采用风力分选X射线分选-光电分选相结合的组合工艺技术，基本可实现对主要塑料品种PO，PS，PVC，PET等的有效分离，利于后期再生塑料的深度回收利用。