欧洲塑料再生新技术及装备（上）

　　近年来，世界各国针对废塑料再生技术开展了新技术的基础性研究，重点集中在新型分选技术、新型加工技术领域，积极开展光学、超声波、流体控制、温度控制、流化床、静电吸附等新技术在废塑料再生领域中的应用研究，并取得了一系列具有较好应用前景的创新成果。与此同时，各国企业也结合废塑料再生领域的生产特点和物料特性，研发了多种型号的集成化的废塑料再生处理设备，设备的系统化、自动化程度显著提高。

 

　　从新技术、新装备的发展情况看，难点在于如何解决废塑料再生流程中环境影响大、处理难度大和再生料产品质量难控制的问题，因此欧洲企业与科研机构都将清洗、分选与造粒等工艺阶段的新技术和装备研发作为工作重点，探索有效解决制约废塑料再生产业发展的瓶颈问题。

 

　　以下针对废塑料清洗、分选及再生造粒等工艺领域，将欧洲相关企业的新技术与装备进行简要介绍。

 

　　一废塑料清洗、分选技术与设备

 

　　经过使用的塑料产品，或多或少的都会包含各种杂质和污染成份，如标签、覆膜、纸屑、各种粘合剂、砂土、二氧化硅成份、金属片。通常情况下，颗粒越小就越难以去除。但是如果不能有效去除附着在废塑料上的杂质，废塑料回收的后续加工就难以继续，也无法获得质量良好的再生料。因此废塑料的清洗就成为废塑料回收再生处理过程中的一项必不可少但同时也是问题很大的环节。清洗工序的主要问题在于，一方面清洗需要用水，另一方面不断产生清洗废水。随着人们日益认识到水资源的宝贵，需要大量用水的生产工艺本身就被视为对环境具有不良影响，需要限制和改进。加上清洗废水一旦处理不当，便会造成对环境的二次污染，因此废塑料清洗工艺通常被视为废塑料回收流程中对环境影响最大的工序。如何实现集成化、高效、节水的清洗，是目前废塑料回收领域研究的热点领域。

 

　　总体看，废塑料清洗工艺主要涉及到五个方面的因素：用水量、时间、温度、化学影响、物理影响。不论进入清洗工艺前的物料含有多少种、多大量杂质，在清洗后的物料中所含杂质的比例必须控制在一定范围内，才能进入后续改性造粒等环节。因此所有新型清洗技术与装备的研究，都需要在满足出口杂质含量要求的基础上，合理调配上述五项要素，取得最佳的集成效果。

 

　　1、Krones公司PET回收处理系统的清洗设计

 

　　作为一家有50多年食品灌装和瓶片清洗生产历史的企业，Krones公司一直致力于新型瓶片清洗技术与设备的研发。其PET瓶片自动化清洗设备如图1所示，其主要技术特点是：

 

　　（1）具有一定的分选能力；

 

　　（2）使用热水喷淋清洗；

 

　　（3）分区清洗，分级过滤，提高清洗用水的使用效率。

　　图1 Krones公司PET瓶片自动化清洗设备

 

　　从图1中可知，自动化清洗设备由两个相对独立的装置组成，一个左边的振动筛清洗装置，用于对PET瓶片进行前期清洗；另一个是右边的有三个相对独立清洗分区的自动清洗装置。PET瓶片首先放入振动筛清洗装置进行振动清洗，用于除去较大的杂质和异物。然后通过输送装置从自动清洗装置的左端送入，热水从装置的顶部喷入，旋转的螺旋输送装置将PET瓶片由向右端输送，同时起到翻动的作用。三个独立分区下部水箱中的清洗废水分别流向过滤装置，从左端向右端的三个过滤装置过滤网分为400-200μm，200-100μm和100-20μm。为提高清洗用水的使用效率，新的清洗热水从装置的最右端清洗分区上方喷入，清洗后收集至下方水箱，经过过滤处理后再从中部的清洗分区喷入，收集到下方水箱后再次过滤，最后从最左端清洗分区喷入。最左端清洗分区下方水箱收集的清洗水直接输送到振动筛清洗装置用作清洗用水。

 

　　这样始终保证新的清洗水首先用于清洗装置最右端分区，清洗最干净的PET瓶片。然后逐级利用，最后用于清洗装置最左端分区清洗和振动清洗装置，清洗最脏的PET瓶片。通过这种方式节约清洗用水的使用量，达到节水的效果。图2显示了三个分区过滤装置的过滤效果。

　　图2 自动清洗装置三个分区过滤装置的过滤效果。

 

　　图2（a）中所示过滤网为400μm，

 

　　图2（b）所示过滤网为160μm，

 

　　图2（c）中所示过滤网为50μm，

 

　　可以明显的看出清洗杂质的过滤效果。

 

　　2、Herbold公司的分选、清洗一体化设备

 

　　德国Herbold公司研发的分选、清洗一体化设备的总体技术特点是：利用保持流动的清洗水对废塑料中所夹杂的砂石、金属、玻璃、纸屑进行去除，同时对将进入下一步工序的废塑料材料进行清洗，并在这一过程中，保持较低的用水量，同时减少硬材料对于设备的磨损。一体化设备的总体示意图如图3所示。

　　图3 Herbold公司废塑料分选、清洗一体化设备示意图

 

　　从图3中可见，一体化设备包括两根输送搅拌螺旋、一套进排水管线系统、一个加料口和三个物料沉降口。废塑料混杂物从左侧的加料口加入，通过两根输送搅拌螺旋的旋转，一边向设备右端输送，一边实现在水流中的清洗。在这一过程中，根据物料的密度差异，会在设备的不同位置发生沉降。对应于不同物料的沉降位置，设备设置了三个物料沉降口。左侧沉降口用于沉降砂石、玻璃、金属等密度大的沉重物料，沉降口下端连接一个螺旋输送器，用于将沉降物从沉降口的水中排出。中部沉降口用于纸浆等浆料沉降物，由于浆料类物料无法使用螺旋输送器输出，因此中部沉降口直接连接排出管。右侧沉降口用于收集废塑料颗粒与碎片，沉降口下端同样连接一个螺旋输送器，用于排出分选、清洗后的废塑料材料。

 

　　3、Flottweg公司的分选、清洗、脱水一体化设备

 

　　作为生产离心机的专业企业，德国Flottweg（伟乐福）公司基于传统离心机技术研发了的清洗、分选、脱水一体化的废塑料处理设备，其技术特点是：将需要处理的混杂废塑料碎片放入清洗水或清洗液中，利用离心机的高速转动，将液体与废塑料物料甩向离心机筒壁。根据不同废塑料和清洗液体的比重差异实现分选。其工作原理示意图如图4所示。

　　图4 Flottweg公司废塑料清洗、分选、脱水一体化设备示意图

 

　　从图4中可知，含有混杂废塑料的清洗液从离心清洗设备的左端转轴中部管道流入，在离心转子的中部出口流出至离心腔室，在离心力的作用下被甩向筒壁。在这一过程中，比重大于清洗液的废塑料物料会集中在筒壁附近，而比重小于清洗液的废塑料物料会在清洗液的内侧。离心转子上的螺旋对废塑料物料起到输送作用，比重大的物料被输送螺旋输送到设备的右端出口，比重小的物料被输送到设备的左端出口。去除物料的清洗液体通过离心机出口排出。

 

　　这种一体化设备的优点在于充分发挥了离心机的作用，可以用较小尺寸的设备实现高效率、连续清洗、分选。通过离心转子与螺旋设计相结合，在清洗物料的同时实现了密度分选。而在螺旋输送物料的同时，离心作用又可以实现物料的脱水，减轻了后续物料干燥工序的压力，有效了降低了能耗。

 

　　二基于传感器检测的分选技术与设备

 

　　如何实现高效率、自动化的混杂废塑料分选，一直是废塑料回收领域的一项难题。虽然企业和科研机构一直以来针对自动化、集成化的废塑料分选系统开展了大量的研究，但很大程度上，废塑料的高效率分选还是需要使用大量的手工操作。图5所示即为一条典型的人工手工操作与自动化传送系统相结合的废塑料分选系统。

　　图5 人工手工操作与自动传送装置相结合的分选系统

 

　　在这种人工与自动传送装置相结合的分选操作中，混杂废塑料经过清洗、干燥处理后，送入分选系统，由自动化传送装置送到各个工作人员所在的工位。工作人员从输送带上拣出自己所负责的材料，从而实现不同种类废塑料的分选。分选后的废塑料经破碎后由气体输送输送装置输送到后续处理装置。

 

　　可见，要进一步实现废塑料材料的自动分选，使用合适的技术替代人工操作，是目前自动化分选技术研究的重点方向。对于密度差别大的物料分选，可以使用风力、浮力、振动等技术。但对于密度差别并不大的各种混在废塑料的分选，目前主要探索方向是利用传感器检测技术，实现人工操作的替代。

 

　　有代表性的是由法国Pellenc公司、德国S+S公司、德国TiTech公司等研发的基于光谱、近红外等多种检测技术实现的自动化分选系统。相关分选系统的基本原理如图6所示（TiTech）。

　　图6 基于传感器检测的废塑料自动分选系统（TiTech）工作原理图

 

　　在图6所示分选系统中，没有分类的混杂废塑料从左端进入传送系统。传送系统运送混杂废塑料经过分选传感器的扫描探头，相关信息被分选系统读取进行判断，判断后控制分选装置对该材料进行分选。系统的关键技术点在于检测技术，检测技术必须能够解决以下问题：

 

　　（1）如何准确读取塑料材料的信息，并准确判断材料种类；

 

　　（2）如何实现高速扫描和判断。

 

　　以光谱检测方式为例，从图7中可以看出PLA材料的瓶片与PET材料的瓶片在检测器中的显示差异。

　　                                                                                                                                     图7 PLA材料瓶片与PET材料瓶片的光谱检测

 

　　在基于传感器检测的废塑料自动分选系统中，可以使用的检测技术包括：

 

　　§颜色识别传感器（COLOR）

 

　　通过分析材料的可见光、红外线、紫外线及其他范围的光谱，识别材料的颜色进行分选判断。

 

　　§近红外传感器（NIR）

 

　　根据不同材料所表现的不同的反射光谱进行分选判断。

 

　　§X射线透视（XRT）

 

　　根据不同种类材料的不同原子密度，进行分选判断。

 

　　§电磁传感器（EM）

 

　　根据材料不同的电导率和磁导率进行分选判断。

 

　　§可见光谱传感器（VIS）

 

　　对透明、不透明材料进行可见光谱识别与分选判断。

 

　　§X射线荧光技术（XRF）

 

　　根据材料的原子特性进行分选判断。