CN101111317B - 包含家庭废物的混杂物品分离方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于分拣包含在家庭废物(HW)中混杂物品的分离方法，包括在一个盛有液体的分离容器内分离物品。废物包括一些成分，其中至少一些成分能够在液体中漂浮。这些成分受到第一方向(D1)上的基本上水平的第一力(P1)和第二方向(D2)上的基本上水平的第二力(P2)的作用，其中所述第一力(P1)通过分离容器内的流体流动施加，第二方向基本上不同于第一方向(D1)。力(P1、P2)对成分的组合冲击使成分扩散并将它们引向至少两个收集区。这样，变化浮力的物品可以分开处理。

Description

包含家庭废物的混杂物品分离方法及装置
技术领域
本发明涉及混杂物品分离的方法和装置，混杂物品包括若干成分，其中至少一些成分在传输到液体中时将漂浮。该方法具有把混杂物品分离成不同部分的能力，特别是具有在一个分离容器中将漂浮部分分离成至少两个部分的能力。混杂物品的一个例子是家庭废物(HW)，家庭废物包含许多的具有不同性质的成分，以致能够在一个分离容器中将其分离成高达5-10个部分。家庭废物的最大部分通常是生物质废物(Biomass waste)，生物质废物包括食物残渣、纸、纸板等，包含家庭废物中能量的主要部分。另一种重要的能量包含部分是塑料和其他有机聚合物，根据本发明的优选实施例它们能够被分拣出来并再循环。家庭废物是指逐户地定期从家庭和其他源头收集的混合废物。生物质废物(BW)是指家庭废物中可生物降解的部分。
背景技术
垃圾处理是城市社区中到处都有的大问题。垃圾处理按下列方式进行：
-掩埋
-回收能量或不回收能量的焚烧
-从源头上就进行分拣的某些成分的再循环
-生物质废物的集中堆放(composting)或沼气生产
掩埋的缺点是需要大量的土地面积，会散发甲烷和其他温室气体和有害化合物将渗漏到土壤和地下水中。而且，缺少与家庭废物有关的源头回收在未来将是不可接受的。这反映在欧盟(EU)掩埋导则(议会导则1999/31/EC)中，根据该导则，成员国必须建立国家战略，以减少将被掩埋的可生物降解的废物。
集中堆放减少废物的容积，但是几乎没有对家庭废物中的资源进行任何回收。
焚烧也意味着要对不可燃烧成分进行掩埋，不过所需要的土地面积要小很多。虽然能够从家庭废物中回收能量，但是它不是最佳的，存在向空气中排放二恶英、重金属等一些问题，这些问题的解决成本是很大的。建造现有技术的带能量回收的家庭废物焚烧厂需要投资，其每千瓦的投资比集中热电联产厂(CHP)的投资要高4-5倍。为了补偿此差距，家庭废物焚烧厂通常接收约50欧元/吨的倾倒费(tippingfee)。
从源头上就进行分拣的再循环存在有许多形式。其能实现的最佳结果是将容易识别和再循环的部分例如玻璃瓶和报纸分拣出来。用于分拣可生物降解部分以发酵产生沼气已证明是困难的。分拣的错误导致沼气装置的生产困难，按几个部分收集废物是昂贵的。而且，被认为有害的物质留在沼气残渣中，这就使得难于以合适方式来处理该残渣。
结合沼气生产从来源上分拣家庭废物的处理方式，利用沼气发电机将沼气转变成电能，已在丹麦按工业规模建立。因此，已经证明，能量回收与带有电能生产的焚烧厂处在同样水平或更低，处理费用却要高3-5倍。
在收集之后而不是分开地对废物进行集中自动分拣(今后称为集中分拣，与源头分拣相对照)意味着非常多的废物能够再循环，同时，当非生物质废物(non-BW)部分已被去掉时，生物质废物(BW)部分的能量能够更有效地被利用。重要的是，因为塑料作为材料比作为燃料通常具有更高的价值，集中分拣方法能够分离合成聚合物和生物质废物(BW)中的有机成分。
像包括许多不同成分的家庭废物这样的物品的分离方法通常按几个步骤进行，因为一个分拣步骤通常将不产生所要求数目的具有足够纯度的部分。每个分拣步骤意味着显著的附加成本，因此在分拣过程早期的一个步骤中提供多次分拣的分离方法将是一个优点。为了实现分拣后的部分的最高价值，希望分拣后的部分是尽可能清洁的，有害物质是隔离的并且不扩散到其他部分中。
大多数分离方法在第一分拣步骤之前具有一个粉碎步骤。少数的几个方法，像根据本发明方法的一个优选实施例一样，不从粉碎步骤开始，而是采用打开包和袋子的装置。
大多数分离方法是干式的，但是少数的分离方法使用水作为分离介质，如根据本发明方法的一个优选实施例一样。
像在EP 1134021A2中公开的一些已知的湿式分离设备包括改进的离心装置。
已知的方法是将混杂物品传输到液体流中并分离成沉淀、溶解或漂浮的部分。
利用这一原理的方法能够分成两组。一组是在分离前将混杂物品粉碎、浆化或以其他方式碎裂(disintegration)，一组只是将物品从袋子和包中释放出来。
来自第一组的例子公开在EP 0476028B1，DE 3117839A1，0644166A2，0531685A2，US 3817458，DE4120808A1，US2003/0141225A1中。在分离之前采用碎裂的所有方法共同具有下列问题：
-碎裂将破坏一些成分，这些成分在清洗之后可能重新使用，例如标准酒瓶。
-碎裂将使进一步分离复杂化，进一步分离例如有按不同的塑料类型来分离，从有色玻璃中分出白色玻璃。
-碎裂将混合以后必须分离的一些成分并使之成为一体，这些成分例如是塑料和生物质废物。
-碎裂将使有问题的物质例如来自电池的重金属扩散到物品的其他部分中。
-以浆化形式的碎裂将导致高的粘度，它使成分的分离诸如塑料与生物质废物的分离复杂化。
来自第二组的例子公开在US 6213306中，它描述这样一种方法，即使没有碎裂的物品下落到液体流中，以选出重的成分。在以后的漂浮和下沉单元中进一步湿式分离之前，然后使废品碎裂。US 5104047还描述重成分的初始分拣，然后再使漂浮部分在锤磨机中碎裂。离心装置将磨碎的固体废物与液体分离，液体将再循环。EP 1216924A2描述一个很有效的袋分裂器(bagsplitter)，该袋分裂器之后是产生两个部分的湿分离器。
这些方法中没有一个能够分离出三个以上的部分以及在一个分离容器能够分离漂浮部分。
已知的湿式集中分离方法中没有一个能够与焚烧未分拣的家庭废物的方法相竞争，一个理由是它们用一个分离容器最多仅能分离三个部分，它们不提供足够的附加值来证明水处理的额外费用是值得的。
发明内容
按最广泛的方面，本发明提供一种用于分拣包含在家庭废物中的混杂物品的方法，其特征在于，所述物品在盛有液体的分离容器中分拣，所述废物包括若干成分，其中至少一些成分能够在液体中漂浮；-所述若干成分受到第一方向D1上的基本上水平的第一力P1和第二方向D2上的基本上水平的第二力P2的作用，所述第一力P1通过分离容器内的液体流动施加。所述第二方向D2基本上不同于第一方向D；
-力P1、P2对所述若干成分的联合冲击使漂浮成分扩散，并将它们引向至少两个收集区。
根据本发明方法的优选实施例提供一种新型的湿式分离方法，它利用各种成分在液体流中的行为差异从一个分离容器产生许多部分，这些部分通常至少为3个但是典型地为6-10个。这些部分能够继后由已知装置进一步分离，以提供成分和材料的高程度再循环。
本发明优选实施例的一个目的是形成一种用于混杂物品诸如家庭废物的集中自动分离方法，它：
1.提供了根据物品组成和市场形势来调整分离过程的可能性。
2.提供了生物质废物的有效回收，所述生物质废物分离成至少两个部分，其中一部分是液体并且至少一部分是固体，这种有效回收通过利用液体和固体部分，或利用汇集(communition)后的固体成分，通过机械脱水和干燥成固体生物燃料，提供了生物质废物部分例如乙醇发酵原料附加利用价值的很好机会。该固体生物燃料能够焚烧而不会出现已知的通过混合废物的焚烧产生的向空气排放的问题。与混合废物焚烧相比，它将减少焚烧费用和改善能量效率。生物质废物分离成液体和固体部分具有这种效果，即一些盐能够从固体生物燃料去除，这些盐在高温和高电能效率下焚烧会引起问题。
3.提供了非生物质废物成分的有效回收，这种有效回收具有分离成至少两个漂浮部分和一个下沉部分的能力，典型地具有分离成3-6个漂浮部分和1-3个下沉部分的能力。
4.通过进一步分离成具有很好限定的技术要求的可再利用的成分和材料，提供非生物质废物部分经济再循环的很好机会。
5.提供总体经济性，该经济性能够与混合家庭废物的焚烧方法竞争。
根据本发明方法的优选实施例得益于：当没有碎裂的混杂物品如家庭废物落入液体时，一些空气将被俘获在许多成分中并使它们漂浮，即使这些成分具有的比重大于该液体的比重。在液体中经历一个短时间之后，这些成分将相对于表面浮在特定位置，并被本发明的方法所利用。
包含在家庭废物内的成分可以包括在液体中具有第一浮力的第一成分和在液体中具有第二浮力的第二成分，第一浮力不同于第二浮力，因此不同浮力的物品可以不同地处理，即受到不同力的作用。
例如，这些成分可以包括基本上未受损的成分，它们能够分类成下列部分中的至少一些部分：
成分F0：它的重量使其不能漂浮，诸如玻璃、瓷器、电池和厨房用具；
成分F1：它是可溶解的或可分散的，例如糖、盐、擦试纸和食物残渣；
成分F2：它能够漂浮，其大部分在流动液体的表面之下但是接近该表面，例如塑料箔和报纸；
成分F3：其能够漂浮，其大部分在流动液体的表面之下，达到该表面之下比F2和F4更深的位置例如玻璃瓶和鞋；
成分F4：其能够漂浮，其一部分基本部分在流动液体表面之上和一部分基本部分位于流动液体表面之下，例如带盖的玻璃罐和填充有其他废物的纸板盒；
成分F5：其能够漂浮，其大部分高于液面，例如空的塑料瓶和啤酒罐。
许多成分将具有介于上述成分之间的漂浮特性，它们将被命名F1-F2、F2-F3等。
与所有漂浮成分作为一个部分来收集的已知方法相比，成分(F1-F5)的漂浮特性的变化使得可能扩散这些成分，并因此取出几个部分。
漂浮成分的扩散是通过组合在方向D1上的力P1和在方向D2上的在液体上方的力P2来进行，其中P1由分离容器中的液体的流动施加，方向D2不同于方向D1。F1-F5成分将受到不同程度的力P1和P2的作用，P2的范围从对F1没有任何冲击变化到对F5有主要冲击，而P1支配着F1的运动而对F5几乎没有任何作用。
水平力P1和P2与竖直方向的重力和浮力形成一个三维系统，它形成更广泛的扩散，因此从该系统取出更多的部分的可能性大于用已知的湿式分离方法从一个分离步骤中取出一些部分的可能性，已知的大多数方法将只按两维方式分散成分。
应理解的是，第一和第二力(P1；P2)可以作用在那些能够在液体中漂浮的，即在液体中是有浮力的成分上。
在一个实施例中，家庭废物的成分同时受到基本上水平的第一和第二力(P1、P2)的作用。这样，可以提供一个有效的系统和方法，其中例如在液体中的不同高度处例如可以处理具有不同浮力的物品。
第二力(P2)可以在液体表面上方施加。例如，它可以由空气流和/或水射流和/或机械装置提供。
为了增加这些成分的扩散，F1-F5成分可以受到在表面下方的力P3的作用，力P3在方向D3上在一个或不同的深度处作用。D3不同于D1和D2，例如力P3能够由机械装置提供。
一些成分特别是成分F3诸如玻璃瓶高高地和水平地漂浮，过了一定时间之后液体流进该成分，使它们转动到竖直位置和更深地漂浮。这个特性能够被利用来将这样的成分与不改变漂浮特性的成分分离。
根据本发明分离方法的优选实施例意味着上述部分中的一个或几个部分能够以一种使其进一步分离的方式从液体中去除。一个例子是利用一个带有往复倒钩针的收集装置将塑料箔和织物与纸和食物残渣分离，在向下运动中所述倒钩针穿透部分成分F2，在向上运动中它们拔出塑料箔和织物。当塑料箔和织物处在其顶部位置时，它们从所述倒钩针中拔出。
当这些部分离开分离容器时，这些部分也能够被进一步分离。一个例子是F1和F2被传输去进行连续的热液增压处理，以将生物质部分分离成一个低碱金属氯化物的固体部分和一个液体部分。
F0-F5的改进扩散能够通过使落下物品受到方向D2的空气流或水射流的作用来达到。成分F5将由方向D2的空气流带到最远处，F4稍短一些，而大多数F0-F3将几乎不受空气流或水射流影响。
在物品传输到液体流中之前或之后，如果物品是潮湿的，这可能是一个优点。
为了按经济可行的方式再循环成分和材料，人们希望在低成本下形成具有高纯度的多个部分。例如只有一种或两种类型塑料的塑料成分比包括所有类型塑料的塑料成分具有明显更高价值。根据本发明方法的实施例在低的额外费用下能够将大的塑料瓶和容器从小瓶子中分拣出来，大塑料瓶和容器主要由无色半透明塑料制造，而小瓶子典型地由有色塑料制造(塑料袋将自动地处在另一部分)。当具有大塑料瓶的部分离开分离容器时，虽然它们不是100％清洁的，但是与如果塑料瓶没有根据它们的尺寸分拣的情况相比，这将非常容易和更便宜地形成具有足够纯度的部分，以达到高的价值。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的优选实施例，其中：
图1以平面投影示出本发明的原理。
图2示出各个部分将如何根据图1示出的原理扩散。
图3通过本发明优选实施例示出了方向D1-D3。
图4以纵向剖面示出图3的实施例。
图5以剖面示出和图3和4相同的实施例。
具体实施方式
图1
如果混杂物品或其中的一些物品装在袋子或包内，它们应当优选地在对成分1不造成损伤的情况下释放。然后，在传送器2上产生平稳的物品流。将混杂物品倒入分离容器3内，分离容器3中有液体流动。物品落在进料区4，这里所有成分受到由液体流动产生的沿方向D1的力P1的作用。
成分F0，它们受到的重力大于浮力，沉到收集区，该收集区在进料区4正下面或附近，在这里成分F0由已知装置取出。
一些成分(F3-F5)漂浮，其一部分在表面之上。在这里，成分的这一部分受到沿方向D2的力P2的作用。
在图1中，P2由空气流或液体射流提供。
图2
同时提供方向D1上的力P1和方向D2上的力P2，使成分F1-F5沿着分离容器3的两个边缘扩散。
图3
沿方向D1和D2作用的力P1和P2与图1相同。沿方向D3的表面下的力P3具有与D2相反的方向，它将使成分沿着分离容器3的一个或多个边缘扩散。
图4
混杂物品被传输到一个分离容器3中，将受到如前所述的力P1和P2的作用。提供沿方向D1的力P1的液体流是由循环泵5使液体循环而提供的，循环泵5引导液体进入靠近物品入口4的分离容器。在示出的实施例中，F1和F2连同液体通过螺旋过滤器6取出，螺旋过滤器6将F1和液体与F2分离。一些液体和F1跟随着F2。如果以这种方式离开系统的液体和F1的数量不足以避免液体的过高粘度，能够在循环泵5的下游设置取出F1的泄放孔7。为了维持分离容器内的同样液位，液体8被添加。
在本发明的这个实施例中，沿方向D2的力P2由带有竖直挡板11的传送器9和10提供。传送器在液面之上具有不同高度，最高的传送器9最靠近进料区。这个传送器主要用于取出成分F5。较低的传送器10主要用于取出成分F4。可以设置2台以上的传送器。
倾斜的皮带传送器12在液面下的不同深度接触漂浮成分F3-F4并提供方向D3上的力P3。皮带传送器12的最深端设置成最接近进料区4。
图5
由方向D2上的力P2取出的成分在倾斜边B上方由传送器9和10的挡板11推动，并被传输到容器14中或传输到使它们运动以进一步分拣的传送器中。
由方向D3上的力P3取出的成分从倾斜的皮带传送器12下落到提升传送器15中，提升传送器15提升这些成分以离开分离容器3，将它们传输到容器14中或传输到使它们运动以进一步分拣的传送器中。

Claims (24)

1.一种用于分拣包含在家庭废物中的若干成分的方法，其特征在于，包含所述若干成分的家庭废物被输送到装有流动液体的分离容器中，所述家庭废物的所述成分在所述分离容器中分拣，所述若干成分中的至少一些成分能够在液体中漂浮，由此，每一种成分属于下述部分之一：
成分F0：它的重量使其不能漂浮；
成分F1：它是可溶解的或可分散的；
成分F2：它能够漂浮，其大部分在流动液体的表面之下但是接近该表面；
成分F3：其能够漂浮，其大部分在流动液体的表面之下，达到该表面之下比F2和F4更深的位置；
成分F4：其能够漂浮，其一部分基本部分在流动液体表面之上和一部分基本部分位于流动液体表面之下；
成分F5：其能够漂浮，其大部分高于液面；
并且其中：
-所有所述F1-F5成分受到第一方向(D1)上的基本上水平的第一力(P1)和第二方向(D2)上的基本上水平的第二力(P2)的作用，所述第一力(P1)通过分离容器内的液体流动施加，所述第二方向(D2)不同于第一方向(D)，由此，所述成分同时受到基本上水平的第一力和第二力(P1；P2)的作用；并且其中
-所述第一力和第二力(P1、P2)对所述F1-F5成分的联合冲击和所述成分的不同浮力使得所述成分受到不同的合力作用，从而使能够漂浮的成分F2-F5扩散，并将它们引向至少两个收集区。
2.根据权利要求1的方法，其中第二力(P2)在液体表面上方施加。
3.根据权利要求1或2的方法，其中第二力(P2)由机械装置施加和/或由一个或多个水射流和/或由空气流施加。
4.根据权利要求1的方法，其中成分F4和F5在液面上方受到在液面上方不同高度处施加的力(P2)的作用。
5.根据权利要求1的方法，其中成分F3和F4在液面之下在一个或几个深度处受到第三方向(D3)上的第三力(P3)的作用，所述第三力(P3)沿液体流动方向将成分F3和F4引向一个或几个收集区，这里成分F3的收集区比成分F4的收集区更靠近将所述若干成分进给到分离容器内的进料区。
6.根据权利要求1或2的方法，其中已由所述力引向收集区的一个或几个所述部分进一步由收集装置分拣。
7.根据权利要求6的方法，其中塑料箔和织物通过带有往复运动的倒钩针的收集装置与纸和食物残渣分离，在向下运动中倒钩针穿透成分F2，在向上运动中拔出塑料箔和织物。
8.根据权利要求1或2的方法，其中一个或几个被分拣的部分然后被进一步分拣。
9.根据权利要求1或2的方法，其中成分F1和F2被传输去进行连续的热液增压处理，以将生物质部分分离成一个低碱金属氯化物的固体部分和一个液体部分。
10.根据权利要求1或2的方法，其中一个用于将若干成分送进容器的进料系统包括一个计量装置，所述计量装置布置在所述容器上方，以使所述若干成分从计量装置下落到所述液体表面，所述若干成分在下落过程中受到第二方向(D2)上的空气流或水射流的作用。
11.根据权利要求1或2的方法，其中一些液体将与成分F0-F5一起抽出，其余的液体再循环，即从容器的液体出口回送到容器的液体入口。
12.根据权利要求1的方法，所述成分F0是玻璃、瓷器、电池和厨房用具。
13.根据权利要求1的方法，所述成分F1是糖、盐、擦试纸和食物残渣。
14.根据权利要求1的方法，所述成分F2是塑料箔和报纸。
15.根据权利要求1的方法，所述成分F3是玻璃瓶和鞋。
16.根据权利要求1的方法，所述成分F4是带盖的玻璃罐和填充有其他废物的纸板盒。
17.根据权利要求1的方法，所述成分F5是空的塑料瓶和啤酒罐。
18.一种用于分拣包含在家庭废物中的若干成分的装置，其特征在于，所述装置具有用于分拣所述若干成分的分离容器和用于将家庭废物传送至分离容器的传送器，该分离容器盛有流动液体，所述若干成分中的至少一些成分能够在液体中漂浮，每种成分属于下述部分之一：
成分F0：它的重量使其不能漂浮；
成分F1：它是可溶解的或可分散的；
成分F2：它能够漂浮，其大部分在流动液体的表面之下但是接近该表面；
成分F3：其能够漂浮，其大部分在流动液体的表面之下，达到该表面之下比F2和F4更深的位置；
成分F4：其能够漂浮，其一部分基本部分在流动液体表面之上和一部分基本部分位于流动液体表面之下；
成分F5：其能够漂浮，其大部分高于液面；
所述装置还包括：
-使用装置，其用于使所有所述F1-F5成分受到第一方向(D1)上的基本上水平第一力(P1)和第二方向(D2)上的基本上水平的第二力(P2)的作用，所述第一力(P1)通过分离容器内的液体流动施加，所述第二方向(D2)不同于第一方向(D1)，所述使用装置适于使所述成分同时受到基本上水平的第一力和第二力(P1；P2)的作用，以使所述成分受到不同的合力作用；
-不同的收集区，能够漂浮的成分F2-F5能够在力(P1、P2)的联合冲击下被引导到所述不同的收集区。
19.根据权利要求18的装置，所述成分F0是玻璃、瓷器、电池和厨房用具。
20.根据权利要求18的装置，所述成分F1是糖、盐、擦试纸和食物残渣。
21.根据权利要求18的装置，所述成分F2是塑料箔和报纸。
22.根据权利要求18的装置，所述成分F3是玻璃瓶和鞋。
23.根据权利要求18的装置，所述成分F4是带盖的玻璃罐和填充有其他废物的纸板盒。
24.根据权利要求18的装置，所述成分F5是空的塑料瓶和啤酒罐。
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