我国装修垃圾的处理要点分析

上海跃昕环保科技有限公司 自瑛琪

一、引言

随着我国城镇装修垃圾的产出不断提升，大体量的装修垃圾已经开始影响城市居住环境的良性发展，针对装修垃圾开展资源化利用不但能够改善城市居住环境，而且能够节约生态资源、降低城市建设的成本，因此加快装修垃圾的资源化处理已经迫在眉睫[1]。装修垃圾成分复杂，虽以无机惰性物为主，如混凝土块、加气块等，但在住宅区内堆放、转运的过程中会夹杂部分泥土，同时轻物质较多（含塑料、木材、织物等），杂质分离难度较大。装修垃圾资源化处理的产品主要以再生骨料为主，再生骨料的纯净度是影响再生产品应用的关键指标。因此，装修垃圾中的杂质分离，主要是轻物质分离成为关键环节。本文以上海某建筑垃圾资源化利用项目为例，通过实际工程运营，分析研究单滚筒风选机在我国装修垃圾资源化处理杂质分离中的应用设计和工程运行参数优化。

二、研究内容

（一）设备设计与配置分析

本试验在上海某建筑垃圾处理厂进行，该厂装修垃圾资源化处理的首道杂质分离设备采用德国进口单滚筒风选机，见图1。主要由加速皮带、分离滚筒、扩展室及可调风喷吹系统等构成。基本原理是以空气为分选介质，通过控制风力的强度，进而按物料的密度与粒径大小进行分选，把其中不能作为再生骨料的物质分离出来。设备运行的基本过程为混合物料从头部加速皮带进入，将物料送至旋转的分离滚筒表面，在设定风力的持续作用下，轻物质被上升气流或上升气流与分离滚筒旋转时的共同作用力带入后方的扩展室内，重物质与中物质则因重力大于上升气流的托力无法前进，而下落到皮带与分离滚筒间的料斗中。

图1 单滚筒风选机

单滚筒风选机是根据物料的密度实现不同物料的分离。由于物料粒径可能干扰密度分选，入料的粒径比越小，分离效率越高，但粒径比降低会增加风选机设备的台数。为了保证有效的杂质分离效率（大于95%①），对进入设备的物料粒径比应严格限制，推荐进口物料粒径比不高于1:4，如当进入的最小物料粒径为50mm时，则最大物料粒径应不高于200mm。在工艺设计过程中，物料粒径的划分（即粒径比的选择）直接影响风选机设备的配置台数，进而影响车间平面布置和工程投资。值得注意的是，单滚筒风选机对10mm以下粉料的杂质分离效果不是很敏感。因此设计过程≤10mm的粉料可以忽略粒径比。

本项目设有两条产线，每条产线设计处理能力为65t/h，根据物料平衡计算，到此环节的单台设备处理量为55t/h，考虑后续反击破后大于31.5mm的物料返回比20%，本项目单条产线根据粒径比要求设置两台单滚筒风选机，每台处理能力按35t/h计算。单台设备的给料皮带长度2900mm，宽度1000 mm，额定速度2m/s，分离滚筒直径为800mm，长度为1500mm，额定转速39r/min。为了提高分选效率，应提高加速皮带对物料的均匀和分散布料，喷吹系统的供风口位于加速皮带下方，出口呈扁平状，送风管道与供风口采用软管连接，可自由调整供风口喷吹角度。

（二）样品采集

本试验采用的物料为项目日常处理的装修垃圾。进入单滚筒风选机的物料是经过一级筛分后的物料，粒径范围为50-200mm之间，样品分级粒径比为1：4，物料性质分布如表1所示。其中重物质主要为混凝土及砖块和瓷砖大理石，占比约64.81%；中物质主要为加气块，占比约15.86%；轻物质主要为竹木、纸塑和织物，占比约19.34%。为降低不同样本进行试验而造成的误差，本试验采用同一批物料样本。

（三）试验工况设计

装修垃圾资源化处理过程中杂质分离的理想状态是能够将轻物质与中、重物质完全分离，但在实际运行工况中这一点实现的难度较大。因此在工艺设计时采用了两级杂质分离的模式，由一级风选先将大部分轻物质从重物质中分离出来，再将混入重物质中的小部分轻物质和中物质进行二级杂质分离。目前再生骨料主要用于再生砖、回填料等各种建材领域。骨料中的杂质含量直接影响了下游再生产品的品质和应用。如用于制作再生砖的骨料要求杂质含量比例应低于1%②。因此，本厂在设计过程中，再生骨料最终杂质含量设计值不高于0.5%。实际工程运行过程中杂质含量低于0.1%。

轻物质中的竹木、纸片、塑料等均有不同程度的回收再利用价值，可以通过进一步分离实现资源化利用。中物质中的加气块密度介于轻物质和重物质之间。加气块分离出来后混入混凝土砖块骨料中，制作而成的再生实心砖透水率难以控制，但可以经过二级破碎+二级分选后用于制作蒸压砖[2]。因此，加气块在首道分选中需尽量与重物质一同分离出来。

为了提高装修垃圾的资源化率，应通过有效的杂质分离，将各类物质物尽其用。单滚筒风选机作为首道杂质分离设备，也是最关键的一道分离工序，要求杂质去除率达到95%以上。根据一年来的满负荷运行工程经验反馈，影响该设备杂质去除率的主要因素有三个，分别为：供风口角度、落料区间和风压值。

本次通过模拟实际工况进行样本采样，轻重物质分离试验在该建筑垃圾厂生产线14.2# 单滚筒风选机上进行。首先确定合理的供风口角度、落料区间，在此基础上设定不同风压参数进行重复试验。

三、工况结果分析

（一）最佳供风口角度与落料区间选择

供风口角度表示物料经过加速皮带后，风力在一定风压情况下，对物料的喷吹角度。落料区间表示物料经过加速皮带后在分离滚筒上的落点范围，依靠分离滚筒的快速旋转和风力的喷吹实现杂质分离。当物料与风力角度垂直时，物料在离开加速皮带后立即受到供风口的风力影响，改变原有惯性力给予的直线前进方向，转而向上运动，减少了物料到分离滚筒的位移，致使物料的落点处于图2中6号位下方。因此试验参考实际运行时的设备工况，为达到较好的分选效果，使物料下落时能够有效利用加速皮带给物料前进的惯性力，设定出风口角度为42°[3]。经测试后，得出混合物料至分离滚筒表面的落点应选取图2中3号位至5号位之间为宜。

图2 混合物料在分离滚筒上的落点

（二）最佳风压选择

试验样品通过装载机充分混合后装入试验吨袋中，试验吨袋底部含有一个400*400mm的活结开口，可以不间断卸料，模拟实际运行工况。投料通过行车吊运吨袋至单滚筒风选机前条皮带料斗处，待皮带运行正常后开始匀速投料，保证进料平稳。风压试验将风压值设定为25mbar、35mbar、45mbar和 55mbar四 个不同值分别进行，并计算每次试验后样品中轻、重物质及加气块分别在扩展室内各自所占其物料总量的比例。

试验后某一类物质在扩展室内的重量占其样本重量的比例公式为：

a—扩展室内某一类物质的重量

A—样本中某一类物质的重量

1.风压对轻物质分选工况的影响

图3给出了物料在单滚筒风选机不同风压下，分选后扩展室内轻物质的比例。随着风压值的上升，对物料的喷吹强度不断增加，轻物质被分离的比例逐渐提高。25mbar与35mbar风压下扩展室内轻物质比例为77.92%与88.83%，不满足95%的杂质分选效率要求，因此≤35mbar 的风压值不适用。当风压提升至45mbar与55mbar时，轻物质占比提高至95.84%与99.48%，达到了95%的杂质设计分离比例要求。

图3 不同种风压下，扩展室内3类物质的占比

2.风压对加气块分选工况的影响

图3给出了物料在单滚筒风选机不同风压下，分选后扩展室内加气块的比例。45mbar风压下扩展室内加气块的比例为10.82%，风压从45mbar开始加气块的比例上升趋势明显加快，55mbar风压下加气块的比例提高至17.66%，这意味着将有近18%的加气块混入了轻物质中，混入的加气块越多，轻物质的利用价值则越低，可回收物质减少，资源化率下降。若要利用这部分加气块则需要增加分离设备，提高了投资成本。因此55mbar风压过大，不建议采用。

3.风压对重物质分选工况的影响

图3给出了物料在单滚筒风选机不同风压下，分选后扩展室内重物质的比例。45mbar与55mbar风压下重物质比例为3.39%与10.96%。能够发现风压值在25-35mbar区间内重物质占比的变化不大，而随着风压继续从45mbar开始上升到55mbar时扩展室内重物质的占比提升明显。这是因为重物质中的部分物料，在较大的风压下，自身的重力已无法支持其下落，而被分离滚筒旋转的作用力带入了扩展室内。这部分重物质混入轻物质中，给轻物质的分选增加了难度，降低了轻物质的资源化率。44mbar与55mbar风压下重物质对整体物料的影响率为2.53%与7.11%，即55mbar风压下有7%左右的重物料无法被资源化利用，严重影响了产线的资源化率。因此≥55mbar的风压同样也不推荐。

四、结论

为了提高装修垃圾的资源化率，单滚筒风选机作为首道杂质分离设备，也是最关键的一道分离工序，要求杂质去除率达到95%以上。以某建筑垃圾资源化厂实际装修垃圾物料为研究对象，分析生产线上14.2#单滚筒风选机的最佳落料点、供风角度和风压，通过长期运行经验和工程试验得出以下主要结论：

（1）单滚筒风选机物料进料粒径比不高于1:4，应根据装修垃圾物料特性合理选择粒径区间，以减少设备配置台数，进而优化平面布置和降低工程投资。

（2）单滚筒风选机的最佳供风角度为42°；最佳落料点为图2中3号位至5号位之间。

（3）风压＜45mbar时，轻物质分离效率＜95%，不满足后续再生骨料纯净度要求；风压≥55mbar时，轻物质中混入加气块及重物质的比例提高，严重影响了项目的资源化率，不建议采用。

（4）风压在45-55mbar区间时，轻物质分选率达到95.84-99.48%，同时混入轻物质内的加气块比率为10.82-17.66%，混入轻物质内的重物质比率为3.39-10.96%，在保证后续再生骨料纯净度要求的情况下，实现项目资源化率提高的目的。但风压越趋近于55mbar时，分选后混入轻物质内的中、重物质占比会显著上升。因此推荐单滚筒风选机的工作风压区间为45-55mbar，尤其是接近45mbar的风压为最优。

注释

①建筑垃圾处理技术标准:CJJ/T134-2019[S].

②建筑垃圾再生骨料实心砖:JG/T505-2016[S].