生活垃圾塑料分选及利用技术研究.pdf

生活垃圾塑料分选及利用技术研究 ＊ 吕传毅 杨先海 山东理工大学, 淄博 255049 李本根 山东临朐杨善中学, 临朐 262600 摘要 分析了我国城市生活垃圾的组成成分, 阐述了对我国城市生活垃圾中的废旧塑料进行分选和资源化利用的必 要性 。提出了从城市生活垃圾中分选塑料和对分选出的塑料进行资源化制板的新技术, 给出了塑料分选过程的运动 参数和板材的性能参数, 解决了垃圾破碎、缠绕、变重和塑料相容性等关键技术问题, 制作的板材技术指标符合建筑材 料的应用要求。 关键词 城市生活垃圾 塑料分选 变重 资源化 塑料板 ＊山东省优秀中青年科学家奖励基金 02BS112 、山东省自然科学基 金 2003ZX005 项目资助。 1 前言 我国现在每年城市生活垃圾总量已达 1. 4 亿 t , 并且垃圾产生量仍以年增长率 3. 5左右的速度递 增。通过对 20 多个大中城市调研或采样研究发现, 垃圾中的可回收成分平均已超过 1 4, 其中以塑料为 最多 ,质量比达 13. 5,如表 1 所示。 表 1 城市生活垃圾可回收成分含量 成分塑料纺织品类纸金属玻璃总量 含量13. 52. 66. 31. 13. 426. 9 塑料以其质轻、强度高、 耐腐蚀等特点,在包装领 域得到了迅速的发展 。随着塑料包装产量和用量的 不断增加, 随之出现的问题是废弃塑料成分快速增 长,废弃塑料造成“白色污染”的现象越来越严重。由 于塑料质量轻、体积大、数量多 , 降解困难 ,若不对其 进行有效的处理 ,不仅占用土地, 而且对环境也造成 了严重的危害 。另一方面 , 从回收价格看 , 塑料 1 000 元 t , 废 金属 700 元 t , 废 纸 500 元 t , 玻 璃 100 元 t , 结合 各 自的 含 量 计算 , 回 收 价值 比 为 40∶ 2∶ 9∶ 1,可以看出废塑料回收价值最高, 而其他可 回收资源由于含量少 ,回收不经济 。如果能回收利用 垃圾中的废弃塑料 ,既能够减少最终垃圾处置量, 减 轻对环境的污染 ,又能够有效地回收利用资源 。 2 废塑料分选存在的问题 在废旧塑料的循环再利用过程中, 与之密切相关 的是垃圾中废塑料分选技术的研究 ,塑料的分选是塑 料再利用工作不可缺少的重要环节 ,通常垃圾分选技 术存在许多问题 。 2. 1 设备方面 现有的垃圾资源化分选普遍具有以下特点 处理 工艺复杂, 设备数量多, 造价高, 少者投资数千万元, 多者投资上亿元。而只针对城市生活垃圾中塑料的 分选设备国内外研究不多。如采用现有的设备分选 塑料 ,不仅投资大,而且设备也不能得到有效的利用。 为此, 对现有的分选设备进行创新设计 , 为市场开发 一种工艺简单、投资少、 塑料分选率高、 制造敏捷的生 活垃圾中塑料分选设备是非常有必要的 。 2. 2 技术方面 现有的塑料分选技术主要有 光选、电选 、 风力分 选、 密度分选、 水力旋流器分选 、 浮选等多种方法。其 中,光选法适合于块状塑料的分选, 对于破碎后的细 粒塑料 ,由于光谱中的某些波段会发生位移 ,难以分 选。此外, 也不宜分选薄的片状塑料或黑色塑料。而 水力旋流器分选和浮选都属于湿式分选法,这些方法 用水多,处理过程复杂。电选法分离耗能少 ,分选率 高,对比重法无法分离的废塑料易于分选 ,但对分选 物料的湿度及粒度要求较高, 结构复杂。风力分选比 较适合于重物质与塑料的分选 , 用于塑料 、 纸等轻物 质分选时, 如不进行特殊工艺处理, 分选率不高。 3 废旧塑料分选新技术 3. 1 分选塑料新技术 在研究国内外城市生活垃圾资源化分选设备的 基础上,根据城市生活垃圾和其中废旧塑料的特点, 结合实验结果, 提出了从城市生活垃圾中分选塑料的 工艺流程, 如图 1 所示 。 风选被许多国家广泛地使用在城市垃圾的分选 中,本工艺的主要分选手段也是采用风选 。一级风选 的作用是将塑料 、纸等轻物料从重物料中分离出来。 45 环 境 工 程 2005年 2 月第23 卷第1 期 图 1 从城市生活垃圾中分选塑料的工艺流程 一级风选后的垃圾被分成 3 个区 重组分区 厨余 、 无 机物、玻璃等 、混合区以及轻组分区 塑料 、纸等 。 其中, 重物料可根据不同情况进行填埋等处理 混合 区由于轻 、 重物分离不明显,返回到前面重新风选 ,以 提高回收率 ; 轻组分区内由于塑料、纸等一些轻物质 的物理特性非常接近 ,仅靠一级风选不能将其分开, 需进行二次分选 ,即将塑料 、 纸等轻物质进行特殊工 艺变重处理,再进行风选将塑料从轻物质中有效分离 出来 ,然后根据不同用途进行利用 。 3. 2 关键的技术问题 3. 2. 1 破袋与保护 城市生活垃圾袋装化逐步成为城市生活垃圾的 收集方式, 我国城市生活垃圾主要以混装为主 ,含有 软、 硬 、 脆 、 韧等各种物料 ,成分复杂 ,因而破袋问题是 垃圾分选预处理必须首先解决的问题。为此 ,研制了 一种具有可调整垃圾破碎粒度 、 防止垃圾过度破碎及 具有退让保护功能的装置 ,成功实现了垃圾的破袋和 刀具的保护。 3. 2. 2 防缠绕 混合收集的垃圾中, 由于绳类物体和塑料袋等柔 性物的存住 ,破碎过程中易发生缠绕, 存在影响设备 正常工作的现象。本设备在转轴和梳板上采用了隔 离和切断装置, 避免了柔性物缠绕转轴 , 减小了维修 工作量。 3. 2. 3 变重技术 变重技术的原理是根据塑料与纸等轻物质的吸 水特性不同 ,将一级风选后的塑料、纸等轻物料送入 水池浸泡 ,每 15 s 捞料板将部分垃圾捞出水池 ,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, 将垃圾吸收的大部分水分挤出 ,使塑 料与纸等轻物料的比重发生改变。为了控制用水量, 将浸水垃圾中的水控制在原垃圾质量的一倍左右。 吸水 、 压实 、 松散后它们的密度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,密度增大较多,而塑料的吸水性较低 ,且挤压 后体积变化不大, 所以密度增加不大 。这样 ,塑料与 纸等物料的相对密度关系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, 就可以将塑料从轻组分中分 离出来。 4 塑料分选试验结果分析 根据分选新技术, 设计制造了塑料分选试验台, 通过大量试验, 得出了进行塑料分选的最佳工艺参 数。图 2 是第一级风选时速度与塑料分选率的关系 曲线 ,由图可以看出 水平送风时的最佳风速15 m s; 向上倾斜送风时倾斜角 14 为最好, 这时的最佳风速 10 m s,所以向上倾斜送风可以有效降低风机功率, 从而减少设备的制造成本 。 图 2 一级风选时速度与塑料分选率的关系曲线 图 3 是第二级风选时速度与塑料分选率的关系 曲线, 由 图 可以 看出 水 平送 风时 的 最 佳风 速 12. 5 m s; 向上倾斜 14 送风时的最佳风速 7. 5 m s。 虽然第一级塑料分选率的图示值为 70左右, 但由 于混合区的塑料又经过了一次风选 ,所以进入第二级 风选的塑料分选率实际超过 90, 再结合第二级变 重风选后, 最后塑料总分选率达到 80 以上。 图 3 二级风选时速度与塑料分选率的关系曲线 5 废塑料资源化技术 废弃塑料回收利用是一项变废为利 ,解决环境污 染问题的重要途径 ,是利国利民、增产节约的重要环 节。目前, 回收 、 处理和利用城市生活垃圾中的废旧 塑料已引起了重视。为此 ,世界各国都开始致力于废 弃塑料的回收利用 。我国对废塑料的再利用技术也 进行了研究 ,其中油化技术和焚烧技术应用较多, 但 是由于它们会产生二英污染环境正在受到越来越 多的限制。运用成型设备, 加工生产再生颗粒, 然后 根据不同市场需求进行资源化加工技术也逐渐成熟。 5. 1 废旧塑料制板技术 可塑性塑料本身在不添加其它改性剂的情况下 , 很难满足各种板材的一些技术要求 ,如强度 、 耐热性 、 46 环 境 工 程 2005年 2 月第23 卷第1 期 密度、 阻燃性等 ,废旧塑料为线性高聚物, 整个高分子 链或片断上的极性很弱,而绝大多数添加剂特别是无 机物都是强极性结构,甚至是离子键结构,它们和废旧 塑料的相容性很差,如果两者不能很好的相容就很难 使材质形成均匀连续的结构,或无法提高强度, 或根本 无法成型为平整的板材。提出了在废旧塑料配方中各 种改性剂的添加量,分析了工艺条件对材料各项物理 性能指标的影响, 在此基础上确定生产各种型材的最 终配比; 解决了相容性问题 ,加入使有机物和无机物相 互偶联的助剂的合成与选择以及该助剂与其他添加剂 的配比对板材各种技术性能的影响。将废旧塑料添加 附加成分进行改性后压缩成板材, 表层经处理后可作 为高强度的建筑材料,它的综合性能优异,防火、 防腐 , 可反复利用 ,能节省木材等原材料的利用。 5. 2 制作板材的技术指标 用废旧塑料制成的板材, 通过试验检测 ,其技术 指标可达到 吸水率 13. 0 MPa, 密度 0. 96 ～ 1. 5 g cm 3 , 冲击强度 35 J m , 变形温度 ≥ 75 ℃。在实际生产中可根据用户要求, 通过调整 配方 ,按照国家有关标准生产不同规格的产品 。试验 表明它强度高、性能好、防水 、防腐, 在露天桌凳、吊 板、 屋顶、 隔音板 、 下水井盖 、 枕木等方面有广泛的应 用前景。 6 结论 通过对城市生活垃圾塑料分选及其利用技术的 研究, 提出了垃圾变重和优化分选的新技术 ; 通过大 量试验 ,验证了新技术的合理性, 确定了塑料分选设 备的结构参数和最佳运行参数 ; 解决了塑料制板的相 容性问题 ,板材技术指标性能符合建筑材料的应用要 求。对城市生活垃圾中塑料进行分选和回收利用不 仅有良好的经济效益 ,而且具有重要的社会效益和环 境效益。 参考文献 1 建设部、环保总局、科技部. 城市生活垃圾处理及污染防治技术政 策. 环境保护, 2000. 9. 2 聂永丰. 三废处理工程技术手册. 北京 化学工业出版社. 3 George Tchobanoglous, Hilary Theisen, Samuel Vigil. Integrated Solid Waste Management Engineering Principles and Management Lssues. 清华 大学出版社, 2000. 4 郭廷杰. 城市生活垃圾的资源化的探讨. 能源工程, 1999. 5. 5 杨国清、除余道等. 桂林市城市生活垃圾的资源化规划研究. 桂林 工学院学报, 2000. 5. 6 曹作中等. 当前我国生活垃圾处理发展方向探讨. 环境保护, 2001,10. 7 刘长礼. 城市垃圾处理的效益工程理论. 科技导报,2000. 16 4 57. 8 G. A . Marques, J. A. S. Tenorio . Use of froth flotation to separate PVC PETmixtures.WasteManagement,20 2000 265～269. WasteManagement, 20 2000 265～ 269. 9 Uta Krogmann. Effects of season and population density on source- separated waste composts. Waste Management 第三 、 四篇介绍粉尘净 化技术。是从事环保工作人员 、 大专院校及有关专业的教学参考书。该书为大 32 开本 ,定价 18. 00 元, 欲购者 请直接与本刊编辑部联系 ,电话 010 82227235,购书时需附加 2. 00 元包装及邮费 。 47 环 境 工 程 2005年 2 月第23 卷第1 期 ferrosilicon electric furnace. The investment analysis of recovering microsilicon fume was also conducted. Keywords ferrosilicon electric furnace, dedusting, recovery of microsilicon fume and benefit TECHNICALREOFDEVICEFORTREATINGPELLETINGTAILGASFROM PRODUCTIONOF COMPOSITE FERTILIZERYang Zhongmiao et al 41 Abstract It was analyzed that the problems of phosphoric acid -washing for primary treatment of pelleting tailgas from production of composite fertilizer, and that the causes of large amount of ammonia in the tailgas when water -washing is used for primary and secondary treatments. A technical scheme of using phosphoric acid -washing for secondary treatment is also proposed, whose operations show that the re is successful and using phosphoric acid-washing for secondary treatment is feasible. Keywords pelleting tailgas, ammonia, phosphoric acid and re EXPERIMENTAL STUDY ON FUSION AND PICK-UP BY SOAKING FOR FLY ASH IN MUNICIPAL SOLID WASTE MSWINCINERATIONZhong Zhaoping et al 43 Abstract It isdescribedthat the process of experimental study on the fusion at high temperature for fly ash in municipal solidwaste MSW incineration and the perance of the pick -up by soaking for the fusing dregs. The experiment of fusion is operating in Marver stove, and the experiment of pick -up by soaking is operating in distilledwater, acetic acid,whose pH is4. 5, and sulphuric acid, whose pH is 3. The resultsof the experiments are as follows. The amount of the heavy metal Cd, Cr, Zn, Fe increases asthe time of fusion goeson, the amount separted out decreases obviously. By prolonging the time of fusion, the pollution of these metals can be reduced. Because the heavy metal Hg volatilizes easily, the time of fusion has little effects on its amount separated out. The amount separatedout of heavy metalZn, Cd etc. decreases obviously with its temperature of fusion increasing, so the pollution of these can be reduced by raising its temperature of fusion. The amount separated out of the heavy metal Cr increases with the rising of the solvent s pH,while the amount separated out of Cd, Pb, Zn in acetic acidis the greatest, and water is the smallest. For these heavy metals and acetic acid having complex reactions, so its amount separated out is the greatest. Keywords fusion, pick-up by soaking, MSW incineration and cinder STUDY ONTECHNOLOGY OF PLASTIC SEPARATING AND RECYCLING FROM MSW Lǜ Chuanyi et al 45 Abstract The component of MSW was analyzed, and the necessity of separating plastic and recycling plastic from the MSW wasexpatiated. The new processof separating plastic and recycling plastic from the MSW was brought forward. The motion parameters of separating plastic and the perance parameter of plastic boardwere given. The key techniques, such as crushing, enlacing, changing density and so onwere also solved. The technical inds of the fabricated boards can meet the requirements of building materials. Keywords MSW, plastic separating , changing density , recycling resource and plastic board TREATMENT OF NITROGEN OXIDE WITH SOIL FILTRATIONDu Jijun et al 48 Abstract The biological treatment of nitrogen oxide in waste gas by soil filtration was investigated. The study focused on the effect of soil, concentration, temperature and air velocity through reactor. The experiment result demonstrated that pollution caused by nitrogen oxide canbe controlled by soil filtration. The removal efficiency of nitrogen dioxide was above 90. Enrichment soil was better than poor soil as filtration medium. The removal efficiency was increasedwith increasing of concentration, when concentration higher than 2 mg m3, the removal efficiency was around 95. The increasing of temperature was of benefit to the removal efficiency. On the other hand, it also prolonged the operation time of soil filter. In the range of the experiment, the increasing of gas velocity in the reactor didn t decrease the removal efficiency of NOX. Keywords nitrogen oxide, soil filtration and biopurification DESIGNOFTHEINCINERATIONPLANTFORSOLIDWASTEFROMPUDONG INTERNATIONAL AIRPORTWang Yanming et al 51 Abstract It is introduced systematically that the incineration processfor the treatment of solidwaste from Pudong International Airport. And the process flow and design parameters including material balance and safety control theory have been detailed. Keywords solid waste from airport, incineration technique, material balance and process control PRIORITY LEACHING OF CAMIUM FROM SPENT CADMIUM -NICKEL BATTERIES Wang Min 56 Abstract Thermodynamics analysis and kinetics analysis of priority leaching of cadmium from spent Cd -Ni batteries have been carried out. The leaching conditions differ greatly between CdO andNiO, which was experimentally investigated. The results show that at 50 ℃ and pH2 of H2SO4solution in 50 min leaching, the leaching ratio of cadmium and nickel is 100 and 2. 5 respectively. Keywords spent cadmium -nickel batteries, thermodynamics, kinetics, cadmium and priority leaching RESEARCH ON RECOVERY OF ALLOYS FROM SOLID WASTE OF HIGH SPEED STEEL Xia Wentang et al 58 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23, No. 1,Feb. , 2005