伍 娜，宋 楠，趙由才,3，張美蘭，夏發(fā)發(fā)，周 濤,3

(1. 同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092；2. 上海電力學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，上海 200090；3. 上海污染控制與生態(tài)安全研究院，上海 200092；4 上海老港廢棄物處置有限公司，上海 201302)

隨著塑料產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和塑料制品應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，廢棄塑料的數(shù)量和種類都在增加，廢棄塑料對(duì)于環(huán)境的影響也日益嚴(yán)重[1]。人們也已經(jīng)意識(shí)到廢棄塑料對(duì)于生存環(huán)境產(chǎn)生的威脅和資源化的浪費(fèi)。提高廢棄塑料的回收利用率是資源化循環(huán)和污染防控的重要舉措[2]。目前，生活垃圾和填埋場(chǎng)存余垃圾中存在大量黏帶污染物的廢舊塑料，包括各種食品包裝袋、農(nóng)用地膜、工業(yè)包裝等。廢舊塑料的清洗可以去除附著在塑料表面的污物，使廢舊塑料識(shí)別和分離的準(zhǔn)確度更高，提高再生產(chǎn)品質(zhì)量，是廢舊塑料回收再生利用的關(guān)鍵[3-4]。與傳統(tǒng)濕法清洗相比[5]，砂洗潔凈工藝克服了耗水量巨大、產(chǎn)生污水量大且需配備后續(xù)污水處理系統(tǒng)及塑料干燥系統(tǒng)等缺點(diǎn)[6-7]，利用廉價(jià)易得的砂石作為清洗介質(zhì)，易于推廣使用。

本工作選取某生活垃圾處理廠的廢舊塑料，設(shè)計(jì)研究了污染塑料砂洗潔凈工藝，核算了相關(guān)成本，為生活垃圾和填埋場(chǎng)存量垃圾中廢舊塑料的清潔提質(zhì)和資源化利用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 工程化試驗(yàn)方法和設(shè)備

1.1 廢舊塑料取樣

廢舊塑料取自山東省青島市某生活垃圾處理廠，服務(wù)范圍為周邊村莊。在該垃圾處理廠內(nèi)選取兩個(gè)垃圾堆點(diǎn)進(jìn)行記錄。1號(hào)堆點(diǎn)垃圾質(zhì)量為16 680 kg；人工剔除物大約420 kg，滲濾液產(chǎn)生量為640 kg，人工剔除后減重6.35%。二次發(fā)酵后使用40 mm滾筒篩分機(jī)進(jìn)行篩分，篩上物體積11.69 m3，質(zhì)量2 060 kg；篩下物體積7.62 m3，質(zhì)量為5 070 kg。2號(hào)堆點(diǎn)垃圾質(zhì)量為15 800 kg；人工剔除物大約320 kg，滲濾液產(chǎn)生量為470 kg，人工剔除后減重5.00%。二次發(fā)酵后使用40 mm滾筒篩分機(jī)進(jìn)行篩分，篩上物體積16 m3，質(zhì)量2 750 kg；篩下物體積8.87 m3，質(zhì)量為6 170 kg。篩上物再經(jīng)80 mm篩孔的滾筒篩，篩下物經(jīng)過高速擋板式滾筒篩篩分機(jī)，可得到較高純度的塑料；篩上物通過臥式氣流分選機(jī)進(jìn)行下一步分選。

表1為該處理廠工程現(xiàn)場(chǎng)40 mm篩孔滾筒篩篩上物各種生活垃圾組分的質(zhì)量和體積含量比例。

表1 生活垃圾工程現(xiàn)場(chǎng)滾筒篩篩上物組成Tab.1 Composition of oversize product

試驗(yàn)原料為80 mm篩孔滾筒篩篩分之后的塑料，主要是軟質(zhì)塑料薄膜，包括包裝袋、農(nóng)用地膜等，實(shí)物圖如圖1所示。設(shè)計(jì)規(guī)模為1 000 kg/d的廢舊塑料砂洗工程。

圖1 工程現(xiàn)場(chǎng)的廢舊污染塑料圖片F(xiàn)ig.1 Pictures of waste contaminated plastic at the project site

1.2 廢舊塑料砂洗清潔裝置

圖2為廢舊污染塑料砂洗潔凈系統(tǒng)示意圖。整個(gè)工程化裝置設(shè)計(jì)總體上是實(shí)驗(yàn)室小試裝置的提升[8]，包括添加預(yù)處理裝置，在清洗之前將塑料破碎、干燥，分別采用塑料破碎機(jī)和風(fēng)力干燥機(jī)。為降低成本，風(fēng)力干燥機(jī)利用高速空氣清洗裝置中排除的空氣，可將自然干燥一段時(shí)間后的原本含水率較高的廢舊塑料再投入風(fēng)力干燥裝置中進(jìn)行干燥。破碎、干燥后的塑料片進(jìn)入清洗裝置進(jìn)行清洗。

1-固體介質(zhì)清洗裝置；2-分選系統(tǒng)；3-高速空氣清洗裝置；4-干燥裝置；5-除塵裝置圖2 廢舊塑料砂洗潔凈系統(tǒng)工程化示意圖Fig.2 Schematic diagram of sand medium cleaning system for waste plastic

采用螺旋攪拌軸的臥式攪拌器，最大容量300 kg左右，設(shè)置轉(zhuǎn)速50 r/min，每次進(jìn)料塑料在70～80 kg，砂石重量在200～230 kg，運(yùn)行時(shí)間約為40 min。在物料傳輸過程中，可選用傳送帶或者人工搬運(yùn)。

1.3 效果評(píng)價(jià)方法

對(duì)廢舊塑料砂洗潔凈效果采用清潔率進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)方法如下。

1.3.1 取0.5 g未固體清洗的廢塑料，剪成約1 cm×1 cm片狀，置于200 mL蒸餾水中。在40 KHz、100 W超聲處理20 min。充分混勻漂洗液后，取樣在430 nm下測(cè)試其漂洗液的濁度，此記為清潔度的初始值C0。

1.3.2 按不同比例的塑砂比進(jìn)行試驗(yàn)，清洗30 min，樣品的清潔效果評(píng)價(jià)與上同，漂洗液濁度記為Cn。

1.3.3 將固體介質(zhì)清洗的效用清潔率表示，其計(jì)算公式如下：

2 結(jié)果與討論

2.1 廢舊塑料污染物去除效果

經(jīng)人工分選得到的輕質(zhì)廢舊塑料，與砂按照一定比例混合入滾筒攪拌機(jī)進(jìn)行固體介質(zhì)清洗。固體清洗裝置如圖3所示。試驗(yàn)了塑砂比分別為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30的固體介質(zhì)清洗情況。

圖3 固體介質(zhì)清洗裝置與進(jìn)出料表觀現(xiàn)象對(duì)比Fig.3 The comparison of apparent phenomena before and after sand medium cleaning

不同塑砂比下的廢舊塑料清潔效果如圖4(a)所示。結(jié)果表明，不同塑砂比例下，廢舊塑料的清潔率均在80%以上。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工程化中，對(duì)于固體介質(zhì)清洗，塑砂比1/20有比較好的清洗效果，清潔率達(dá)到90%左右?？疾觳煌瑫r(shí)間下的清洗效果，結(jié)果如圖4(b)所示，當(dāng)時(shí)間大于30 min時(shí)，清潔率隨時(shí)間的延長并沒有顯著的變化，綜合成本考慮，固體介質(zhì)清洗時(shí)間確定為30 min。清洗后的塑砂一起進(jìn)行水平振動(dòng)篩進(jìn)行分離，砂石繼續(xù)回用，清洗后的塑料進(jìn)入下一環(huán)節(jié)資源利用。

圖4 塑砂比(a)和時(shí)間(b)對(duì)清潔效果的影響Fig.4 Effect of plastic sand ratio (a) and time (b) on cleaning efficiency

2.2 廢舊塑料砂洗潔凈工程應(yīng)用流程圖

基于工程化試驗(yàn)，提出了廢舊塑料砂洗潔凈工程應(yīng)用流程圖(圖5)。干燥的廢舊塑料由人工或物料提升機(jī)送入破碎機(jī)破碎，破碎后的出料與砂在無軸螺旋上料機(jī)料倉內(nèi)上料的同時(shí)得到充分混合。經(jīng)滾筒攪拌機(jī)清洗后的混合物入滾筒篩分離，篩上物為所得潔凈塑料，篩下物為砂土。砂土經(jīng)滾筒篩底部料槽收集后，經(jīng)物料提升機(jī)入風(fēng)力分選機(jī)進(jìn)行砂土分離，土質(zhì)較輕，收集于輕物質(zhì)槽。收集的灰土物質(zhì)，與二次堆肥發(fā)酵后滾筒篩篩下物(腐殖土)摻混，進(jìn)行后續(xù)處置或資源化利用。砂收集于重物質(zhì)槽，作為固體清洗介質(zhì)回用。

圖5 廢舊塑料干法清潔裝置流程簡(jiǎn)圖Fig.5 Schematic diagram of waste plastic dry cleaning

2.3 廢舊塑料砂洗潔凈工程化試驗(yàn)成本分析

2.3.1 需購置物品清單

表2為廢舊塑料砂洗潔凈工程化試驗(yàn)所需購置物品清單。臥式攪拌機(jī)的規(guī)格為300 kg塑料，風(fēng)機(jī)所選則型號(hào)為6-30-8D，風(fēng)量約為1.5萬m3/h，除塵裝置采用布袋除塵器，尺寸為1.8×3.5×5 m。

表2 廢舊塑料砂洗潔凈工程化試驗(yàn)購置物品清單Tab.2 List items purchased for waste plastic sand cleaning engineering (萬元)

2.3.2 裝置操作所需空間

裝置操作所需空間大約在25～40 m2，高度2.5 m以上。

2.3.3 人員安排

需要1名操作人員負(fù)責(zé)進(jìn)料、出料和管理裝置運(yùn)行。按照每人每天150元薪資水平，每天人工成本約為150元。

2.3.4 用電成本計(jì)算

表3為廢舊塑料砂洗潔凈工程化試驗(yàn)用電項(xiàng)目明細(xì)。工業(yè)用電按照0.9元/kw·h計(jì)算，電費(fèi)大約為100～110元/1 000kg塑料。

表3 廢舊塑料砂洗潔凈工程化試驗(yàn)用電項(xiàng)目明細(xì)表Tab.3 Power consumption of waste plastic sand cleaning engineering

2.3.5 總成本概算

表4為砂洗潔凈工程化試驗(yàn)總成本明細(xì)表?？紤]人工費(fèi)、固定資產(chǎn)折舊、用電費(fèi)用和財(cái)務(wù)稅收成本等方面，處理1 000 kg廢舊塑料大概需要305元。

表4 廢舊塑料砂洗潔凈工程化試驗(yàn)總成本明細(xì)Tab.4 Cost analysis of waste plastic sand cleaning engineering (元)

3 結(jié) 論

本工作設(shè)計(jì)和運(yùn)行了規(guī)模為1 000 kg/d的廢舊塑料砂洗潔凈工程化試驗(yàn)設(shè)備。水洗砂固體介質(zhì)對(duì)廢塑料具有很好的清潔效果，在塑砂比1/20、清洗時(shí)間30 min狀態(tài)下，廢舊塑料的清潔率達(dá)到90%，日運(yùn)行成本約305元/t廢塑料。本技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用可為生活垃圾分類后廢舊塑料和填埋場(chǎng)開采篩分廢舊塑料的清潔提質(zhì)提供技術(shù)支撐。