高光谱技术帮助环保企业大幅提升分拣效率及精度
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高光谱技术帮助环保企业大幅提升分拣效率及精度

来源:www.lustervision.com    日期:2018-06-13    点击次数:

根据英国海洋学家研究,人类每年被丢入海洋中的塑料垃圾接近500万吨。而根据中国海洋质量抽检结果表明,每千克海盐中都具有数百颗微小的塑料颗粒。这意味着,按照目前的推荐营养用量,消费者每年平均会吃下大约1000颗的塑料微粒,而对于经常吃贝类的人来说,每年可能吃下最多达11000颗塑料微粒。


触目惊心的现状

海洋中的塑料微粒有两个主要来源,一是大块塑料垃圾的分解,包括塑料瓶和工业塑料垃圾;二是添加到磨砂洗面奶、乳液、牙膏等化妆品中的微小颗粒。塑料颗粒的大小通常在5毫米以下,绝大部分十分微小,甚至肉眼无法看到。科学家担心,这些微小的塑料颗粒可能会给人体带来严重的健康风险。

▲牙膏中的塑料微粒,以及微小的塑料纤维都很容易被海洋生物,包括浮游生物、贝类等吸收,并留在食物链中,传递给大型鱼类,直至人类。

根据世界银行的统计数据,仅仅在5年前,人类产生的垃圾就已经达到了13亿吨。这其中的塑料经过一定程度的分解后,通过降水、地下水、土壤、动物及人类活动逐渐在海洋中累积。虽然从垃圾中回收的塑料、玻璃、纸张和金属的数量一直都在上升,相比较十年前已经发生了非常大的变化,但是距离大多数国家制定的回收目标还有很长的路要走。


新技术拯救我们的地球

在大多数废物处理设施中,回收材料一直受分选技术的限制。让更多的可回收材料被回收,就意味着更少的废物,而纯度更高的可回收材料也会更大的提高可回收材料的价值,从而提升企业回收的积极性。

最新的多光谱和高光谱相机正在努力做到这一点,让回收材料的纯度接近100%。

光谱相机可以将光束分为数百个波段的光谱信息捕捉到,从而捕捉到所有经过它视野的材料特性,通过光谱库的对比,很轻松就能知道材料的化学成分。

▲巴西里约奥运会奖牌大打环保牌,在银牌及铜牌中,均使用30%以上的废旧回收金属,甚至连挂奖牌的彩带里面,也含有50%以上的回收涤纶纱,甚至就连包装奖牌的木盒,也选用的是可再生林木材。你想问金牌?里约奥运会上的金牌重约500g,然而金含量仅为6g,其余都是回收金属银……

大多数回收中心都使用一系列的机械分拣方法(人力分拣的你们,失敬失敬),比如滚筒筛选更重的金属或塑料,泡在水里分选出聚丙乙烯塑料泡沫,磁铁探测器分选金属等等过程完成大致基本的分类。

在基本分类完成后,接下来的任务就是区分不同的塑料材质、不同的纸张材质,从而让回收物达到更高的纯度,让回收价值最大化。

短波红外相机是用于塑料回收最常见的多光谱系统,大多数使用InGaAs芯片,能够在室温下很好的工作,避免了昂贵且繁杂的冷却系统。在短波红外相机的帮助下,塑料分选可以达到99%的高纯度。

▲以塑料水杯(1#)、化妆品瓶(2#)、药瓶(3#)、饮料瓶(4#)为样本,采集到的RGB图像。

▲经过与标准波谱库中的波谱进行匹配,以及算法计算后,得到的其中三种材料分别为再生聚乙烯对苯二甲酸酯(PETE)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)。这样便可以使得回收料纯度达到材料级,更加具有经济效益。

▲这样的流程重复几次,在分选系统的帮助下,就可以逐渐“提纯”回收物。

除了塑料以外,纸张是另一个蕴藏在垃圾里面的宝贝。现在,越来越多原来用于塑料分拣的高光谱成像技术正在逐渐适应纸张回收。

纸张的主要构成成分氢氧化合物的光谱信息普遍在1.9~2.4μm波段,超过InGaAs芯片的响应范围。因此需要MCT芯片的红外相机加入,MCT芯片的响应度可以达到2.5μm。

高光谱MCT相机能够区分十一种类型的纸张,而且完全不需要脱墨处理,十分环保且低成本。用于制造报纸的纤维不够结实,显然不能够制造纸板。而回收纸板的纤维太过坚实,同样不适合制作报纸。因此,如何准确的对纸张进行分类,是保持回收造纸纤维的成本始终低于原料造纸纤维的关键技术。


更清洁的未来

高光谱成像系统也可以用于其他难以分类的可回收材料,比如粉碎的电子废料。这些碎颗粒中有大量的金属和塑料,利用短波红外相机可以很容易的通过光谱特种进行分选。

事实上,高光谱能做的远不止垃圾回收分选这么简单。监控农作物健康、疾病诊断、食品安全监控、发电厂排放监控、危险废弃物监控等等等,为了地球的健康,高光谱还能够做的更多。

随着消费需求的日益增长,制造商们也不断创造更多更复杂的材料,这意味着回收公司必须开拓更多新的、多样化的技术来提升垃圾分类和分选的经济效益。随着成像技术的不断发展,相信越来越多的材料可以被更好的利用起来,让我们的环境更美好!