城市生活垃圾塑料分选技术及设备研究

张爽，陈纪文

（广东产品质量监督检验研究院，广东佛山 528300）

塑料产品因化学稳定性、绝热性、电绝缘性强，在机械工业、建筑、交通行业得以广泛应用。塑料制品使用量增加，产生大量废弃物，严重影响生态环境。注重废旧塑料回收处理和再生利用，对塑料行业持续发展意义重大。

回收废旧塑料包括能量回收法、物理回收法、化学回收法[1]：能量回收法是采用燃烧方式，获取废旧塑料热能；物理回收法是对废旧塑料进行分选、清洗、破碎处理；化学回收法是采用热分解、化学分解方式，将塑料有机成分转变为石油化工原料。无论采用何种回收方法，分选是废旧塑料回收的基础，以下将主要就废旧塑料分选的流程、技术、设备等进行介绍和阐述。

1 塑料分选工艺流程

在塑料分选工艺流程中，重要处理工序包括筛选、风选、光选处理。垃圾先进行筛选，回填垃圾内的渣土，剩余物质进入到人工分拣环节，应用磁选方式回收废旧金属，剩余物质进入到撕碎环节。撕碎处理之后，进入到筛选环节，轻物质进入智能垃圾分选系统，其他物质进入风选环节，生成成品骨料。塑料分选工艺流程如图1所示。

图1 塑料分选工艺流程

破袋处理时，应将垃圾处理为标准粒度。由于生活垃圾成分复杂，在设计相关的设备时，应具备垃圾过破碎、防缠绕等功能。破袋处理后，对垃圾进行风选处理。1级风选可以在重物料中分离出塑料，1级风选之后，将垃圾划分为重组分区、混合区和轻组分区。对于重组分区，可以采用直埋方式处理；针对混合区，则返回到前面风选；针对轻组分区，由于不同物质物理特性接近，采用1级风选无法分离，还需做好2次风选。变重处理属于垃圾处理的核心工艺。在1级风选后，轻物质物理特性接近，分选难度大[2]，因此需要采用变重工艺，按照不同物质亲水性特点，改变物质容重与形态，之后通过风选方式分离塑料与纸张。应用此种处理工艺，可以简化分选塑料工序，提升分选效率。

2 废旧塑料分选技术

废旧塑料分选技术可划分为传统分选和近代分选，传统分选包括人工分选、筛分分选、密度分选和风力分选，近代分选包括电磁分选、涡电流分选、颜色法和光选技术。不同技术方法都可以作用到分离混合废旧塑料中，但是不同方法的使用范围、准确性、分离效率差别比较大。

2.1 人工分选技术

人工分选是通过操作人员经验识别、操作仪器，分类处理大体积塑料制品，如使用塑料的家具、家用电器外壳、儿童工具等。人工分选设备要求较低，但对操作人员分选经验要求比较高[2]。机器无法代替人工分选效果，但是人工分选操作效率低，劳动强度大。

2.2 筛分分选技术

筛分分选技术是按照筛孔标准，以滚动振动方式使用机械筛将破碎后的废旧塑料分离。该项技术不能对废旧塑料种类进行识别，配合其他分选技术，可以提升废旧塑料分选效率。

2.3 密度分选技术

密度分选技术可以借助塑料间密度差异，合理分离废旧塑料制品。在工业操作中，使混合废旧塑料通过不同密度液体分离槽，按照塑料在液体中浮沉情况，合理划分塑料类别。该项技术操作简单，可以应用到高分离密度差塑料颗粒中，然而处理期间会产生废水，不能对相近密度塑料进行分离处理[3]。

2.4 风力分选技术

在空气流中，使用风力分选技术，可以根据形状、粒径、密度等指标使塑料颗粒分离。将破碎塑料置入分选装置中喷射，风从逆向或横向吹扫，通过不同塑料对气流阻力、重力合力差异，做好分选处理。应用该项技术，可以分离尺寸与形状均匀、密度差异大的塑料颗粒[4]，也可以去除塑料中的金属与杂质。

1级风选可以在重物料中分离出塑料，1级风选之后，将垃圾划分为重组分区、混合区和轻组分区。对于重组分区，可以采用直埋方式处理；针对混合区，则返回到前面风选；针对轻组分区，由于不同物质物理特性接近，采用1级风选无法分离，还需做好2次风选。

变重处理属于垃圾分选的核心工艺。在1级风选后，轻物质物理特性接近，分选难度大[5]，因此需要采用变重工艺，按照不同物质亲水性特点，改变物质容重与形态，之后通过风选方式分离塑料与纸张。应用此种处理工艺，可以简化分选塑料工序，提升分选效率。

2.5 电磁分选与涡电流分选

电磁分选是通过分选设备磁场，从混合废旧塑料中准确分离出磁性物质。涡电流分选技术，则是利用物质导电率不同实现分选，将高电导率、低密度物质和低电导率、高密度物质分离，导体与非导体物质分离，回收混合废旧塑料内的有色金属。联合使用电磁分选技术和涡电流分选技术，能够去除废旧塑料的铁磁性、非铁磁性金属杂质。

2.6 颜色分选

按照塑料颜色差异实施分离的技术即颜色分选技术。废旧塑料通过多个滤色器，将不同亮度换算为电流值进行识别，利用分离装置合理划分不同颜色塑料。颜色分选技术可以分离具备颜色差别的塑料品，无法对废旧塑料种类进行识别。

2.7 光选技术

塑料种类不同，所具备的光谱性能也不同。采用不同光介质，可以准确扫描聚合物，对废旧塑料材料种类进行鉴别。在鉴别废旧塑料时，所应用的光学分选技术非常多，如激光光谱法、中红外光谱法、近红外光谱法以及X射线分选法等。近红外光谱技术，光谱分析信号获取难度小，且信息丰富，光谱区重叠吸收强度低，属于优先使用的光学分选技术[6]。光选技术应用范围广，可以识别多种塑料制品，联合颜色分选技术，可以增强分选效果。

3 废旧塑料分选设备

3.1 风力分选设备

风力分选设备是利用混合废旧塑料中的物料在空气介质下的沉降差异实施分离。按照不同气流送入方向，可以将风力分选设备划分为垂直式和水平式两种。其中，水平式设备结构简单，便于检修与维护，但是横向尺寸大，会增加占地面积；垂直式设备分选效率高且占地面积小，然而风道结构复杂，多为锯齿形分段[7]。一般情况下，风力分选机多采用循环气流：废旧塑料附着大量灰尘，风力分选处理之后，通过集尘装置除尘，同时使用鼓风机送回至分选设备内，从而形成循环气流。

3.2 电磁分选设备

电磁分选设备具备较高通用性，磁选机涉及多种种类，按照主体构造可以划分为辊式、简式和盘式。

3.3 涡电流分选设备

涡电流分选设备由主体和控制柜构成，主体部分包括罩机、喂料系统、磁辊和机架。在分选设备中，磁辊为核心部件，会出现交变磁场，包括滚筒、导磁筒和永磁体三部分。传统同心式磁辊，铁质粒子渗透到皮带内，磁辊筒壳无法排出，由于跳动摩擦生热，会导致皮带和滚筒被戳穿，继而引发故障问题。偏心磁辊则可以随着物料状态的变化，对磁辊轴线位置、磁辊速度、输送机速度、下料隔板位置进行调整，优化物料分选效果，实现铜、铝有色金属、塑胶、玻璃等的分选。

3.4 颜色分选设备

颜色分选设备主要利用物料间颜色和反光率的差异，通过光电比色法和分选设备合理区分不同颜色物料类别。颜色分选设备类型多，包括下料单元、分选执行单元、图像采集识别单元和上料单元等。在颜色分选机中，图像采集单元为核心组成，与设备性能、效率、成本关系密切，涉及光源背景、图像处理计算机、图像采集卡等核心技术。

3.5 近红外光谱分选设备

近红外光谱技术能够满足工业化生产需求，实现非接触无损检测，在物质检测领域得以广泛应用。红外光谱分选设备涉及上料、传送、识别与控制模块。其中，识别模块由近红外光谱仪及其附属部件构成。近红外光谱分选设备性能稳定性、信噪比、分辨率均比较高，可以加快扫描速度，联合漫反射技术和透射技术可以高效采集光谱信息。

3.6 人工智能技术设备

目前，国外已推出新型的分拣机器人，通过多层神经网络、视觉系统对物体进行识别，分拣速度高达每分钟70次，有效提高资源回收与利用效率。同时，人工智能分拣机器人可以实现路由学习方式改进，提升系统整体性，确保识别操作准确性。

4 结语

在生活垃圾塑料处理中，合理应用分选技术，可以实现塑料制品循环利用，降低对环境的污染。随着科技的进步，如何实现废旧塑料高效分选、降低能源消耗、缓解能源资源紧张问题是该领域的研究方向。