城市生活垃圾分选设备技术应用浅析

2019-07-12

摘要:对城市生活垃圾分选设备和工艺进行了浅析,针对不同垃圾组分、不同垃圾处理方式,对分选工艺的选择应用进行了探讨。

国外发达国家从 20 世纪 60 年代起由于资源紧张和环境恶化开始重视和研究垃圾分类收集问题,并于 70 年代逐步开始实施垃圾分类收集[1] ,目前美国、日本、德国分类收集、回收利用比例已高达70%以上[2] 。我国最早于 1953 年在北京开展生活垃圾分类收集试点[3] 。调查表明,我国生活垃圾呈无机物含量持续下降,而有机物、可回收物含量持续增长趋势。1996 年与 1985 年相比,垃圾中可回收物比例增加了 3. 8 倍,有机物增加了 52%,而煤渣、灰土等无机组分却明显减少[4] 。为保障我国生活垃圾处理能力、处理水平不断提高,原建设部先后颁布的 《城市生活垃圾处理及污染防治政策》、 《生活垃圾处理技术指南》 大力提倡城市生活垃圾分类收集和运输、处置,并在 2000 年 4 月发布 《关于公布生活垃圾分类收集试点城市的通

知》,选定北京、上海、广州、南京、深圳、杭州、厦门、桂林 8 个城市作为垃圾分类收集的试点城市。但限于城市生活垃圾运输、处置方式、技术手段等因素和条件的制约,我国大部分城市,尤其中小城市的生活垃圾分类收集的进程和效果不太理想,仍处于混合收集和混合处理的状态。集约化、机械化的分选作为今后一段时期内混合收运的生活垃圾的预处理手段,能够在对生

活垃圾进行资源化回收的同时,有效缓解后续处理设施的容量压力。

1 生活垃圾分选工艺

生活垃圾机械化分选技术的研发始于 20 世纪80 年代,国外发达国家基于垃圾分类回收的基础,为实现生活垃圾中可再生利用资源的分离和回收,同时规避昂贵的人工费用造成处理成本的大幅增加,将选矿技术应用于生活垃圾的机械分选实践中,并不断进行有针对性的改进和强化,逐步形成了系列化的分选设备。我国现用的机械化分选技术大多引自欧美发达国家,结合生活垃圾特性和混合收运的实际进行转化设计,经过多年的试验和整改,已可对混合收运的生活垃圾进行机械分类的同时,通过各种工艺及设备的组合、配套,实现其中可再利用资源的回收,并将生活垃圾按组分特性进行分流,已在多项国内生活垃圾处理工程中得以成功应用。当前,生活垃圾处理分选工艺以机械分选为主,人工分选为辅,主要分选工艺:破袋、破碎、筛分、磁力分选、风力分选、弹跳分选、光电分选、涡电流分选、水力分选等。

2 生活垃圾分选设备

2. 1 破袋、粗碎设备

破袋、粗碎设备可以分为被动式和强制式,对应的设备分别为滚筒破袋机和剪切式破袋机。滚筒式破袋机的优点是装机功率小,能耗低,但受垃圾袋容积、袋装垃圾质量影响,其破袋效率波动较大,有时会降至 20%~30%。剪切式破袋机破袋效率相对较高,一般可达 90%以上,但存在带状物缠绕刀辊、遇硬质物料频繁过载停机、人工清料等现象。剪切式粗碎机源于矿山破碎设备,增加了粗破碎、防缠绕和过硬物质自动排料的功能,破袋效率均在 95%以上,但其处理能力略低。

2. 2 筛分设备

目前,应用于垃圾处理行业的筛分设备主要有张弛筛、滚筒筛和圆盘筛 3 类。张弛筛通过柔性网面的张弛运动实现粒径分级和自清筛面的功能,多用于含水率较高的生活垃圾小粒径组分的分离。滚筒筛按粒径分级和处理量的不同可分为单节单级、单节多级、双节多级的结构类型,设备通用性强,滚筒筛的效率较高,适合不同尺寸物料的分离,但需要拆换筛面。圆盘筛多用于生

活垃圾的初、预筛,可以通过调节圆盘轴之间的距离适应不同尺寸物料的分离,且具有自净能力,无须另外的清理装置,但筛分过程中可能会有长绳类物料缠绕问题出现。

2. 3 磁选设备

磁选设备可以分成磁力滚筒、悬挂式磁铁器。磁力滚筒又可分为干式和湿式 2 种。悬挂式磁选机可分为永磁和电磁 2 种方式。在生活垃圾分选工程中常用的磁选机多为悬挂自卸式电磁除铁器,其与皮带机配套使用非常方便,在工作过程中卸铁机构自动将卸铁皮带上吸附的铁磁性物质抛到除铁器以外的收集箱内,无需停电人工清理,实现了金属回收的自动化。

2. 4 风选设备

风选设备主要用于城市生活垃圾中轻质物料(纸张、塑料薄膜等) 的自动分选。按主体空间布置分为卧式风选机和立式风选机。卧式风选机结构简单、维修方便,但精度不高,常与破碎机和滚筒筛配合使用。立式风选机又可分为下鼓风、上抽风和鼓抽风结合等多种形式,具有占地面积小、布置灵活、分选精度高等特点。

2. 5 光电分选设备

光电垃圾分选设备是近年来国外发展起来的一项新技术装备,目前在国内已有应用。光电分选多用于不同种类塑料的分离,但易受物料清洁程度、光谱差异显著性等影响。与光电分选原理类似的还有红外光分选机和颜色分选机,红外光分选机主要用于塑料瓶的分选,可将塑料分类为 PVC(聚氯乙烯)、PP (聚丙烯)、PS (聚苯乙烯)、PE(聚乙烯)、PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯) 等。颜色分选机主要用于玻璃瓶的分选,可利用瓶的透光性,根据其颜色将单行排列的瓶子进行分类。

2. 6 其他设备

弹跳分选设备也是近年来国外发展起来的一项新技术装备,有弹跳皮带机组和弹跳筛等不同种类,主要用于分离生活垃圾中的无机物料。涡电流分选设备主要用于生活垃圾中有色金属的分选。水力分选设备多用于生活垃圾厌氧消化的前处理工艺。

3 生活垃圾分选设备技术应用

针对我国城市生活垃圾混合包装、混合收集的现状,从综合处理的角度出发,选择合理的城市生活垃圾分选工艺路线,以提高其效果和效率,简化后续处理工艺路线,以降低投资和运行成本最为关键。由于城市生活水平不同决定了其生活垃圾组分也不同,不同经济发展水平也决定了生活垃圾最终处置方式也不相同,在确定垃圾分选设备时应因地制宜,灵活应用。

3. 1 组分确定分选工艺

依据城市生活垃圾的组分特点进行分选,将主要组分与其他组分分离,分选工艺的选择分析如下。

1) 无机物。主要通过筛分的手段完成,对于以灰土为主的无机物成分可以采用圆盘筛或滚筒筛进行筛分,灰土大部分进入筛下物,其它组分进入筛上物流。对于砖瓦、陶瓷、煤渣等无机物组分,可通过弹跳分选工艺从其他物料中分离。

2) 有机物。主要通过筛分的手段完成,可以通过两种筛分手段来实现:一种是用圆盘筛进行预筛分去除灰土,然后再用一级滚筒筛筛分,有机物大部分进入滚筒筛筛下物,其他物料进入滚筒筛筛上物;另一种是利用双级滚筒筛,筛下物为灰土成分,筛上物为可回收物和可燃物的混合物,筛中物为有机物和砖瓦陶瓷等的混合物,筛中物可通过弹跳分选进一步提高有机物纯度。

3) 可回收物。可通过人工分选和机械分选相结合实现,黑色金属回收物可采用磁选工艺回收,有色金属可采用涡电流分选工艺实现,纸张、塑料可通过风力分选实现,不同类别的塑料可通过光电分选进一步分离。

4) 可燃物。生活垃圾中可燃物料以木竹、织物、塑料、纸张为主,可通过部分人工分选,部分筛分方式选出,根据组分特征选择合适的筛孔,筛上物料以可燃物为主,筛下物则为其他物料。

3. 2 处理方式确定分选工艺

当前,城市生活垃圾的最终处置方式为填埋、堆肥和焚烧,其中填埋是城市生活垃圾必不可少的处理手段。依据城市生活垃圾的最终处置方式,确定合理的分选工艺路线,去除垃圾处理过程中的无用组分和有害组分,达到综合处理的资源化目的。

以填埋为主的垃圾处理方式,建议采用图 1分选工艺,回收部分可循环利用物质,其余进入填埋场。以填埋为主的垃圾处理方式,建议采用图 1分选工艺,回收部分可循环利用物质,其余进入填埋场。


以堆肥为主的垃圾处理方式,建议采用图 2分选工艺,回收部分可循环利用物质,可腐有机物进入堆肥场,其余进入填埋场。


以焚烧为主的垃圾处理方式,建议采用图 3分选工艺,回收部分可循环利用物质,可燃物进入焚烧炉,其余进入填埋场。


综合处理的垃圾处理方式,建议采用图 4 分选工艺,回收部分可循环利用物质,可燃物进入焚烧炉,有机物进入堆肥场,其余进入填埋场。

4 结论

1) 城市生活垃圾袋装化逐步成为城市生活垃圾的收集方式,我国城市垃圾主要以混合收运为主,含有软、硬、脆、韧等各种物料,成分复杂。要实现城市生活垃圾的减量化、资源化、无害化,垃圾分选设备预处理工艺在近期内垃圾综合处理中是不可或缺的重要工艺环节。

2) 城市生活垃圾分选工艺的确定应从实际出发,在满足经济要求的情况下,尽量将各类物料按性质分流集中,以便于后续集中处理,并做到最大化地回收可循环利用物质,为城市生活垃圾综合利用提供便利条件。

3) 城市生活垃圾分选技术经过多年国内外的共同研究开发和实际应用,适应国内城市生活垃圾具体特性,出现了多种分选技术,并已经形成了一定的规模和体系。在选用这些技术时应注意,不同的技术有不同的应用条件,同一工艺环节也可以通过不同的技术手段来实现。

4) 城市生活垃圾分选设备技术的进步也促进了分选工艺设备的更新,随着城市生活垃圾管理水平的提高和分选处理工艺更高要求的提出,城市生活垃圾分选设备和精细分选设备 (如光电分选设备) 也会逐步得到发展和应用。

5) 城市生活垃圾分选工艺的选择应因地制宜,结合城市生活垃圾组分特性和最终垃圾处理方式进行综合分析,以选择最佳的分选工艺路线。


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