深圳市大件垃圾处置现状及资源化潜力分析——以郁南环境园为例＊

章佳文，徐期勇，孙立兵，肖进文，卢伟刚，吴华南，陈钦冬

（1. 北京大学深圳研究生院，环境与能源学院，深圳再生复合环保材料工程实验室，广东 深圳518055；2.深圳市盘龙环境技术有限公司，广东 深圳 518001）

1 引言

目前，在全国大力推行垃圾分类的情况下，大件垃圾成为其中不容忽视的一类［1］，据统计，城市大件废物的总量约占生活垃圾总量的8%～10%。在我国，大件垃圾指质量超过5 kg或体积大于0.2 m3或长度超过1 m，且整体性强而需要拆解后再利用或处理的废弃物，其中包括大型电器［2］。以往未经过分类的情况下，大多数城市大件垃圾都随着生活垃圾进入填埋场或者焚烧厂进行处理，只有少部分废旧家具进入二手市场被循环利用［3］。但城市生活垃圾卫生填埋场容量有限［3］，大件垃圾的填入会大大减少填埋场的使用年限；焚烧处理有良好的减容效果，但是对大件垃圾的资源化利用率不高［4］。随着垃圾分类在越来越多的城市开展，大件垃圾妥善地处理并进行更高效的资源化利用是对大件垃圾处理的挑战［5］。

作为典型的移民城市，深圳市流动人口多，每年产生大量废弃家具，例如办公场所装修会带来大量且多样化的大件垃圾［6］。深圳市是我国首个开展大件垃圾专项收运处理的城市，而且初步建立了相应的大件垃圾收运处理系统［7］。根据深圳市2017 年统计数据，全市共建成21 处大件垃圾拆解和资源化处理设施，其大件垃圾虽然来源复杂，但是主要集中在废旧家具、园林废弃物、木质包装箱等类别［8］，而床垫、桌椅等废旧家具又占大件垃圾总量的60%［8］，本研究中大件垃圾来源于废旧家具，不包括电器以及园林废弃物。

对大件垃圾的来源和组成进行分析，能够有效地掌握大件垃圾所含成分，为选择适合的处理工艺和设备选型提供参考。现有关于大件垃圾的研究主要集中在收运模式、管理措施等方面，对拆解组分的组成特性、物质流向及应用潜力分析比较缺乏。本研究以深圳市郁南环境园为研究对象，通过现场调研的方法对大件垃圾收运组分以及拆解后组分进行了分析，对处理成本和经济收益进行了计算，以期进一步明晰大件垃圾在当前处置环境下的资源化利用潜力。

2 采样及分析方法

2.1 工艺流程及采样方法

本研究依托深圳市郁南环境园的大件垃圾处理点作为研究对象。该处理点主要负责龙岗区、南山区及部分周围行政区的大件垃圾处置，虽然处理量仅为30 t/d，但其处置对象涵盖了来自物业小区、城中村、市政道路、工业区、写字楼等各种类型来源的大件垃圾。同时囊括了丰富的大件垃圾种类，例如椅子、桌子、床、床垫等，具有良好的代表性，而且收运的大件垃圾不包括电器，与研究对象一致。根据深圳市统计年鉴计算，深圳市大件垃圾在生活垃圾中约占2.7%（含大型电器），而该处理点在罗湖区生活垃圾总量中占比约为2.4%（不含大型电器），与深圳市大件垃圾占比一致。虽然大件垃圾总体质量占比较低，但是由于其体积庞大，所以其收运及处置情况同样需要重视。

本研究对进入深圳市郁南环境园的大件垃圾组成及拆解后组分进行了持续跟踪调研，收集并分析了2019 年5—11 月的每日处理数据。目前深圳市郁南环境园大件垃圾破碎拆解的主要方式如图1 所示，图2 为处理点现场图片。废旧家具由运输车辆运至厂区后，通过厂区前的地磅进行称量，记录每日进厂的大件垃圾总质量。对收运来的大件垃圾按照椅子、桌子、床、床垫进行人工分类，并对每一类进行单独的称量记录，即为该日这种类别大件垃圾的总质量。由于椅类废弃物形状组成复杂，对其按照材质进行更加细致的分类，可分为木质类、塑料类、皮革类、其他类，对每种类型的椅子分别称量，并记录数据。其中木质组分由输送皮带机输送至粗碎车间，在粗碎车间通过双轴撕碎机将其进一步破碎成粗料，通过调整运行参数，可以控制破碎后粗料的粒径。破碎后的物料经过磁选机，利用磁力作用将其中的金属组分分离。最后，分离出木质、金属、海绵、床网和残余物5 类组分，对其分别称量并记录每种物质的质量，再分别转运至各自的回收点进行资源化利用。

图1 深圳市郁南环境园大件垃圾拆解分选流程

图2 处理点现场图片

2.2 经济性分析计算

主要对大件垃圾处理的经济成本及收益进行了概算。由于涉及处理量的变化所以计算单位采用“元/d”，升级前以处理量30 t/d 为基准，升级后以处理量40 t/d 为基准。通过调研了解其生产所需的电费、人工费和设备折旧费，按照产生的残余物量和焚烧厂每吨的处理费用计算处理残余物所需成本。将这4 类成本进行加和，即为处理的总成本。

式中：M 表示大件垃圾处理总成本，元/d；m1表示总电费，元/d；m2表示人工费，元/d；m3表示折旧费，元/d；m4表示残余物处理费，元/d。

处理大件垃圾的收益主要来自于政府补贴以及拆解后可资源化组分的销售收入，以每种组分产生的数量和平均市场价格计算得出此种物质的收益。大件垃圾处理产生的总收益为减去总成本后的净收益。

式中：N 表示大件垃圾处理获得的净收益，元/d；∑n 表示拆解后组分资源化的销售收益，元/d。

3 结果与讨论

3.1 国内外大件垃圾处置方法对比

由于大件垃圾具有较强的资源化利用潜力，近年来国内外众多城市出台了关于大件垃圾收运处置的相关规定（表1）。英国1992 年制定的The Controlled Waste Regulations 将大件垃圾定义为质量超过25 kg 的废物或者任何不能装入直径750 mm、长度1 m 的容器的废物［9］。65%的英国家庭平均每年会产生132 kg 的大件垃圾，总计可达1.8×105t。据Curran 等［10］对英国3 个城市进行的调研结果，总体上只有15%的大件垃圾被重新使用，其他85%的大件垃圾最终都进入了填埋场。Larsen 等［11］对丹麦奥尔胡斯和赫宁进行调查，这两座城市分别有51%和39%的大件垃圾被直接焚烧或填埋，其他部分通过大件垃圾回收中心分类后，得到金属（2.2%）、塑料（2.6%）、纸类（20.6%）、木质（22.4%）、其他可燃组分（18.3%）。在美国，虽然各地关于大件垃圾的管理办法不尽相同，但终端处置措施大多为填埋：在旧金山Recology 组织对居民产生的大件垃圾进行回收［12］，Northeast Waste Management Officials' Association 通过在社区建立交换商店、在中转站为慈善机构设立专门区域以及开展相关主题活动来减少大件垃圾进入填埋场的数量［13］。可见国外的大件垃圾处置中焚烧和填埋仍旧是主要方式。

表1 大件垃圾管理政策

在我国，香港地区对大件垃圾的处置管理较早，目前香港大件垃圾的产生量为571 t/d，其中包括45%～55%的木质材料［14］，与国外大件垃圾处置方式类似，香港的大件垃圾只有少部分被回收，其余大部分都进行了填埋处理。厦门市在2018 年7 月推出《厦门市大件垃圾管理办法》，其中规定不可再利用的大件垃圾拆解后进行无害化处理［15］。厦门市集美区建成的大件废弃物处理厂处理量可达50 t/d，已经实现了对旧床垫、部分家具进行自动化处理。上海市根据已经制定的生活垃圾管理条例，补充了关于大件垃圾管理方面的一些意见，倡导消费者选择环保、耐用的大件家具以及建立线上线下的二手交易平台，从而在源头上减少大件垃圾［16］。上海市长宁区废弃物处置中心的大件垃圾处理车间设计处理量为70 t/d，采用“一级破碎+磁选”工艺，处理后对物料进行资源化利用［17］。

深圳市在2018 年4 月开始实行《深圳市大件垃圾回收利用管理办法》。其中对大件垃圾的投放点设置、收集运输、处理等方面均做出了规定，并对监督考评制度做出了要求［18］。在终端处置方面，严格控制大件垃圾拆解后组分进入终端处理设施的量，规定进入填埋场的处置量不得超过进厂大件垃圾质量的15%，进入填埋场和焚烧厂的处置量合计不超过30%［18］。虽然深圳市同样有旧家具再利用的途径，但实际再利用量相当有限，而由于深圳市对终端处置量的限定，大件垃圾的拆解、分选和资源化利用变得尤为重要。

3.2 大件垃圾来源及组成

图3 是每日进入处理设施的大件垃圾种类组成情况，与常规生活垃圾不同，大件垃圾中各组分量较为稳定，组成比例随季节变化较小。可以看出，椅类物质的处理量稳定在17 t/d 左右，随时间无较大变化，此外椅类也是4 类废弃物中占比最高的种类，超过了50%。与椅类相反，处理量最小的桌类废弃物在5、6 月之后处理量有较大幅度的增长，而7—11 月的处理量较为平稳，为（3±0.1） t/d，但由于桌类废弃物总量较小，对总体组成的影响有限。床类废弃物在5、6 月的处理量明显高于其他月份，超过了6 t/d，之后7—11月的处理量则在3.5～4.1 t/d 波动。床垫类大件垃圾处理量则呈现出波动上升的趋势，由最初的5.1 t/d左右增长至6.3 t/d。

床垫类大件垃圾的处理方法较为简单，目前已经出现了规模化应用的自动拆解装置［19］，这是由于床垫的尺寸大小和构造比较统一。其他类型的大件垃圾结构和材质组成各异，因此初步拆解仍主要靠人工操作，而这也是阻碍其自动化发展的原因。从调查结果中可以发现，椅类废弃物占比最高，因此对其详细组成进行分析能够为自动化拆解设备的设计及选型提供进一步的参考依据。

将椅类大件垃圾按照材质分为皮革、塑料、木质和其他4 类。皮革椅类主要包括皮质沙发，其组成复杂、拆解难度较大；木质椅类形状各异，包括常见的餐桌椅、木板凳等，这也为拆解增加了难度。图4 和表2 是大件垃圾中椅类废弃物的组成分布情况。图中显示5、6 月的椅类组成与7—11 月有较大差别。5、6 月的椅类大件垃圾中木质类占绝大多数，处理量在11 t/d 左右，塑料与皮革椅类的处理量差别不大，分别为3 t/d 和2.6 t/d左右。除上述3 类外，布艺类和其他特殊类型的椅子都归入“其他类”，这种类型的椅子数量很少，处理量约为0.3 t/d。

从7—11 月椅类废弃物的组成情况可以看出，各类别椅子所占整体的比例无较大波动，相对较为稳定。其他类的椅类废弃物约占总体的50%，这种类型椅子的形状差异显著，组成成分复杂，在自动化拆解前需要有更好的前期筛分，因此人工拆解仍然是这部分椅类废弃物的主要处理方法。木质椅类处理量基本在2.7 t/d 左右，而塑料椅类约为1.6 t/d。皮革椅类7—11 月有轻微的下降趋势，由3.8 t/d 降至3.3 t/d。

图3 大件垃圾种类组成

图4 椅类垃圾种类组成

表2 各种椅类垃圾平均日处理量 t/d

3.3 大件垃圾拆解产物流向

大件垃圾拆解产物流向及平均分布情况如图5所示。产物中木质占了较大比例，高达65.24%；金属、海绵这两类物质分别占4.23%和7.55%；床网类占比8.00%，它主要包含了布料和部分塑料材料；而除去木质以外占比最高的残余物（14.98%）主要指无法分离的木屑、布料、塑料、海绵等非金属组分的组合。总体上，大件垃圾拆解后主要为木质组分，其他具有较好回收再利用价值的组分占比都小于10%。

图5 大件垃圾处理物质流向及分布现状

拆解后的木质组分主要用作生物质发电公司的燃料供给，床网类运送到资源回收站之后按照材质再次分类制作为再生塑料和金属制品，海绵可以制成再生绵，金属类通过炼造后成为新的金属制品，残余物会进入垃圾焚烧终端处理。整体来看，目前拆解后各类物料的利用符合国家能源政策［20］，但是再生制品品质不高，公众接受程度较低，资源化利用效果有进一步提高的潜力。为此可以通过工艺升级改造对大件垃圾进行更细致的拆解，以获得纯净的再生资源组分，从而提高再生产品的质量；另一方面，郁南环境园大件垃圾现在的处理模式比较简单，拆解分选不够完全，产生的残余物量大，经济成本受影响因素多［21］。随着深圳市人口的不断增加势必会产生更多的大件垃圾，今后城市大件垃圾仍有可观的增长量，因此改善处置工艺，提高处理能力是必然的要求。

3.4 大件垃圾资源化潜力分析

郁南环境园大件垃圾处理工艺可以在现有的拆解+分选工艺主体上对各环节进行优化。优化升级后处理流程如图6 所示。首先通过粗破碎优化为两级破碎和两级磁选，进一步降低粗料尺寸，在减轻下游设备负担的同时为增加精细化设备提供了基础；二级破碎后的粗料经过滚筒筛，风选机选出木质、轻质物料（布料、皮革等）、金属，重质物料在粉碎后经涡电流分选机可以对铝、铜等有色金属进行高效分选。该工艺的最大优点是可以将不同组分最大限度地进行分离，有利于不同组分的高效利用，而且在经过粉碎后，木质物料可以被更大限度地破碎成小颗粒，有利于复合板材的制造或者成型燃料的加工。

图6 工艺升级后大件垃圾处理流程

目前，该大件垃圾处理点拥有两条处理生产线，处理量约为30 t/d，在不调整人员结构前提下，预计升级后处理量可达40 t/d。总体看来，虽然工艺升级后每吨大件垃圾的处理成本稍有增加，但是经济收益也增长为之前的1.6 倍，收益增长主要来自于处理量的提升。因此，通过工艺改进对大件垃圾中各组分进行更加细化的拆分，可以促进资源的有效回收利用，提高经济收益。郁南环境园大件垃圾处理点工艺升级前后的处理成本以及经济收益核算如图7 所示。

图7 升级前后大件垃圾处理经济分析比较

今后城市大件垃圾仍有可观的增长量，因此处理能力的提升占有非常重要的地位。以升级后郁南环境园大件垃圾处理量为基准，在目前大件垃圾拆解后组分流向的基础上，通过处理量的增长对处理成本以及收益进行预测，结果如图8 所示。其中，处理成本项以电费、设备折旧费、残余物处置费、人工成本为主，收益项主要包括产物回收收益和补贴，计算考虑价格浮动。可以看出，随着处理量的提高，处理成本增长率和收益率都有所增长。但是收益率的增长远高于成本，且两者差距越来越显著，这也与工艺升级前后的经济分析结果相符。预期处理量提升50%，收益率有望增长60%。说明随着处理能力的提升，企业获得的利润会更加可观，对生产能有更多的投入从而形成良性循环。

图8 预期成本及收益增长率

4 结论

大件垃圾组成较为复杂，目前对此方面的研究资料尚不充分。通过对郁南环境园收集的大件垃圾以及拆解后的组成成分进行分析，可以为之后其他城市大件垃圾处理中心的建设提供参考。研究得出的主要结果如下：

1） 城市大件垃圾主要由椅类、桌类、床类、床垫类组成，且日处理量为椅类＞床垫类＞床类＞桌类，随时间无较大变化，其中椅类占比高于50%，平均处理量约为16.8 t/d，桌类的处理量最少。因此，椅类废弃物拆解分选效率的提高是增加大件垃圾整体处理效率的关键。

2） 对椅类废弃物单独分析，结果表明其5—6月与7—11 月的组成存在较大差异。木质类椅子在5—6 月占主要地位，处理量达11.14 t/d，在7—11 月处理的主要为“其他类”椅子，平均处理量为8.95 t/d。塑料与皮革类椅子处理量较为稳定。根据椅类废弃物的季节性波动，处理点可以做好相应的生产调整以增加效益。

3） 大件垃圾拆解后的主要组分为木质（65.24%）、床网（8.00%）、海绵（7.55%）、金属（4.23%），剩余的残余物占14.98%。拆解后产物的回收利用率较高，但仍有发展空间。同时，提高再生制品的质量也是未来的发展趋势。

4） 大件垃圾处理点工艺升级后可以获得的经济收益为之前的1.6 倍。随着处理能力的提高，处理成本有所增加，但预期收益的增长远高于处理成本。