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生活垃圾中废塑料分选回收技术概述

作者:user 来源:  日期:2019-10-17 21:14

近年来,废塑料在城市生活垃圾中占有相当大的比例,其含量正呈逐年上涨的趋势,因此对塑料进行分选和资源化利用势在必行。塑料分选技术是摆在我们中间的一项难题,目前生活垃圾废塑料的分选技术五花八门,由于在全国各地废塑料在垃圾中的还水量等因素的影响,现实中能实现废塑料的分选还不成熟。因此,研究一套适合废塑料的分选技术迫在眉睫。 
1 前言
1.1 废塑料的种类和含量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)和聚对苯二甲酸乙酯(PET)五大类。通过对湖北秭归县和北京阿苏卫生活垃圾填埋场实地分拣实验得出,塑料包装废物占包装废物的比例较大,分别为83.71%和66.43%。塑料包装中比例最大的是塑料袋,分别为76.11%和57.80%。
在北京和九江两城市的生活垃圾最终处置场中考察发现各类包装废物中数量最大均为塑料类包装物,分别有88.80%和75.04%,其中塑料袋的数量很大,分别占总包装物质量的57.15%和56.88%。如果能够将各种塑料袋很好地回收的话,就可以减少一半左右的包装废物。[1]
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%;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%。
2 废塑料分选技术
2.1 常用分选技术目前根据废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。
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。
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。 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[2]。
2.2.2 色彩分离法此方法是根据色彩进行分离的技术,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。
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。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选效果的重要因素。此外,该法也可用于分选塑料中混入的石子和砂子等,但对于密度近似及碎片形状不规则的塑料分离效果较差。
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。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。
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,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。该法是干式分离法,特别适用于带极性的聚氯乙烯的分选,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[3]。
2.3 分选技术应用实例可以看出,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 国内相关技术方案
3.1 分选组合工艺朱秀华等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。根据工艺的先后顺序,分为粗分选和精分选两部分。
3.1.1 电磁、静电分选3.1.1.1 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。
(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。
3.1.1.2 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。
3.1.2 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[4]。 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。
3.2 变重分选工艺 吕传毅等针对生活垃圾中塑料含量多、回收价值高的特点,提出只分选生活垃圾中的塑料,而放弃其他含量少、回收效益低的变重分选技术,并进行了相关的设备研发、调试试验。原始袋装生活垃圾经过破袋装置破碎后,先后经过两级风选,一级风选是将垃圾分成重组分、中组分、以及轻组分三个区,从而先将塑料、纸类等轻物料所在的轻组分区从垃圾中分离;然后进行二级风选,将塑料、纸等轻物质进行特殊变重技术处理,再进行分选,将塑料从轻物质中有效分离出来。 
  变重分析技术利用塑料与轻物质的吸水特性不同,将一级分选后的塑料、纸等轻物料送入水池浸泡,每15s捞料板将部分垃圾捞出水池,浸泡时间由一间歇机构来控制实现,再通过液压系统对浸湿的垃圾进行挤压,将垃圾吸收的水分大部分挤出,使塑料与纸等轻物料的容重发生改变。为了控制用水量,将浸水垃圾中的水分控制在原垃圾重量的一倍左右。吸水、压实、松散后它们的容重和形状等物理特性发生变化,纸等一些物料由于吸水性强,并且挤压后体积变小,容重增大较多,而塑料的吸水性较低,且挤压后体积变化不大,所以容重增加不大。这样,塑料与纸等物料的相对容重就由原来都为轻物料变为轻物料与重物料的混合。然后再经过第二次风选,并选择合适的风速等参数,将塑料从轻组分中分离出来

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