氣動剝離用于生活垃圾處理的新技術
摘要:利用氣動及射流特性對特定物質進行剝離和分選，將該技術用于生活垃圾的分選處理，實驗研究證明是最有希望取代垃圾傳統分選工藝的新技術。具有分選原理簡單、效率高、適應性強、分選準確且容易推廣等特點，是今后的發展方向。
關鍵詞:氣動剝離 生活垃圾 分選處理 再生資源
氣動剝離就是利用氣動及射流特性，采用非機械接觸式對混雜物或附著物進行剝離和分選（分類），它即可從物質的混雜整體多項物中分離出不同物質并進行分類，也可將物質表面上的某些附著物剝離分開。研究小組經過多年的研究與實踐，已成功地將該技術應用于工業生產的多項領域，即根據需要，對技術和裝備進行改進，或利用功能，或改進結構，或使其變形，或改變用途等，就可以實現各類物質剝離和分選的目標，具有分選原理簡單、適應性強、效率高、分選準確且容易推廣等特點。試驗性研究證明，氣動剝離技術應用于生活垃圾分選處理，可將混雜整體物料剝離分開，再通過變重技術可使分選更精準。
1 分選處理的應用前景
據國家市容環境衛生協會統計，我國人均生活垃圾年生產量為440 kg，全國年產生量為1.5億t，且每年以5％～8％的速度增長，我國歷年城市生活垃圾存量已超過60億t，據國家市容環境衛生協會統計，全國600多城市已有200多座處于城市生活垃圾包圍之中，城市生活垃圾占地面積(可耕地)5億m2，直接經濟損失達8O億元人民幣[1]。生活垃圾圍困城市已成為當今世界嚴重的環境公害。生活垃圾每天都要產生，若能將其回收利用，便是一種取之不盡用之不竭的資源，且大大減少環境的污染和破壞。
發達國家極為重視城市生活垃圾的資源化、無害化、減量化處理，并形成產業，經濟效益和環保效益十分可觀。因此，實現城市生活垃圾資源化、無害化、減量化處理，回收再生資源綜合利用，以促城市環保產業鏈的形成，乃是城市生活垃圾處理的發展方向，勢在必行[2]。
1.1 城市生活垃圾的組成成分
城市生活垃圾主要有食品類、塑料類、紙類、玻璃、織物、金屬廢物、廢舊電池、熒光燈管、廢用電器、裝飾廢物等。塑料類明顯增加，主要來源于一次性食品包裝和超市的一次性購物塑料袋。隨著生活條件的改善，無機垃圾有呈明顯下降趨勢，有機物垃圾明顯上升。表1和表2統計了部分國家及我國部分城市垃圾的組成和比例情況。
表1 部分國家城市垃圾組成與我國上海、深圳、臺灣垃圾組成比較（%）
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表2 我國主要城市垃圾組分
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1.2 城市生活垃圾的回收利用
城市生活垃圾中可供回收利用的有塑料類、紙類、玻璃、織物、金屬廢物等，主要源于家庭。商品工業化包裝率的提高使得食品，化妝品、衣服、鞋類的包裝紙盒、紙袋、塑料袋等包裝垃圾占據了人們生活垃圾的很大一部分，一次性的紙杯、飯盒以及報紙、雜志、廣告宣傳單、學生練習本等文化用紙的消耗也隨著人們生活水平的提高使得廢紙在城市生活垃圾中的比重近10年增加了約13%。由于零散、品種多，往往被混在其他的生活垃圾如菜葉、果皮、剩飯菜等中一起丟棄，造成資源的浪費，給回收也帶來相當的困難。當然，如果在源頭上把不可回收與可回收的垃圾進行分類存放入垃圾箱是最好的處理辦法，但我國目前還難以做到。因此，運用其他手段將生活垃圾進行分選回收利用勢在必行。
2 城市生活垃圾處理方法
我國城市生活垃圾的主要特點：一是量大，二是混裝，三是可燃值低，四是有機物多。目前，國內生活垃圾處理方式主要有3種：衛生填埋、焚燒發電、分選處理[3]。填埋是最常用的方式，我國城市生活垃圾大部分采用這種方式處理，其中50％以上未經分類和無害化處理就直接填埋。顯然，填埋既浪費資源(土地資源和可再生利用資源)，又產生二次污染，費用也不低(每噸處理成本50元左右)，實屬無奈之舉。
焚燒發電是國內各大城市當前熱衷的垃圾處理方式，但這一方式發達國家多已淘汰，且不符合我國國情，投資大，成本高，每度電成本高達1.1元，還需解決二次污染問題，國家建設部已對此類項目進行了嚴格規范，不提倡推廣。
分選處理是城市生活垃圾處理的最佳方式，這種方式可將垃圾中可以利用的資源分類選擇并回收利用，回收率達80％以上。若結合生物工程技術，將垃圾中的有機物質進行無害化處理后，制取高效生物有機復合肥料，這樣無法回收的填埋物就所剩無幾了。這種方式綜合集成高新技術與常規技術，在資源、資金、技術與市場層面上對生活垃圾處理進行有機整合，不但可以達到垃圾處理資源化、無害化、減量化的目的，還可以形成一個龐大的新興環保產業，即垃圾資源化開發與垃圾處理設備制造產品。
3 傳統分選技術
3.1 分選類型
現有的城市垃圾分選技術種類主要有光選、電選、風力分選、密度分選、水力旋流器分選、浮選等多種方法。其中，光選法適合于塊狀的分選，對于破碎后的細粒，由于光譜中的某些波段會發生位移，難以分選。此外，也不宜分選薄的片狀或黑色物料。而水力旋流器分選和浮選都屬于濕式分選法，這些方法用水多，處理過程復雜。電選法分離耗能少，分選率高，對比重法無法分離的廢料易于分選，但對分選物料的濕度及粒度要求較高，結構復雜。風力分選比較適合于重物質的分選，用于塑料、紙等輕物質分選時，如不進行特殊工藝處理，分選率不高。
3.2 分選設備
現有的城市生活分選垃圾設備種類較少，品種單一。資源化分選設備普遍存在的問題是配套設備數量多，處理工藝復雜，造價高，少者投資數千萬元，多者投資上億元。而且有針對性的分選城市生活垃圾中的某種輕物質如塑料的分選設備，目前國內外研究不多。如采用現有的設備分選，不僅投資大，而且設備也不能得到有效的利用。為此，對現有的分選設備進行創新設計，為市場開發種工藝簡單、投資少、分選率高、制造敏捷的生活垃圾中分選設備是非常有必要的。
4 氣動剝離分選新技術
4.1 氣動剝離分選工藝流程
結合我國大、中小城市生活垃圾的組成特點和處理現狀等，在此基礎上研制開發了適合我國國情的生活垃圾分選技術，即氣動剝離分選新技術。該技術在研究國內外城市生活垃圾資源化分選設備的基礎上，根據城市生活垃圾的特點，結合實驗結果，提出了從城市生活垃圾中采用氣動剝離分選新技術。其氣動剝離分選工藝流程，如圖1所示。
.jpg) 圖1 采用氣動剝離的城市垃圾回收系統 |
本工藝的主要分選方法是采用氣動剝離。一級氣動剝離的作用是將塑料、紙等輕物料從重物料中分離出來。一級氣動剝離后的垃圾被分成兩個組，即重物料組(廚余、無機物、玻璃等)和輕物料組(塑料、紙等)。其中，重物料可根據不同情況進行填埋等處理；輕物料內由于塑料、紙等一些輕物質的物理特性非常接近，分離不明顯，需進行二級氣動剝離，以提高回收率和分選率。二級分選時，為了將塑料、紙等輕物質分離，首先要對其進行特殊工藝變重處理，再進行氣動剝離分選，將輕物質有效分離出來，然后根據不同用途進行利用。
4.2 破袋與保護
城市生活垃圾袋裝化逐步成為城市生活垃圾的收集方式，我國城市生活垃圾主要以混裝為主[4]，含有軟、硬、脆、韌等各種物料，成分復雜，因而破袋問題是垃圾分選預處理必須首先解決的問題。為此，研制一種具有可調整垃圾破碎粒度、防止垃圾過度破碎及具有退讓保護功能的裝置，成功實現垃圾的破袋和刀具的保護[5]。
4.3 變重技術
變重技術的原理是根據塑料與紙等輕物質的吸水特性不同，將一級分選后的塑料、紙等輕物料送入水池浸泡，使塑料與紙等輕物料的比重發生改變[6]。為了控制用水量，將浸水垃圾中的水控制在原垃圾質量的一倍左右。吸水、壓實、松散后它們的密度和形狀等物理特性發生變化，紙等一些物料由于吸水性強，并且擠壓后體積變小，密度增大較多，而塑料的吸水性較低，且擠壓后體積變化不大，所以密度增加不大，這樣，就可以進行二次分離[7]。
5 結 論
通過對城市生活垃圾分選及其利用技術的研究，提出了垃圾氣動剝離分選 和變重新技術；通過大量試驗，驗證了新技術的合理性，其分選效率高于目前現有設備的15%以上，且分選準確率高，確定了氣動剝離分選設備的結構參數和最佳運行參數，對城市生活垃圾中進行分選和回收利用不僅有良好的經濟效益，而且具有重要的社會效益和環保效益。
參考文獻
[1] 劉明偉，張亮峰.氣動智能化分選――氣動剝離設備研究[J].液壓與氣動，2006（5）：35-38.
[2] 劉會友.決定城市生活垃圾處理技術的制約因素分析[J].中國資源綜合利用，2005，78：25-29.
[3] 楊慧芬.固體廢物處理技術及工程應用[M].機械工業出版社，2003.
[4] 吳克明，曹建保.生活垃圾處理與資源化利用分析[J].工業安全與環保，2005，59：17-21.
[5] 劉明偉，張亮峰.氣動剝離的氣壓場成形理論研究[J].液壓與氣動，2006（4）：45-47.
[6] 徐惠忠.固體廢棄物資源化技術[M].北京：化學工業出版社，2004.
[7] 邊炳鑫.固體廢物預處理與分選技術[M].北京：化學工業出版社，2004.
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