章佳文，徐期勇，孫立兵，肖進文，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)保材料工程實驗室，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，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入填埋場或者焚燒廠進行處理，只有少部分廢舊家具進入二手市場被循環(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收運處理的城市，而且初步建立了相應(yīng)的大件垃圾收運處理系統(tǒng)［7］。根據(jù)深圳市2017 年統(tǒng)計數(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?，F(xiàn)有關(guān)于大件垃圾的研究主要集中在收運模式、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組分以及拆解后組分進行了分析，對處理成本和經(jīng)濟收益進行了計算，以期進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作為研究對象。該處理點主要負責(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)計年鑒計算，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，所以其收運及處置情況同樣需要重視。

本研究對進入深圳市郁南環(huán)境園的大件垃圾組成及拆解后組分進行了持續(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 為處理點現(xiàn)場圖片。廢舊家具由運輸車輛運至廠區(qū)后，通過廠區(qū)前的地磅進行稱量，記錄每日進廠的大件垃圾總質(zhì)量。對收運來的大件垃圾按照椅子、桌子、床、床墊進行人工分類，并對每一類進行單獨的稱量記錄，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)進行更加細致的分類，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)組分由輸送皮帶機輸送至粗碎車間，在粗碎車間通過雙軸撕碎機將其進一步破碎成粗料，通過調(diào)整運行參數(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，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)運至各自的回收點進行資源化利用。

圖1 深圳市郁南環(huán)境園大件垃圾拆解分選流程

圖2 處理點現(xiàn)場圖片

2.2 經(jīng)濟性分析計算

主要對大件垃圾處理的經(jīng)濟成本及收益進行了概算。由于涉及處理量的變化所以計算單位采用“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、人工費和設(shè)備折舊費，按照產(chǎn)生的殘余物量和焚燒廠每噸的處理費用計算處理殘余物所需成本。將這4 類成本進行加和，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，元/d；m2表示人工費，元/d；m3表示折舊費，元/d；m4表示殘余物處理費，元/d。

處理大件垃圾的收益主要來自于政府補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，總計可達1.8×105t。據(jù)Curran 等［10］對英國3 個城市進行的調(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入了填埋場。Larsen 等［11］對丹麥奧爾胡斯和赫寧進行調(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50 t/d，已經(jīng)實現(xiàn)了對舊床墊、部分家具進行自動化處理。上海市根據(jù)已經(jīng)制定的生活垃圾管理條例，補充了關(guān)于大件垃圾管理方面的一些意見，倡導(dǎo)消費者選擇環(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)計處理量為70 t/d，采用“一級破碎+磁選”工藝，處理后對物料進行資源化利用［17］。

深圳市在2018 年4 月開始實行《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設(shè)置、收集運輸、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，嚴格控制大件垃圾拆解后組分進入終端處理設(shè)施的量，規(guī)定進入填埋場的處置量不得超過進廠大件垃圾質(zhì)量的15%，進入填埋場和焚燒廠的處置量合計不超過30%［18］。雖然深圳市同樣有舊家具再利用的途徑，但實際再利用量相當(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?？梢钥闯觯晤愇镔|(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，因此對其詳細組成進行分析能夠為自動化拆解設(shè)備的設(shè)計及選型提供進一步的參考依據(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歸入“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行更細致的拆解，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，進一步降低粗料尺寸，在減輕下游設(shè)備負擔(dān)的同時為增加精細化設(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)渦電流分選機可以對鋁、銅等有色金屬進行高效分選。該工藝的最大優(yōu)點是可以將不同組分最大限度地進行分離，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)計升級后處理量可達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，通過工藝改進對大件垃圾中各組分進行更加細化的拆分，可以促進資源的有效回收利用，提高經(jīng)濟收益。郁南環(huán)境園大件垃圾處理點工藝升級前后的處理成本以及經(jīng)濟收益核算如圖7 所示。

圖7 升級前后大件垃圾處理經(jīng)濟分析比較

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行預(yù)測，結(jié)果如圖8 所示。其中，處理成本項以電費、設(shè)備折舊費、殘余物處置費、人工成本為主，收益項主要包括產(chǎn)物回收收益和補貼，計算考慮價格浮動。可以看出，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） 大件垃圾處理點工藝升級后可以獲得的經(jīng)濟收益為之前的1.6 倍。隨著處理能力的提高，處理成本有所增加，但預(yù)期收益的增長遠高于處理成本。