Kolejne etapy recyklingu

Kolejny po zbiórce śmieci etap recyklingu to sortowanie, czyli separacja odpadków różnych typów. Jest ona wciąż konieczna, gdyż ich obowiązkowa segregacja przed wyrzuceniem ma tylko ogólny charakter. Potem odpady są poddawane wymaganej, charakterystycznej dla danego typu materiału, obróbce. Przedtem są jeszcze myte i rozdrabniane. Po przetworzeniu na surowce wtórne jest z nich produkowany nowy wyrób.

Warto zauważyć, że etapy recyklingu wzajemnie na siebie wpływają. I tak specyfika (skład, rodzaj, jednorodność, stopień czystości oraz jakość) śmieci ma wpływ na wybór konkretnych technologii sortowania i przetwarzania. Od nich z kolei zależy jakość materiału wyjściowego. To natomiast warunkuje zakres nowych zastosowań dla danego surowca wtórnego.

W rezultacie na poszczególnych etapach procesu recyklingu wykorzystywanych jest wiele specjalistycznych maszyn i rozwiązań z zakresu automatyki oraz pomiarów – już same linie sortownicze stanowią zwykle zespół kilku różnych urządzeń połączonych ze sobą systemem przenośników. Dalej przedstawiamy przykładowe z nich.

Roboty i AI w sortowaniu śmieci Pomimo że dysponujemy szeregiem zautomatyzowanych rozwiązań sortujących, ludzie wciąż odgrywają dużą rolę na etapie sortowania śmieci, szczególnie jeżeli w strumieniu odpadków odróżnić trzeba konkretny typ śmieci, co wymaga nieszablonowych działań i podejmowania decyzji w locie, na podstawie tylko ogólnych zaleceń. Dlatego też dotychczas specyfika tego zadania, wymagająca pracy z nieustrukturyzowanym, nieprzewidalnym materiałem, ograniczała możliwości wykorzystania robotów na liniach recyklingu. Z drugiej strony jednak sortowanie śmieci, wykonywane ręcznie, nie należy do najpopularniejszej pracy, a ostatnio, w związku z pandemią koronawirusa, gdy pracownicy sortowni słusznie zaczęli się obawiać zarażenia w związku z kontaktem z odpadkami pochodzącymi od osób zakażonych, jeszcze straciło na popularności. Nic zatem dziwnego, że poszukiwane są rozwiązania alternatywne. To skłoniło m.in. do prac nad wdrożeniem na liniach recyklingu technik sztucznej inteligencji w połączeniu z robotami przemysłowymi. Na rynku dostępne są już tego rodzaju rozwiązania, stanowiące połączenie technik sztucznej inteligencji, systemów pomiarowych oraz robotów przemysłowych wyspecjalizowanych w zadaniach typu pick and place. W uproszczeniu manipulatory na tego typu stanowiskach identyfikują, a następnie klasyfikują odpadki w sposób naśladujący człowieka. W pierwszym kroku, zwykle z wykorzystaniem jednej z technik sztucznej inteligencji, uczenia maszynowego, robot na postawie analizy przykładowych obrazów "uczy się" rozpoznawać różne typy śmieci. Dzięki temu następnie, pracując już na linii sortowania, jest w stanie je rozróżniać w strumieniu odpadków w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Co więcej, zwykle również potrafi poprawnie zidentyfikować śmieci, których nigdy wcześniej nie widział, analizując ich podobieństwo do tych zapisanych w swojej bazie danych, dodatkowo opierając się na rachunku prawdopodobieństwa. W miarę rozwoju sztucznej inteligencji z pewnością technologia ta będzie rozwijana.

Sortowanie przez przesiewanie

Sortowanie ma na celu odseparowanie śmieci z danego rodzaju materiału od innych, które również ewentualnie nadają się do recyklingu, na przykład tworzyw sztucznych od metali, szkła i papieru, a potem pogrupowanie ich według określonego kryterium, na przykład rodzaju plastiku lub kolorów. W tym zakresie wykorzystuje się różne techniki. Zwykle na liniach sortowania korzysta się z kilku metod jednocześnie, tak aby separacja była opłacalna, wydajna oraz dokładna. Szczegóły realizacji zależą od oczekiwanej jakości materiału wejściowego i wymaganej jakości materiału wyjściowego.

Zwykle jednym z pierwszych urządzeń w obrębie linii sortowania jest przesiewacz. W nim odpady są rozdzielane ze względu na swoje rozmiary. Popularne kategorie tych urządzeń to: przesiewacze bębnowe oraz wibracyjne. Przesiewanie śmieci za ich pomocą polega na rozdzieleniu ich na kilka frakcji o różnych rozmiarach. W przesiewaczach bębnowych materiał przeznaczony do przesiania najpierw ładowany jest do kosza zasypowego, a potem przenośnikiem taśmowym transportowany jest do bębna przesiewającego. W wyniku obrotów bębna drobniejsze śmieci spadają na podajnik, który znajduje się pod bębnem, zaś większe są przenoszone dalej.

Głównym komponentem przesiewaczy drugiego typu jest wibrujące sito – jego drgania zwiększają wydajność przesiewania. Analogicznie jak w urządzeniach bębnowych, mniejsze odpadki spadają przez oczka sita, a większe pozostają na nim. Jeżeli pod sitem znajdują się następne, realizowane jest sortowanie wielopokładowe. Używając na każdym poziomie sitek różniących się średnicami oczek, można oddzielić kilka frakcji nad- i podsitowych. Te drugie to na przykład miał lub pył. Do dalszego sortowania z frakcji nadsitowej zazwyczaj przekazywane są m.in. opakowania. Zalety przesiewaczy mechanicznych to: prosta budowa, łatwa wymiana sitek, uniwersalność.

Separatory powietrzne i balistyczne

Separatory powietrzne (pneumatyczne) zaliczane są do kategorii technik, w których poszczególne frakcje odpadków są od siebie rozdzielane dzięki różnicom gęstości materiałów, z których zostały wykonane. Głównym zadaniem tego typu urządzeń jest zatem oddzielenie śmieci lekkich od tych ciężkich. W linii technologicznej sortowania są przeważnie instalowane za przesiewaczami, jako alternatywa dla czasochłonnego, a przez to nieopłacalnego (a w czasie trwania pandemii również niebezpiecznego dla personelu) sortowania ręcznego.

Separatory powietrzne są montowane na taśmociągach, którymi podawane są wstępnie przesiane odpadki. Nimi transportowane są do komory rozdzielającej. W niej wytwarzane jest podciśnienie, powodujące, że lekkie frakcje, jak folia i papier, zostają zassane, natomiast cięższe są przesyłane dalej. Wydajność pracy separatora jest regulowana poprzez zmianę wydajność wentylatora. Jest to bardzo skuteczna metoda sortowania śmieci. Jej zalety to też: łatwa obsługa, małe wymogi w zakresie serwisowania, niskie koszty operacyjne, zwykle kompaktowa konstrukcja separatora.

W separatorach balistycznych z kolei śmieci są sortowane według rozmiaru, gęstości i sztywności. Rozdzielane są na trzy frakcje. Pierwszą stanowią lekkie oraz płaskie odpadki. Przykładem są folie, plastikowe torebki, kawałki papieru, tektury czy tekstyliów. Zazwyczaj ta frakcja wymaga dalszego sortowania. Drugą frakcję stanowią ciężkie, trójwymiarowe odpady, wykonane z metali, drewna, skóry, szkła. Również trzeba je dalej posegregować. Trzecia frakcja to zanieczyszczenia sypkie, które są przesiewane. Separatory balistyczne są zbudowane z wprawianych w drgania, perforowanych płytek ze zbierakami, połączonych ze sobą i tworzących pochylone dno.

Jak działają separatory magnetyczne?

Kolejną grupą urządzeń wykorzystywanych w ramach linii sortowania odpadów są separatory metali. Oprócz tego, że umożliwiają one odzyskanie wartościowych surowców, zabezpieczają również maszyny na dalszych etapach recyklingu przed zużywaniem się albo uszkodzeniem spowodowanym obecnością metalowych kawałków.

Wyróżnia się dwa typy tych urządzań. Są to: separatory magnetyczne / elektromagnetyczne, które przyciągają ferromagnetyki, oddzielając je w ten sposób od strumienia nieposortowanych śmieci i separatory metali nieżelaznych. Pierwsze dzieli się na dwie grupy: z ręcznym czyszczeniem i samoczyszczące się. Urządzenia pierwszego typu muszą być okresowo czyszczone z cząstek metalowych gromadzących się na magnesie. Z separatorów takich korzysta się zwykle, kiedy spodziewana ilość metali do oddzielenia jest niewielka. Są one konstruowane i instalowane tak, żeby dostęp do nich nie był utrudniony. W separatorach samoczyszczących się natomiast stosowane są rozwiązania konstrukcyjne zapewniające automatyczne usuwanie gromadzących się na magnesie kawałków metali. Przykładem takich są taśmy, które okresowo je z magnesu zbierają.

Separatory metali nieżelaznych, inaczej wiroprądowe, służą do wychwytywania metali nieferromagnetycznych, takich jak aluminium czy miedź. Ich głównym komponentem jest przeważnie bęben z szybko obracającym się zestawem magnesów stałych, które wytwarzają zmienne pola magnetyczne o wysokiej częstotliwości. Te zaś wywołuje silne prądy wirowe w cząstkach metali nieżelaznych, które generują własne pola magnetyczne. Te przeciwdziałają polu zewnętrznemu, przez co metale te są odpychane.

Separatory optyczne

W separatorach optycznych rodzaj materiału jest rozpoznawany na podstawie zmiany właściwości promieniowania, które się od niego odbiło. W związku z tym typowo urządzenie takie składa się z jego źródła i odbiornika. Jego niezbędnym komponentem jest także system oddzielający dany rodzaj śmieci od pozostałych, na przykład wydmuchiwarka zasilana sprężonym powietrzem, którego strumień zdmuchuje odpadki do oddzielnych pojemników.

Do tej grupy zaliczanych jest kilka typów separatorów, które różnią się rodzajem promieniowania wykorzystywanego do rozpoznawania poszczególnych materiałów. Najpopularniejsze są detektory bliskiej podczerwieni – separatory podczerwieni są zwykle wykorzystywane do rozdziału tworzyw sztucznych ze względu na rodzaj: drewna i tekstyliów, papieru, tektury i opakowań. Często są również wykorzystywane detektory światła widzialnego. Mniej popularne są natomiast te promieniowania rentgenowskiego.