章佳文，徐期勇，孫立兵，肖進(jìn)文，盧偉剛，吳華南，陳欽冬

（1. 北京大學(xué)深圳研究生院，環(huán)境與能源學(xué)院，深圳再生復(fù)合環(huán)保材料工程實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳518055；2.深圳市盤龍環(huán)境技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518001）

1 引言

目前，在全國大力推行垃圾分類的情況下，大件垃圾成為其中不容忽視的一類［1］，據(jù)統(tǒng)計(jì)，城市大件廢物的總量約占生活垃圾總量的8%～10%。在我國，大件垃圾指質(zhì)量超過5 kg或體積大于0.2 m3或長度超過1 m，且整體性強(qiáng)而需要拆解后再利用或處理的廢棄物，其中包括大型電器［2］。以往未經(jīng)過分類的情況下，大多數(shù)城市大件垃圾都隨著生活垃圾進(jìn)入填埋場或者焚燒廠進(jìn)行處理，只有少部分廢舊家具進(jìn)入二手市場被循環(huán)利用［3］。但城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場容量有限［3］，大件垃圾的填入會大大減少填埋場的使用年限；焚燒處理有良好的減容效果，但是對大件垃圾的資源化利用率不高［4］。隨著垃圾分類在越來越多的城市開展，大件垃圾妥善地處理并進(jìn)行更高效的資源化利用是對大件垃圾處理的挑戰(zhàn)［5］。

作為典型的移民城市，深圳市流動人口多，每年產(chǎn)生大量廢棄家具，例如辦公場所裝修會帶來大量且多樣化的大件垃圾［6］。深圳市是我國首個開展大件垃圾專項(xiàng)收運(yùn)處理的城市，而且初步建立了相應(yīng)的大件垃圾收運(yùn)處理系統(tǒng)［7］。根據(jù)深圳市2017 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全市共建成21 處大件垃圾拆解和資源化處理設(shè)施，其大件垃圾雖然來源復(fù)雜，但是主要集中在廢舊家具、園林廢棄物、木質(zhì)包裝箱等類別［8］，而床墊、桌椅等廢舊家具又占大件垃圾總量的60%［8］，本研究中大件垃圾來源于廢舊家具，不包括電器以及園林廢棄物。

對大件垃圾的來源和組成進(jìn)行分析，能夠有效地掌握大件垃圾所含成分，為選擇適合的處理工藝和設(shè)備選型提供參考。現(xiàn)有關(guān)于大件垃圾的研究主要集中在收運(yùn)模式、管理措施等方面，對拆解組分的組成特性、物質(zhì)流向及應(yīng)用潛力分析比較缺乏。本研究以深圳市郁南環(huán)境園為研究對象，通過現(xiàn)場調(diào)研的方法對大件垃圾收運(yùn)組分以及拆解后組分進(jìn)行了分析，對處理成本和經(jīng)濟(jì)收益進(jìn)行了計(jì)算，以期進(jìn)一步明晰大件垃圾在當(dāng)前處置環(huán)境下的資源化利用潛力。

2 采樣及分析方法

2.1 工藝流程及采樣方法

本研究依托深圳市郁南環(huán)境園的大件垃圾處理點(diǎn)作為研究對象。該處理點(diǎn)主要負(fù)責(zé)龍崗區(qū)、南山區(qū)及部分周圍行政區(qū)的大件垃圾處置，雖然處理量僅為30 t/d，但其處置對象涵蓋了來自物業(yè)小區(qū)、城中村、市政道路、工業(yè)區(qū)、寫字樓等各種類型來源的大件垃圾。同時囊括了豐富的大件垃圾種類，例如椅子、桌子、床、床墊等，具有良好的代表性，而且收運(yùn)的大件垃圾不包括電器，與研究對象一致。根據(jù)深圳市統(tǒng)計(jì)年鑒計(jì)算，深圳市大件垃圾在生活垃圾中約占2.7%（含大型電器），而該處理點(diǎn)在羅湖區(qū)生活垃圾總量中占比約為2.4%（不含大型電器），與深圳市大件垃圾占比一致。雖然大件垃圾總體質(zhì)量占比較低，但是由于其體積龐大，所以其收運(yùn)及處置情況同樣需要重視。

本研究對進(jìn)入深圳市郁南環(huán)境園的大件垃圾組成及拆解后組分進(jìn)行了持續(xù)跟蹤調(diào)研，收集并分析了2019 年5—11 月的每日處理數(shù)據(jù)。目前深圳市郁南環(huán)境園大件垃圾破碎拆解的主要方式如圖1 所示，圖2 為處理點(diǎn)現(xiàn)場圖片。廢舊家具由運(yùn)輸車輛運(yùn)至廠區(qū)后，通過廠區(qū)前的地磅進(jìn)行稱量，記錄每日進(jìn)廠的大件垃圾總質(zhì)量。對收運(yùn)來的大件垃圾按照椅子、桌子、床、床墊進(jìn)行人工分類，并對每一類進(jìn)行單獨(dú)的稱量記錄，即為該日這種類別大件垃圾的總質(zhì)量。由于椅類廢棄物形狀組成復(fù)雜，對其按照材質(zhì)進(jìn)行更加細(xì)致的分類，可分為木質(zhì)類、塑料類、皮革類、其他類，對每種類型的椅子分別稱量，并記錄數(shù)據(jù)。其中木質(zhì)組分由輸送皮帶機(jī)輸送至粗碎車間，在粗碎車間通過雙軸撕碎機(jī)將其進(jìn)一步破碎成粗料，通過調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，可以控制破碎后粗料的粒徑。破碎后的物料經(jīng)過磁選機(jī)，利用磁力作用將其中的金屬組分分離。最后，分離出木質(zhì)、金屬、海綿、床網(wǎng)和殘余物5 類組分，對其分別稱量并記錄每種物質(zhì)的質(zhì)量，再分別轉(zhuǎn)運(yùn)至各自的回收點(diǎn)進(jìn)行資源化利用。

圖1 深圳市郁南環(huán)境園大件垃圾拆解分選流程

圖2 處理點(diǎn)現(xiàn)場圖片

2.2 經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)算

主要對大件垃圾處理的經(jīng)濟(jì)成本及收益進(jìn)行了概算。由于涉及處理量的變化所以計(jì)算單位采用“元/d”，升級前以處理量30 t/d 為基準(zhǔn)，升級后以處理量40 t/d 為基準(zhǔn)。通過調(diào)研了解其生產(chǎn)所需的電費(fèi)、人工費(fèi)和設(shè)備折舊費(fèi)，按照產(chǎn)生的殘余物量和焚燒廠每噸的處理費(fèi)用計(jì)算處理殘余物所需成本。將這4 類成本進(jìn)行加和，即為處理的總成本。

式中：M 表示大件垃圾處理總成本，元/d；m1表示總電費(fèi)，元/d；m2表示人工費(fèi)，元/d；m3表示折舊費(fèi)，元/d；m4表示殘余物處理費(fèi)，元/d。

處理大件垃圾的收益主要來自于政府補(bǔ)貼以及拆解后可資源化組分的銷售收入，以每種組分產(chǎn)生的數(shù)量和平均市場價格計(jì)算得出此種物質(zhì)的收益。大件垃圾處理產(chǎn)生的總收益為減去總成本后的凈收益。

式中：N 表示大件垃圾處理獲得的凈收益，元/d；∑n 表示拆解后組分資源化的銷售收益，元/d。

3 結(jié)果與討論

3.1 國內(nèi)外大件垃圾處置方法對比

由于大件垃圾具有較強(qiáng)的資源化利用潛力，近年來國內(nèi)外眾多城市出臺了關(guān)于大件垃圾收運(yùn)處置的相關(guān)規(guī)定（表1）。英國1992 年制定的The Controlled Waste Regulations 將大件垃圾定義為質(zhì)量超過25 kg 的廢物或者任何不能裝入直徑750 mm、長度1 m 的容器的廢物［9］。65%的英國家庭平均每年會產(chǎn)生132 kg 的大件垃圾，總計(jì)可達(dá)1.8×105t。據(jù)Curran 等［10］對英國3 個城市進(jìn)行的調(diào)研結(jié)果，總體上只有15%的大件垃圾被重新使用，其他85%的大件垃圾最終都進(jìn)入了填埋場。Larsen 等［11］對丹麥奧爾胡斯和赫寧進(jìn)行調(diào)查，這兩座城市分別有51%和39%的大件垃圾被直接焚燒或填埋，其他部分通過大件垃圾回收中心分類后，得到金屬（2.2%）、塑料（2.6%）、紙類（20.6%）、木質(zhì)（22.4%）、其他可燃組分（18.3%）。在美國，雖然各地關(guān)于大件垃圾的管理辦法不盡相同，但終端處置措施大多為填埋：在舊金山Recology 組織對居民產(chǎn)生的大件垃圾進(jìn)行回收［12］，Northeast Waste Management Officials' Association 通過在社區(qū)建立交換商店、在中轉(zhuǎn)站為慈善機(jī)構(gòu)設(shè)立專門區(qū)域以及開展相關(guān)主題活動來減少大件垃圾進(jìn)入填埋場的數(shù)量［13］?？梢妵獾拇蠹幹弥蟹贌吞盥袢耘f是主要方式。

表1 大件垃圾管理政策

在我國，香港地區(qū)對大件垃圾的處置管理較早，目前香港大件垃圾的產(chǎn)生量為571 t/d，其中包括45%～55%的木質(zhì)材料［14］，與國外大件垃圾處置方式類似，香港的大件垃圾只有少部分被回收，其余大部分都進(jìn)行了填埋處理。廈門市在2018 年7 月推出《廈門市大件垃圾管理辦法》，其中規(guī)定不可再利用的大件垃圾拆解后進(jìn)行無害化處理［15］。廈門市集美區(qū)建成的大件廢棄物處理廠處理量可達(dá)50 t/d，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對舊床墊、部分家具進(jìn)行自動化處理。上海市根據(jù)已經(jīng)制定的生活垃圾管理?xiàng)l例，補(bǔ)充了關(guān)于大件垃圾管理方面的一些意見，倡導(dǎo)消費(fèi)者選擇環(huán)保、耐用的大件家具以及建立線上線下的二手交易平臺，從而在源頭上減少大件垃圾［16］。上海市長寧區(qū)廢棄物處置中心的大件垃圾處理車間設(shè)計(jì)處理量為70 t/d，采用“一級破碎+磁選”工藝，處理后對物料進(jìn)行資源化利用［17］。

深圳市在2018 年4 月開始實(shí)行《深圳市大件垃圾回收利用管理辦法》。其中對大件垃圾的投放點(diǎn)設(shè)置、收集運(yùn)輸、處理等方面均做出了規(guī)定，并對監(jiān)督考評制度做出了要求［18］。在終端處置方面，嚴(yán)格控制大件垃圾拆解后組分進(jìn)入終端處理設(shè)施的量，規(guī)定進(jìn)入填埋場的處置量不得超過進(jìn)廠大件垃圾質(zhì)量的15%，進(jìn)入填埋場和焚燒廠的處置量合計(jì)不超過30%［18］。雖然深圳市同樣有舊家具再利用的途徑，但實(shí)際再利用量相當(dāng)有限，而由于深圳市對終端處置量的限定，大件垃圾的拆解、分選和資源化利用變得尤為重要。

3.2 大件垃圾來源及組成

圖3 是每日進(jìn)入處理設(shè)施的大件垃圾種類組成情況，與常規(guī)生活垃圾不同，大件垃圾中各組分量較為穩(wěn)定，組成比例隨季節(jié)變化較小。可以看出，椅類物質(zhì)的處理量穩(wěn)定在17 t/d 左右，隨時間無較大變化，此外椅類也是4 類廢棄物中占比最高的種類，超過了50%。與椅類相反，處理量最小的桌類廢棄物在5、6 月之后處理量有較大幅度的增長，而7—11 月的處理量較為平穩(wěn)，為（3±0.1） t/d，但由于桌類廢棄物總量較小，對總體組成的影響有限。床類廢棄物在5、6 月的處理量明顯高于其他月份，超過了6 t/d，之后7—11月的處理量則在3.5～4.1 t/d 波動。床墊類大件垃圾處理量則呈現(xiàn)出波動上升的趨勢，由最初的5.1 t/d左右增長至6.3 t/d。

床墊類大件垃圾的處理方法較為簡單，目前已經(jīng)出現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用的自動拆解裝置［19］，這是由于床墊的尺寸大小和構(gòu)造比較統(tǒng)一。其他類型的大件垃圾結(jié)構(gòu)和材質(zhì)組成各異，因此初步拆解仍主要靠人工操作，而這也是阻礙其自動化發(fā)展的原因。從調(diào)查結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，椅類廢棄物占比最高，因此對其詳細(xì)組成進(jìn)行分析能夠?yàn)樽詣踊鸾庠O(shè)備的設(shè)計(jì)及選型提供進(jìn)一步的參考依據(jù)。

將椅類大件垃圾按照材質(zhì)分為皮革、塑料、木質(zhì)和其他4 類。皮革椅類主要包括皮質(zhì)沙發(fā)，其組成復(fù)雜、拆解難度較大；木質(zhì)椅類形狀各異，包括常見的餐桌椅、木板凳等，這也為拆解增加了難度。圖4 和表2 是大件垃圾中椅類廢棄物的組成分布情況。圖中顯示5、6 月的椅類組成與7—11 月有較大差別。5、6 月的椅類大件垃圾中木質(zhì)類占絕大多數(shù)，處理量在11 t/d 左右，塑料與皮革椅類的處理量差別不大，分別為3 t/d 和2.6 t/d左右。除上述3 類外，布藝類和其他特殊類型的椅子都?xì)w入“其他類”，這種類型的椅子數(shù)量很少，處理量約為0.3 t/d。

從7—11 月椅類廢棄物的組成情況可以看出，各類別椅子所占整體的比例無較大波動，相對較為穩(wěn)定。其他類的椅類廢棄物約占總體的50%，這種類型椅子的形狀差異顯著，組成成分復(fù)雜，在自動化拆解前需要有更好的前期篩分，因此人工拆解仍然是這部分椅類廢棄物的主要處理方法。木質(zhì)椅類處理量基本在2.7 t/d 左右，而塑料椅類約為1.6 t/d。皮革椅類7—11 月有輕微的下降趨勢，由3.8 t/d 降至3.3 t/d。

圖3 大件垃圾種類組成

圖4 椅類垃圾種類組成

表2 各種椅類垃圾平均日處理量 t/d

3.3 大件垃圾拆解產(chǎn)物流向

大件垃圾拆解產(chǎn)物流向及平均分布情況如圖5所示。產(chǎn)物中木質(zhì)占了較大比例，高達(dá)65.24%；金屬、海綿這兩類物質(zhì)分別占4.23%和7.55%；床網(wǎng)類占比8.00%，它主要包含了布料和部分塑料材料；而除去木質(zhì)以外占比最高的殘余物（14.98%）主要指無法分離的木屑、布料、塑料、海綿等非金屬組分的組合?？傮w上，大件垃圾拆解后主要為木質(zhì)組分，其他具有較好回收再利用價值的組分占比都小于10%。

圖5 大件垃圾處理物質(zhì)流向及分布現(xiàn)狀

拆解后的木質(zhì)組分主要用作生物質(zhì)發(fā)電公司的燃料供給，床網(wǎng)類運(yùn)送到資源回收站之后按照材質(zhì)再次分類制作為再生塑料和金屬制品，海綿可以制成再生綿，金屬類通過煉造后成為新的金屬制品，殘余物會進(jìn)入垃圾焚燒終端處理。整體來看，目前拆解后各類物料的利用符合國家能源政策［20］，但是再生制品品質(zhì)不高，公眾接受程度較低，資源化利用效果有進(jìn)一步提高的潛力。為此可以通過工藝升級改造對大件垃圾進(jìn)行更細(xì)致的拆解，以獲得純凈的再生資源組分，從而提高再生產(chǎn)品的質(zhì)量；另一方面，郁南環(huán)境園大件垃圾現(xiàn)在的處理模式比較簡單，拆解分選不夠完全，產(chǎn)生的殘余物量大，經(jīng)濟(jì)成本受影響因素多［21］。隨著深圳市人口的不斷增加勢必會產(chǎn)生更多的大件垃圾，今后城市大件垃圾仍有可觀的增長量，因此改善處置工藝，提高處理能力是必然的要求。

3.4 大件垃圾資源化潛力分析

郁南環(huán)境園大件垃圾處理工藝可以在現(xiàn)有的拆解+分選工藝主體上對各環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化升級后處理流程如圖6 所示。首先通過粗破碎優(yōu)化為兩級破碎和兩級磁選，進(jìn)一步降低粗料尺寸，在減輕下游設(shè)備負(fù)擔(dān)的同時為增加精細(xì)化設(shè)備提供了基礎(chǔ)；二級破碎后的粗料經(jīng)過滾筒篩，風(fēng)選機(jī)選出木質(zhì)、輕質(zhì)物料（布料、皮革等）、金屬，重質(zhì)物料在粉碎后經(jīng)渦電流分選機(jī)可以對鋁、銅等有色金屬進(jìn)行高效分選。該工藝的最大優(yōu)點(diǎn)是可以將不同組分最大限度地進(jìn)行分離，有利于不同組分的高效利用，而且在經(jīng)過粉碎后，木質(zhì)物料可以被更大限度地破碎成小顆粒，有利于復(fù)合板材的制造或者成型燃料的加工。

圖6 工藝升級后大件垃圾處理流程

目前，該大件垃圾處理點(diǎn)擁有兩條處理生產(chǎn)線，處理量約為30 t/d，在不調(diào)整人員結(jié)構(gòu)前提下，預(yù)計(jì)升級后處理量可達(dá)40 t/d。總體看來，雖然工藝升級后每噸大件垃圾的處理成本稍有增加，但是經(jīng)濟(jì)收益也增長為之前的1.6 倍，收益增長主要來自于處理量的提升。因此，通過工藝改進(jìn)對大件垃圾中各組分進(jìn)行更加細(xì)化的拆分，可以促進(jìn)資源的有效回收利用，提高經(jīng)濟(jì)收益。郁南環(huán)境園大件垃圾處理點(diǎn)工藝升級前后的處理成本以及經(jīng)濟(jì)收益核算如圖7 所示。

圖7 升級前后大件垃圾處理經(jīng)濟(jì)分析比較

今后城市大件垃圾仍有可觀的增長量，因此處理能力的提升占有非常重要的地位。以升級后郁南環(huán)境園大件垃圾處理量為基準(zhǔn)，在目前大件垃圾拆解后組分流向的基礎(chǔ)上，通過處理量的增長對處理成本以及收益進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果如圖8 所示。其中，處理成本項(xiàng)以電費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)、殘余物處置費(fèi)、人工成本為主，收益項(xiàng)主要包括產(chǎn)物回收收益和補(bǔ)貼，計(jì)算考慮價格浮動?？梢钥闯?，隨著處理量的提高，處理成本增長率和收益率都有所增長。但是收益率的增長遠(yuǎn)高于成本，且兩者差距越來越顯著，這也與工藝升級前后的經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果相符。預(yù)期處理量提升50%，收益率有望增長60%。說明隨著處理能力的提升，企業(yè)獲得的利潤會更加可觀，對生產(chǎn)能有更多的投入從而形成良性循環(huán)。

圖8 預(yù)期成本及收益增長率

4 結(jié)論

大件垃圾組成較為復(fù)雜，目前對此方面的研究資料尚不充分。通過對郁南環(huán)境園收集的大件垃圾以及拆解后的組成成分進(jìn)行分析，可以為之后其他城市大件垃圾處理中心的建設(shè)提供參考。研究得出的主要結(jié)果如下：

1） 城市大件垃圾主要由椅類、桌類、床類、床墊類組成，且日處理量為椅類＞床墊類＞床類＞桌類，隨時間無較大變化，其中椅類占比高于50%，平均處理量約為16.8 t/d，桌類的處理量最少。因此，椅類廢棄物拆解分選效率的提高是增加大件垃圾整體處理效率的關(guān)鍵。

2） 對椅類廢棄物單獨(dú)分析，結(jié)果表明其5—6月與7—11 月的組成存在較大差異。木質(zhì)類椅子在5—6 月占主要地位，處理量達(dá)11.14 t/d，在7—11 月處理的主要為“其他類”椅子，平均處理量為8.95 t/d。塑料與皮革類椅子處理量較為穩(wěn)定。根據(jù)椅類廢棄物的季節(jié)性波動，處理點(diǎn)可以做好相應(yīng)的生產(chǎn)調(diào)整以增加效益。

3） 大件垃圾拆解后的主要組分為木質(zhì)（65.24%）、床網(wǎng)（8.00%）、海綿（7.55%）、金屬（4.23%），剩余的殘余物占14.98%。拆解后產(chǎn)物的回收利用率較高，但仍有發(fā)展空間。同時，提高再生制品的質(zhì)量也是未來的發(fā)展趨勢。

4） 大件垃圾處理點(diǎn)工藝升級后可以獲得的經(jīng)濟(jì)收益為之前的1.6 倍。隨著處理能力的提高，處理成本有所增加，但預(yù)期收益的增長遠(yuǎn)高于處理成本。