李澤暉，付曉茹，申凱，沈萱，寧梓傲

（1.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210044；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)金融學(xué)院，江蘇南京210095）

生活垃圾指在城市日常生活或?yàn)槌鞘腥粘Ｉ钐峁┓?wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢物，以及被法律法規(guī)規(guī)定為城市生活垃圾的固體廢棄物[1]。近年我國(guó)城市生活垃圾正以每年8%～10%的速度增長(zhǎng)[2]，其中城市社區(qū)產(chǎn)生的垃圾是城市生活垃圾的主體[3]。

傳統(tǒng)的生活垃圾處理方法主要是填埋、焚燒及堆肥。截至2010年，全國(guó)657個(gè)城市生活垃圾的清運(yùn)量達(dá)到1.58億t/a，各類生活垃圾處理設(shè)施628座，集中處理量約1.23億t/a。在這些生活垃圾處理設(shè)施中，填埋場(chǎng)498座，處理量9598萬(wàn)t/a；生活垃圾焚燒廠104座，處理量22317萬(wàn)t/a；生活垃圾堆肥廠11座，處理量181萬(wàn)t/a[4]。填埋場(chǎng)和焚燒廠的數(shù)量和處理能力仍處于增長(zhǎng)狀態(tài)，堆肥處理處于萎縮狀態(tài)。按生活垃圾清運(yùn)量統(tǒng)計(jì)分析，填埋、焚燒和堆肥處理的比例為60.7%，2.5%和14.7%，其余為隨意堆放[5]。而這些傳統(tǒng)的生活垃圾處理方法隨著可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求，逐漸出現(xiàn)填埋處理比例過(guò)大，造成垃圾圍城；焚燒處理發(fā)展迅猛，一些項(xiàng)目存在隱患和風(fēng)險(xiǎn)，造成二惡英等污染；生物堆肥技術(shù)良莠不齊等問(wèn)題[6]。因此，對(duì)生活垃圾分類后再處理來(lái)提高垃圾處理的效率就尤為重要。

綜上所述，隨著人們生活質(zhì)量的提高，生活垃圾作為城市生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的必然產(chǎn)物，其產(chǎn)生量在日益增多，復(fù)雜程度也在逐漸增高，傳統(tǒng)的生活垃圾處理方法已經(jīng)逐漸變得不再適用。因此，如何高效地分類回收生活垃圾，將其轉(zhuǎn)化為可再生資源，或?qū)⑵浠貧w到生態(tài)系統(tǒng)中，成為目前亟待解決的問(wèn)題。

1 生活垃圾特性

城市生活垃圾是由固、液、氣三相構(gòu)成的松散固體，即以固體為支架，其間孔隙填充氣體及液體。地點(diǎn)、季節(jié)和溫度均為三相比例變化的影響因素。

用來(lái)衡量生活垃圾物理特性的指標(biāo)有容重、含水率、粒度尺寸和組成成分等。研究表明，我國(guó)主要城市生活垃圾的容量在370～898 kg/m3，其中濟(jì)南最低，上海最高。含水率在13%～53.9%，其中濟(jì)南最低，北京最高。尺寸分布為：40 mm以下粒徑段主要為廚余垃圾，80 mm以上粒徑段主要為易燃垃圾，中間粒徑段的有機(jī)物含量為50%～80%，金屬、玻璃等雜質(zhì)也主要分布在中間粒徑段。組成成分以有機(jī)物（廚屑、木屑）為主體，其次為無(wú)機(jī)物（煤灰、磚瓦）和其他物（塑料、紙屑、金屬等）[7-9]。

2 傳統(tǒng)分選方法概述

傳統(tǒng)的生活垃圾分選方法主要有篩分、重選、風(fēng)選、浮選、磁選、電選、靜電分選、電磁分選及光選等。

2.1 篩分

篩分是依據(jù)固體廢物的粒徑不同，利用篩子將物料中小于篩孔的細(xì)粒物料透過(guò)篩面，而大于篩孔的粗粒物料留在篩面上，完成粗細(xì)物料的分離過(guò)程。篩分包括物料分層、細(xì)粒透篩兩個(gè)階段，物料分層是完成分離的條件，細(xì)粒透篩是分離的目的[10-11]。篩分主要可篩分出垃圾中的紙張、塑料、玻璃等有用物質(zhì)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是生活垃圾中有近90%的物質(zhì)為易篩物，因而碰撞可以導(dǎo)致物質(zhì)通過(guò)篩孔的可能性增大，使得分選效率上升；缺點(diǎn)是生活垃圾組分復(fù)雜及成分不規(guī)則，易導(dǎo)致分選效率有極大的波動(dòng)[12]。

2.2 重力分選與風(fēng)力分選

重力分選是根據(jù)固體廢物中不同物質(zhì)間的密度差異，顆粒群在運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中受重力、介質(zhì)動(dòng)力和機(jī)械力的作用，會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)松散及遷移分層，從而得到不同密度產(chǎn)品的分選過(guò)程。

風(fēng)力分選與重力分選的原理一致。其實(shí)施方法是以氣體為分選介質(zhì)，在氣體流動(dòng)的作用下，較輕的物料被向上吹向水平較遠(yuǎn)處，而重物料則由于慣性，只能在水平方向拋出較近的距離，這樣固體廢物顆粒即可按密度和粒度分離[1]。風(fēng)力分選適用于重物質(zhì)與塑料的分選，但能耗偏大，尤其是在塑料分選的終處理中會(huì)表現(xiàn)出較低的分選率。這是因?yàn)榉诌x機(jī)內(nèi)氣流復(fù)雜，且終處理時(shí)塑料純度的波動(dòng)性大，這種情況下，僅存在的較窄風(fēng)速范圍，使分選效率只能維持在80%左右[13-14]。

2.3 浮力分選

浮選原用于廢舊塑料分選，主要針對(duì)表面性質(zhì)不同的物料進(jìn)行分選。該技術(shù)通過(guò)投加浮選劑，物料借助氣泡的浮力作用，從物料的懸浮液中分離。浮選與物料表面性質(zhì)有關(guān)，而與其密度無(wú)關(guān)。能浮出液面的物質(zhì)，對(duì)空氣的表面親和力比對(duì)水的表面親和力大[15]。顆粒能否高效地附著在氣泡上，取決于能否最大限度地提高顆粒的表面疏水性。所以在浮選工藝中選擇和使用浮選藥劑是調(diào)整物料可浮性的主要外因[16-17]。

2.4 磁力分選

磁選原用于選礦工藝，主要針對(duì)磁性不同的物質(zhì)進(jìn)行分離[18]。磁選有兩種類型：一是傳統(tǒng)磁選法，直接用于磁性和非磁性物質(zhì)的分離。另一種是磁流體分選法，先將物料在磁場(chǎng)中按磁性差異分離，之后在似加重介質(zhì)中按密度差異進(jìn)行分離。當(dāng)固體廢物中各組分間的磁性差異小而密度或?qū)щ娦圆町愝^大時(shí)，采用磁流體可以進(jìn)行高效分離[1]。磁選技術(shù)相對(duì)成熟，現(xiàn)主要用于生活垃圾與焚燒灰渣中磁性物質(zhì)的資源化回收[19]。

2.5 電力分選與靜電分選

電力分選適用于分離導(dǎo)電性不同的導(dǎo)體、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體。電力分選利用固體廢物中各組分在高壓電場(chǎng)中電性的差異而實(shí)現(xiàn)分選。將廢物顆粒用給料斗均勻給入滾筒，顆粒隨著滾筒的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)入電暈電場(chǎng)區(qū)，此時(shí)導(dǎo)體和非導(dǎo)體都獲得負(fù)電荷，因它們進(jìn)入靜電區(qū)時(shí)放電速度不同，從而實(shí)現(xiàn)分離[20]。電選法分離耗能較少，結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)重選法無(wú)法分離的塑料易于分選，但該方法對(duì)分選物料的濕度及粒度要求較高。

靜電分選主要針對(duì)生活垃圾中的廢舊塑料。該技術(shù)通過(guò)不同種類的物料在一個(gè)容器中相互碰撞摩擦起電，使之分別帶正負(fù)電，并從排料口排出，進(jìn)入由正負(fù)電極形成的靜電場(chǎng)，利用旋轉(zhuǎn)電極使其產(chǎn)生靜電感應(yīng)，帶正電的物料被吸到負(fù)電極一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)分選[21]。該類技術(shù)可將混合塑料分離成純度達(dá)到99%以上的單類塑料。

2.6 電磁分選

電磁分選技術(shù)一般應(yīng)用于廢舊電池分類。利用電磁傳感器原理，按照電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物質(zhì)成分進(jìn)行分揀。當(dāng)電池處于激勵(lì)線圈產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)，電池的不同結(jié)構(gòu)和物質(zhì)成分產(chǎn)生不同的渦流，此時(shí)探測(cè)線圈通過(guò)探測(cè)渦流在電磁場(chǎng)中產(chǎn)生的變化來(lái)鑒別電池的種類[20]。電池的分類過(guò)去由人工完成，電磁傳感器因?yàn)槟芸焖勹b別電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物質(zhì)成分，因而效率可大幅提高[22]。

2.7 光電分選

光電分選又稱為顏色分選，原用于農(nóng)業(yè)選種，主要是利用物質(zhì)表面的光反射特性不同來(lái)鑒別垃圾的種類。此技術(shù)要求對(duì)垃圾進(jìn)行預(yù)分類，之后由給料系統(tǒng)將垃圾物料均勻輸送給光檢系統(tǒng)，光檢系統(tǒng)通過(guò)光源照射，顯示出物料的顏色及色調(diào)。若預(yù)選物料的顏色與背景顏色不同，高頻氣閥被驅(qū)動(dòng)，利用高壓氣體將物體吹離原來(lái)的軌道使物料分離[21]。光電分選法適合于塊狀垃圾的分選，對(duì)于破碎后的細(xì)顆粒物質(zhì)，由于光譜中某些波段會(huì)發(fā)生偏移，難以分選。此外，也不宜分選厚度薄的片狀垃圾或黑色垃圾。

3 新技術(shù)

3.1 紅外吸收光譜分析技術(shù)

紅外吸收光譜分析技術(shù)主要是因?yàn)榛旌纤芰系脑偕眯枰^高的鑒別準(zhǔn)確度發(fā)展起來(lái)的。利用有機(jī)物的不同官能團(tuán)在紅外光照射下會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光譜圖，而這些紅外光譜又各有不同，由此作為精確鑒定的依據(jù)[22]。按紅外光波長(zhǎng)不同，將紅外吸收光譜分析技術(shù)主要?jiǎng)澐譃榻t外分析技術(shù)（NIR）和中紅外分析技術(shù)（MIR）。近紅外區(qū)的波長(zhǎng)范圍為0.75～2.5 m，中紅外區(qū)的波長(zhǎng)范圍為2.5～25 m[23]。該技術(shù)響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高，穿透試樣的能力強(qiáng)，對(duì)體積大、光徑長(zhǎng)的物料（如塑料瓶）其譜圖也可準(zhǔn)確記錄且重現(xiàn)性好。但NIR一般不適于鑒別黑色或深色的塑料，且某些峰有時(shí)不清晰，需要一些新光源來(lái)克服這一缺點(diǎn)。

3.2 圖像識(shí)別技術(shù)

圖像識(shí)別技術(shù)主要針對(duì)特定的垃圾進(jìn)行分揀。該方法通過(guò)工業(yè)相機(jī)對(duì)目標(biāo)區(qū)域不斷進(jìn)行拍攝，圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，當(dāng)識(shí)別為特定形狀及顏色物體時(shí)發(fā)出信號(hào)，繼電器控制相應(yīng)的氣動(dòng)電磁閥，使氣流從噴嘴噴出，將顆粒吹至相應(yīng)物體容器中，從而達(dá)到分揀的目的[24]。圖像處理技術(shù)的影響因素較多，主要有供料系統(tǒng)、圖像識(shí)別算法及顆粒種類等[25]。

3.3 變重分選

變重分選是輕物質(zhì)分選中的創(chuàng)新分選技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)根據(jù)塑料與紙等輕物質(zhì)的親水性差異，將一次風(fēng)選后的混合物料在水池中浸泡一段時(shí)間后撈出，通過(guò)液壓系統(tǒng)對(duì)浸濕的垃圾進(jìn)行擠壓，大部分水分?jǐn)D出后，混合物料的比重發(fā)生改變。紙等由于吸水性強(qiáng)，擠壓后體積變小，密度增大；塑料的吸水性差，擠壓后體積變化不大，密度幾乎不增加。塑料與紙等物料的相對(duì)密度關(guān)系即可從均為輕物料轉(zhuǎn)化為輕重物料的混合。此時(shí)進(jìn)行二次風(fēng)選，可將塑料和紙成功進(jìn)行分離[26]。該方法分選塑料工序少、節(jié)省投資，但會(huì)使垃圾的含水率發(fā)生改變。

3.4 溫度傳感技術(shù)

現(xiàn)有的溫度傳感技術(shù)主要通過(guò)熱源識(shí)別，利用X射線及熱源將PVC從混合塑料中識(shí)別出來(lái)[16]?；蛲ㄟ^(guò)溫差識(shí)別出不同物體，利用各種塑料脆化溫度不同，加熱后于低溫下通過(guò)熱傳感技術(shù)，可進(jìn)行有選擇地分選[27]。同樣的方法可適用于不同材質(zhì)的固體垃圾[28]。該分選技術(shù)可將生活垃圾大致分為有機(jī)物、無(wú)機(jī)物及金屬，有一定的實(shí)用價(jià)值，但實(shí)檢方面還略顯不足，有待進(jìn)行深入研究。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前生活垃圾分選技術(shù)存在的問(wèn)題有：我國(guó)生活垃圾源頭分類工作并不細(xì)致，需要分選的垃圾組分極為復(fù)雜且含水率高，因此分選效率較低；在生活垃圾分類處理中常用的一些分選技術(shù)，都只能對(duì)一定范圍內(nèi)的垃圾進(jìn)行分選，針對(duì)性不強(qiáng)；分選技術(shù)與設(shè)備配合不合理，使得設(shè)備利用率低。

綜上所述，生活垃圾分選問(wèn)題已經(jīng)上升到一個(gè)新的高度，生活垃圾分選技術(shù)在垃圾分類處理中也處于核心位置。在生活垃圾分選中，不但有傳統(tǒng)的分選方法，許多在其他領(lǐng)域中興起的技術(shù)也在進(jìn)行變革進(jìn)入該領(lǐng)域，如圖像處理技術(shù)。但也有一些成熟的高新技術(shù)仍未出現(xiàn)在該領(lǐng)域，如在食品行業(yè)應(yīng)用的激光分選技術(shù)等。國(guó)外垃圾分選已經(jīng)大量采用新技術(shù)、新方法，特別是日本及歐美，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)生活垃圾分選技術(shù)的研究，以提高垃圾的無(wú)害化和資源化程度，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的建設(shè)。

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