第３１卷环境科学与技术
收稿日期：２００７－０３－２０；修回２００７－１５－１７
作者简介：张荣（１９７２－），男，一级项目经理、建造师，工学硕士，从事工程技术研发与项目管理工作，（手机）１３８０８８９７９７３（电子信箱）ｚｒｖｉｐ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ；＊通讯作者，（手机）１３５８４５３５３３５
（电子信箱）ｓｈｉｙｕ８８２＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ。城市生活垃圾自动分选技术
张荣１，
施昱２＊
（１．广州市慧堡环境科技有限公司，广东，广州
５１０６３０；２．江苏工业学院环保设备研发中心，江苏
常州
２１３０１６）
摘
要：迅速而巨量增长的城市生活垃圾给我国带来了严峻的社会、环境压力；城市生活垃圾的资源化、无害化综合利用，对于改善
人民群众生活环境、减少资源浪费、发展循环经济，都具有十分重要的意义。要使城市垃圾综合利用目的得以实现，必须突破制约垃圾处理的瓶颈问题———垃圾分类技术这一世界难题。在分析垃圾特点和各种垃圾处理方法优势的基础上，经过多年的探索与研制，开发了一种新型的用于城市生活垃圾资源化综合利用的自动分选技术。
关键词：城市生活垃圾；综合利用；
自动分选技术
中图分类号：Ｘ７０５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００３－６５０４（２００８）０２－０１０４－０４
ＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｖｉｅｗｏｎａＮｅｗＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｒｂａｇｅＳｏｒｔｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓ
ＺＨＡＮＧＲｏｎｇ１，
ＳＨＩＹｕ２＊
（１．ＧｕａｎｇｚｈｏｕＨｕｉｂａｏＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６３０，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｒ＆ＤＣｅｎｔｒｅｆｏｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＪｉａｎｇｓｕＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３０１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｓａｎｅｗａｕｔｏｍａｔｉｃｓｏｒｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｍｕｎｉｃｉｐａｌｓｏｌｉｄｗａｓｔｅ，ｆｏｃｕｓｉｎｇｏｎｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｒｅｃｙｃｌｅａｎｄｒｅｕｓｅｏｆｔｈｅｇａｒｂａｇｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｎｉｃｉｐａｌｓｏｌｉｄｗａｓｔｅ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；ａｕｔｏｍａｔｉｃｓｏｒｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
垃圾被称为“一种被放错了位置的资源”。随着垃圾处理技术的进步，垃圾的资源价值逐步显现，国际上资源回收与再生行业蓬勃发展，垃圾被誉为“永不枯竭的矿藏”。目前世界各国处理方法以不造成二次污染、减少占地以至达到资源再利用为原则，大致分为填埋、焚烧及堆肥、分选处理等４种。
填埋法：该法虽然简单易行、投资省、处理量大，但占用了大量的不可再生的土地资源，而且渗滤液处理费用大，易造成地下水资源污染，并且污染大气，存在严重的安全隐患，二次污染严重且四处飘散，还因发酵产生易爆炸的甲烷气体等［１］。垃圾卫生填埋场又成了自然堆放、自然净化的场所，污水遍布，蚊蝇滋生，臭气熏天，二次污染形势严峻［２］
，若不采取措施对其
进行控制将产生二次污染，使卫生填埋场失去应有
的价值和意义［３］。
焚烧：尽管城市固体垃圾焚烧处理具有减容效果显著，能使城市垃圾体积减少８０％～９０％；消毒彻底，能彻底杀灭病原菌，并使垃圾中的有害成分得到完全分解［４］，因生活垃圾含水高，垃圾助燃需消耗大量能源，若处理不当，极易产生剧毒物质二噁英，并随烟气排放到大气中。可见这种处理方法仅达到减量化，达
不到无害化和资源化。
堆肥：部分实现资源化，垃圾堆肥能产生有机肥，有利于大生态的良性循环，有一定的经济效益，但单纯地堆肥，资源没有得到最大化利用；处理周期长，没有严格分选，堆肥产品肥效不高、
杂质较多，这些因素导致堆肥处理垃圾存在一定困难，处理效果并不理想。
分选处理（在垃圾分类的基础上再生循环利用）：利用垃圾中各种成分的比重、大小、磁性等物理性质的不同，分别采用粗选、重选、磁选及气流分选的方法将各物分离开来，然后用于资源回收利用，最大限度地做到了物尽其用和把污染降到最低限度，但是其投资较大，除美国等少数发达国家使用外，多数国家尚未普及。
针对上述几种垃圾处理方法的特点和不足，我们经过数年深入垃圾场实际考查、研究、试验，并认真分析垃圾的特点，认为垃圾分类是制约垃圾资源化处理的瓶颈问题，必须突破垃圾分类这一关键性技术难题，才能使垃圾资源化处理得以实现。垃圾分选处理设备的发展方向是要在稳定提高处理设备的垃圾有效分选率的前提下，一要减少整个处理设备的投资费用，二要降低设备运行中的所需费用，这是该类垃圾
ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
第３１卷第２期２００８年２月
Ｖｏｌ．３１ＮＯ．２
Ｆｅｂ．２００８
第２期
分选处理设备近期发展的必然趋势。
１分选技术现状
与国外相比，我国的生活垃圾具有自身的特性，由于我国垃圾分类收集普及率较低，大多生活垃圾都是混合原生垃圾；其次，中国城乡生活垃圾有机物含量是发达国家的１倍左右，并且含水量较高、热值低、混合收集的特点决定了西欧的生活垃圾处理技术与设备不可以全盘照搬至中国，分选效率和资源化效果很差。某些地方政府花费巨额的设备购置和技术转让费，引进西方垃圾处理技术，却往往由于水土不服，效益不佳，难以为继。这促使我国决心下大力气推动国内研发的适合国情的垃圾资源化处理技术。目前，已有部分研究机构和企业在开发适合中国生活垃圾特点的新型垃圾分选系统，但这些系统大多处于开发试验状态，实际能用于商业应用的不多。
１．１现有系统分选处理过程
目前，国内城市生活垃圾分选系统一般如下：
人工翻拣剔除外形尺寸大的垃圾和缠绕物等成分后，将垃圾送到给料机；给料机里面装有螺旋或刀具用作破袋，由于结构原因，这种破袋机不能同时破大、小袋，破袋效果不佳；垃圾经破袋后，送至匀料机；匀料机起筛分作用，垃圾经筛分后，筛下物经手选、磁选进入发酵工序；筛上物经手选、磁选后进入焚烧炉焚烧。需要的设备有：装载机、行车、抓斗、给料机、板式输送机、皮带输送机、筛分机、磁选机。设备种类多、数量多，设备之间的配合、协调受人为因素影响大；设备功率大、能耗高，运行、维护费用高；限于皮带输送机的爬升能力，设备平面布置范围大，占地面积大，垃圾输送距离大，需要的输送设备多；设备安装高差大，对车间建筑要求高。
１．２现有系统存在的缺陷
人为因素影响大：工人在肮脏、恶臭的垃圾堆中进行选料，不但严重影响、损害工人的身体健康，难以实现大件垃圾及缠绕物的有效分拣。
难以解决破袋与缠绕问题：给料机的辊子、料斗、输送机之间经常发生堵塞、卡死，严重时导致设备损坏，故障率很高。
分选效率低效果差：由于筛上物和筛下物的尺寸分布范围大、成分复杂、抛物类成分多，磁选的效果受到影响。有的工程用风选、弹跳分选等工序，风选主要是回收纸张、塑料等可回收利用成分；弹跳分选主要是选出电池、陶瓷、砖石等成分。由于生活垃圾的成分复杂多样、各组成成分的物理特性差异大，风力分选、弹跳分选的效率和效果不理想，技术经济性差。某大型垃圾分选回收设备的验收现场有这样一个场面：在近２ｍ长的废纸输送带上就只有一张纸，分选效率可见一斑［５］。
带来二次污染：筛上物经手选、磁选后送往焚烧炉焚烧。由于这部分垃圾的粒度和成分的差异，造成大块物不能充分燃烧，产生难以处理的有害物质，如二恶英等；如果增加垃圾在焚烧炉内的停留时间，这样不但会降低焚烧炉的实际处理能力，还可能产生新的、难以处理的有害物，如氮氧化物。筛下物中包含了几乎全部的干电池和玻璃成分及大部分的重金属，导致堆肥中重金属严重超标和有毒物质的二次污染。
总之，目前的垃圾分选技术可以概括为：建设费用高、运行故障高、能耗高、维护费用高，效率低、效果差。不但其功能和所占投资比例、能耗比例、运行维护费用比例严重不对等，而且还是整个工程排放达标难、堆肥质量差的重要原因。
要使城市生活垃圾综合处理走出困境，就必须从提高垃圾分选技术入手，在分析各地垃圾特点和各种垃圾处理方法优势的基础上，经过分析、研究和初步试验，我们开发了用于城市生活垃圾资源化利用的自动分选技术。其目的在于：提供一种城市生活垃圾综合处理高效分选系统，将城市中收集回来的成分多样、属性复杂、大小不一、干湿混合的城市生活垃圾进行高效率、高精度、安全化的分选；在分选过程中去除垃圾中的有害成分，避免对环境和人体造成危害，从而达到垃圾资源的综合治理和降污除害的效果。为进一步转化、利用垃圾中的可利用成分提供原材料，让垃圾中有用的资源充分利用，变废为宝，这在资源日趋紧缺的今天尤为重要。
２自动分选技术介绍
本文介绍的城市生活垃圾自动分选技术是国内目前相对成熟的垃圾分选技术，该技术结合了机械、自动控制、微生物等手段，采用了独创的流体环境下机械生物分选方法与装置、污水综合湿地处理循环利用技术、ＴＲ微生物除害等技术，整个系统自动化程度高，极少有人工直接参与，整套系统共有２２个分类出口，可将混合生活垃圾分类（或分离）成超大件垃圾、黑色金属、有色金属、塑料和泡沫材料、柔性条块物、可腐有机物、不可腐有机物、砖石玻璃、泥沙、废电池、填埋物等１１种物质，垃圾资源化率达到８５％以上，而且处理工程中的污水、粉尘和细菌、病毒都得到了处理和控制。
２．１工艺流程
工艺流程见图１。
张荣，等城市生活垃圾自动分选技术１０５
第３１卷环境科学与技术
从收集站运送来的生活垃圾，直接从预处理溜槽上方倾倒，超大件垃圾用机械手进行清理；此后，垃圾经过喷撒生物液消毒、除尘，臭氧消毒、除臭，紫外线杀菌等多道预处理工序，进入滚筒筛。在滚动筛经过破袋、筛分等过程，可以分拣出筛上物、筛下物、柔性物。筛上物被进一步分类成有机物和填埋物。大块有机物可以送进挤碎机挤碎成小块，然后送进发酵池进行发酵，作为制作生物有机肥的原材料；填埋物被送进填埋场；筛下物进入下级一级分离装置，被进一步分类。从分离装置中可以分出有色金属（铝、铜等）、黑色金属（铁或含铁物质）以及其他垃圾。由于垃圾成分和属性较为复杂，其他垃圾中仍然可能会含有铁、铜材料或电池；在二级分离装置中，进一步分离出玻璃、砖头、石头、剩余的金属、废旧电池等重物；以及塑料瓶、塑料膜、泡沫塑料等轻物。重物被输送到强磁辊筒进一步分出磁性物质（黑色金属、带铁皮的电池等）和非磁性物质；轻物进入三级分离装置，由三级分离装置分出后，再用密度分选机和弹跳机分选，被分成有机物和填埋物。有机物可进一步被挤碎并送进发酵池发酵，作为生产生物有机肥的原材料。不能被挤碎的杂质一般为废旧皮带、橡胶、鞋子等不可腐有机物，可以和前述滚筒中分出柔性条块物一起，破碎后生产ＲＤＦ衍生料或制造胶合板。经过三级分离装置，柔性块状物、条状物（主要为布料、棉絮、塑料膜等）、泡沫塑料、塑料瓶和部分塑料膜被进一步分离出来；分离出来的泡沫塑料、塑料瓶和塑料膜被进一步送去清洗和脱水，然后分别打包作进一步利用（生产ＲＤＦ衍生料或制作胶合板）。清洗和脱水过程产生的污水被管道输送至污水处理系统进行净化处理。最后，剩余的垃圾几乎都是有机物。滤去水分后可以直接送去发酵池，也可以不过滤水分，而直接作为沼气池原料。
整个分选体统共有２２个出口，分离出９种可利用物，１种填埋物、４种有害物，２种可人工分拣物。分选过程中产生的不可利用物均被送进填埋场进行卫生填埋，废电池等有害物被送进无害化处理中心或进行安全填埋。分选过程中产生的污水或泥浆水全部被送进污水处理系统进行净化处理，该系统是一种复合人工湿地污水处理系统，处理后的污水能够达到国家二级排放标准，可以直接排放或作为回用水继续利用于垃圾分选过程，实现循环利用、节约资源、保护环境。
本系统全部采用中央控制系统进行控制，连接生产与监控系统，安全性与自动化程度高，各机械装置之间配合默契、协调、高效，基本上不需要工人直接接触垃圾。本系统的方法可将原生垃圾进行除尘、除臭、消毒；可将原生垃圾进行破袋，破袋效率达到９５％；可将破袋后的垃圾进行科学分类，将垃圾分类成可腐有机物、不可腐有机物、黑色金属、有色金属、塑料、砖石玻璃、柔性条块物、超大件垃圾、泥沙、废电池和填埋物等十多种物质，自动破袋率达到９５％以上，自动分选率达９０％以上，平均分辨率达８５％。
２．２主要设备
主要设备见表１。
３技术创新点
３．１工艺创新
３．１．１实现无臭无味无污染的清洁化生产过程
表１主要设备表
Ｔａｂｌｅ１Ｌｉｓｔｏｆｍａｊｏｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
序号设备名称用途
１隔栅进料预选，剔除大块物
２滚筒筛破袋、预筛，分出条块物
３涡流分选装置分离金属
４强磁分选装置分离出含铁金属
５一级分离装置分离金属与非金属
６二级分离装置分离轻物、塑料、有机物
７塑料制品输送机送出块状塑料制品
８塑料薄膜输送机送出塑料薄膜
９振动筛按大小形状分离块状物品
１０弹跳分选机根据物体硬度分选
１１密度分选机根据物体密度分选
１２打包机塑料制品、废金属
１３复合人工湿地系统污水处理系统
１４微生物培养系统
全过程生物杀菌除臭１０６
第２期
垃圾在堆放过程中，其有机物如厨余、瓜皮果壳、蔬菜等易发热发酵而产生ＣＯ２或ＣＨ４的有毒有害气味。本产品在滚筒筛选流程中配置了生物消毒、除臭、除尘等多项功能的装置，使得整个运作过程环境无臭、无味、无污染，实现清洁化生产，保证了作业工人的身心健康和正常工作环境。
３．１．２全自动化监控运行
本技术在采用机械滚筒筛选和水力分选有效组合的同时，配以中央控制室可编程序控制器远程监控运行，由自行开发的专用软件在线检测、显示、模拟、监控、故障报警及计量、统计等功能，操作和管理人员少，一般一台机组仅用６人即可完成全程管理，自动化程度高，作业强度小，是光机电一体化机械设备的有机集成。
３．２结构创新
３．２．１组合式集成
本技术是机械滚筒筛选和水力分选有效的组合，即依据垃圾中各组分的物理性质的差异，例如比重、质量、体积、密度大小及上浮物、下沉物等多种特性，设计独特的滚筒机构和水力分选机构的有机组合，加上多组横向传动输送机构和纵向传动输送配合的集成，成为一体化的自动分选系统。
３．２．２设置独特的破包装置和挑包装置
由于国内各城市实行垃圾袋装化的程度高低，加上居民认识上的随意性，国内各城市垃圾中的袋装化水平差异很大，本技术增设了机械滚筒筛中独特的破包装置，水力分选中的挑包装置，使得垃圾在滚筒筛中进行有效的破包，将袋装垃圾能适时分散，并在进入水力浮选时，将不易破包的小袋装垃圾进行再次破（挑）包，并将漂浮在水面的塑料袋（包括衣服等）及时挑起送入专用的输送出口。
４未来目标
本技术是专门针对中国城市生活垃圾（尤其是南方城市）而研发的，可以被直接应用于资源回收，也可以应用于作为垃圾堆肥、垃圾焚烧发电、垃圾甲烷化利用的预处理或者某个工艺环节中。其目标市场是中国秦岭淮河以南湿润和半湿润地区。其潜在用户为广东、广西、海南、福建、江西、浙江、上海、湖南、湖北、云南、贵州、四川、重庆等省、自治区、直辖市和香港特别行政区辖区内的城市政府。该区域是中国人口最多、经济总量最大、经济发展速度最快的区域，城市生活垃圾总量占了全国一半以上，因此城市生活垃圾自动分选技术拥有着广阔的市场前景。
为了进一步提高我国城市生活垃圾分选技术水平，还要对城市生活垃圾资源化自动分选技术进行优化和设备创新，提高其分选效率和分选精度，降低系统建设成本和运行能耗、物耗和管理投入。使其成为适合中国国情、国际领先的城市生活垃圾分选技术，为建立我国城市生活垃圾分选技术标准打下坚实的基础，服务中国环保事业。采用优化创新后的城市生活垃圾资源化分选技术，能够将垃圾中９０％以上的成分进行资源化利用，大大较少垃圾的填埋量，延长了城市生活垃圾填埋场的使用寿命；有害成份得到分离，并进行安全处置，使垃圾填埋场对环境的污染大大减少，技术应用城市的生态环境得到改善、垃圾场附近居民的身体健康和工农业生产得到保护，这是该技术开发的最根本的出发点。
但是要解决垃圾问题的根本方法是在源头实现垃圾减量化，以有效控制垃圾的增长，才不会无休止地建设垃圾处理厂，节约社会财富。从处理或资源化利用的角度考虑，应逐步推动垃圾的分类收集，因物制宜，实现垃圾的分类处理和资源化利用，这是更加广义的综合利用方式，对提高资源利用效率，降低成本具有重大的意义。
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ＺｈａｎｇＬｕ－ｗｅｎ，ＳｕｎＫｅ－ｗｅｉ．Ｔｈｅｓｏｒｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｕｒｂａｎｗａｓｔｅｒｅｓｏｕｒｃｅｒｅｃｏｖｅｒｙ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＲｅｓｏｕｒｃｅｓＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，２００４，（０１）：１０－１２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）
张荣，等城市生活垃圾自动分选技术１０７