摘要：近年来,治理“白污染”，消灭“白公害”已成为全球的共识,从废旧塑料的最终处置、直接再生利用、改性再生利用、热分解以及与其他材料复合等几个方面综述了废旧塑料的综合利用途径,其中废旧塑料和其他材料复合的再生利用技术有很好的发展前途,将成为今后研究的新热点。介绍了当前几种处理和利用废旧塑料的方法,特别对废旧塑料掩埋、再生、回收、焚烧、热裂解制造燃料油和化学品的技术和存在的问题作了重点探讨。 关键词：废旧塑料;再生利用;直接利用；回收;焚烧;化学回收;热裂解;燃料油
随着塑料应用的日益广泛,塑料制品已成为人们生活的重要组成部分。然而,由于废旧塑料难于自然降解,不为自然环境所亲和,它所造成的环境污染亦日趋严重。世界塑料产量和用量的不断增加,产生的废旧塑料也触目惊心。废弃的塑料造成的“白污染”现象越来越严重, 全世界每年向海洋和江河倾倒大量的塑料垃圾,破坏了海洋生物的生存环境,造成鱼类等海洋生物的死亡;另外,大量塑料垃圾分散于土壤中,影响土壤的透气性,不利于作物生长;废旧农用聚乙烯地膜,回收不利的情况致使土地在几百年内都不能耕种;一次性快餐盒随处可见;还有各种各样的包装塑料袋满天飞,造成严重的视觉污染等等。因此,寻求切实可行的废旧塑料综合防治对策耐寒输送带
家庭智能控制系统
已迫在眉睫,加强对废旧塑料资源的综合利用,不仅可以有效的减少“白污染”,而且能够变废为宝,节约能源，保护环境。
1 废旧塑料的来源及分类
塑料，尤其是热塑性塑料，在合成、成型加工、流通与消费等每一个环节都会产生废料或废弃制品，统称为“塑料废弃物”，其中绝大多数产生于消费使用过程中，而且尤以包装材料、农膜及一次品的废弃量最大。废旧塑料主要来自两个方面:一是城市固体垃圾;二是工业固体废弃物。从总量上看,随着清洁生产策略的不断深化和推进,由工业生产所带来的废旧塑料数量呈下降趋势,然而城市固体垃圾中废旧塑料的比例却呈快速上升的趋势。据有关资料介绍,目前废塑料已占城市固体垃圾的7%左右。废旧塑料成分复杂,主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、泡沫聚苯乙烯(PSF)和聚氯乙烯(PVC),其他还有聚对苯二甲酸乙二醇(PET)、聚氨酯(PU)和ABS塑料等。除了少数废塑料如塑料制品加工过程中的过渡料和边角料是以单一塑料形式存在,可以直接再生利用外,大多数废塑料都以多种塑料混杂的形式存在于城市固体垃圾中。 废旧塑料的产生：1. 树脂生产中产生的废料；2. 成型加工过程中产生的废料；3. 配混和再生加工过程中产生的废料；4. 二次加工中产生的废料；5. 工业消费后塑料废料，这类废旧废料来源广，使用情况复杂，必须经过处理才能回收再用。这类废弃物包括：化学工业中使用过的袋、桶等；纺织工业中的容器、废人造纤维丝等；家电行业中的包装材料、泡沫防震垫等；建筑行业中的建材、管材等；灌装工业中的收缩膜、拉伸膜等；食品加工业中的周转箱、蛋托等；农业中的地膜、大棚膜、化肥袋等；渔业中的鱼网、浮球等；报废车辆上拆卸下来的保险杠、燃油箱、蓄电池箱等。6.生活消费后的废旧塑料。
由于大多数塑料品种是不相容的,由混合塑料制得的产品的机械性能较差,因此,废塑料再生利用前应按塑料品种(化学结构)进行分类。分类可根据不同塑料的用途性质进行。例如采用目测、手感、比重、燃烧等简易方法,可以将常用的聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等塑料进行分类。再如,根据不同塑料之间存在的密度差异,可将不同种类的塑料置于特定的溶液中(如水、饱和食盐溶液、酒精溶液、氯化钙溶液等),根据塑料在该溶液中的沉浮性进行分类和鉴别。又如,利用不同塑料在溶剂中的溶解性差异,可以采用溶解――沉淀法进行分离,其方法是将废塑料碎片加入到特定溶液中,控制不同温度,使各种塑料选择性地溶解并分选。另外,当废料量大,杂物多时,还可以采用风力筛选技术,此法是在重力筛选室将粉碎的废塑料由
上方投入,从横向喷入空气,利用塑料的自重和对空气的阻力的不同进行筛选。
2 废旧塑料的处理方法概述
废旧塑料的处理方法大致可分为四种：掩埋、焚烧回收热能、材料再生和化学回收。
2.1 卫生填理
这是对废旧塑料处理最简单的方法,但是这种方法需要占用大量的土地。而塑料长期留在土壤内不分解,会使土壤长期处于不稳定状态。同时废旧塑料中所带的杂质和所含的添加剂、稳定剂、着剂也会给环境带来二次污染。废旧塑料由于具有大分子结构,故废弃后长期不易分解腐烂,并且质量轻、体积大,暴露在空间可随风飞动或在水中漂浮。因此,人们常利用丘陵凹地或自然凹陷坑池建设填埋场,对其进行卫生填埋。卫生填埋法具有建设投资少、运行费用低和回收沼气等优点,已成为现在世界各国广泛采用的废塑料最终处理方法。在填埋过程中如果合理调度,操作机械化,可大幅度减少处理费用。一般来说,填埋场均铺设防渗层,并用机械压实压平,上面覆盖土层,进行绿化,植草、建公园或自然景观,供人们休息游玩。但填埋处理同时也存在着严重弊端:(1)塑料废弃物由于密度小、体积大,因此占用空间面积较
大,增加了土地资源压力;(2)塑料废弃物难以降解,填埋后将成为永久垃圾,严重妨碍水的渗透和地下水流通;(3)塑料中的添加剂如增塑剂或料溶出还会造成二次污染"同时该法填埋了大量可利用的废塑料,这与可持续利用背道而驰。因此,建议填埋时先对废塑料及其包装物进行破碎,填埋已经综合利用和综合处理后的残余物。
2.2 焚烧回收热能
焚烧回收热能是废旧塑料处理的另一主要方法。将废旧塑料进行焚烧的处理方法具有处理数量大、成本低、效率高等优点,其方式主要有3种：(1)使用专用焚烧炉焚烧废旧塑料回收利用热能,所用的焚烧炉有流动床式燃烧炉、浮游式燃烧炉、转炉式燃烧炉等;(2)将废塑料作为补充燃料与生产蒸汽的其他燃料掺混使用,这是一项可行而又比较先进的能量回收技术,例如热电厂即可使用废塑料作为补充燃料;(3)通过氢化作用或无氧分解,使废塑料转化成可燃气体或其他形式的可燃物,再通过它们的燃烧回收热能。塑料燃烧可释放出大量的热能,如聚乙烯和聚苯乙烯的热值高达4.6×104kJ/kg,超过燃油平均4.4×104kJ/kg的热值,聚氯乙烯的热值也达1.88×104kJ/kg，但缺点是会产生大量包括二氧杂环己烷等有毒有害气体,若要对这些有毒有害气体进一步处理,则后续流程很长,综合经济成本较高。如将废塑料用于国内高
炉喷吹,不仅可有效利用资源,而且可以使环保工作产业化,切实治理好“白污染”。废塑料的主要组成是碳氢聚合物,所以废塑料具有较高的热值和良好的燃烧性能。废塑料的燃烧过程是很复杂的，通常是由传热、传质、热分解、熔融、蒸发、气相化学反应和多相化学反应等全部过程或其中的一部分过程所组成。一般认为,废塑料的燃烧形式主要是蒸发燃烧:受热后首先熔化成液体,进一步受热后产生很多易燃蒸发气体,所产生的易燃蒸气再与空气混合燃烧。在高炉中,通过燃烧焦碳产生热,加热反应物达到还原铁矿所需的温度,并将铁熔化,总的说来,这一个过程是大量进行化学反应的过程,而且产生的热几乎完全被利用。废塑料的可燃成分可达96%,假设分子式为CnHm,与O2的反应式如下:
2CnHm+nO2=2nCO+mH2 4CnHm+(4n+m)O2=4nCO2+2mH2O
通常高炉都由风口喷吹煤粉或重油以提供部分所需的热量。在国外,废塑料已经在高炉生产中得到了应用,并取得了良好的效果。德国从1994年开始进行喷吹的工业性实验,1995年6
月在德国不莱梅钢铁公司建造了世界上第一套喷吹废塑料设备,喷吹能力为7万t/年,不莱梅
钢铁公司2号高炉(2668m3)的8个风口用于喷吹废塑料,每个风口喷吹量约为125t/h,将废塑折叠式集装箱
料先造成直径小于10mm的塑料粒,成功地达到每吨铁喷吹废塑料35kg。1996年第一季度喷入了1万t,4月份喷吹量最高为3500t。此外,德国克虏伯赫钢铁公司和蒂森钢铁公司已经实际应用。在日本,1996年10月首套投资15亿日元的高炉喷吹废塑料联合处理系统已在NKK公司京滨厂1号高炉(4907m3)运行,年处理废塑料3万t,将废塑料分拣、破碎、粒化后,通过4个风口喷入高炉,喷吹量约为10kg/t,最高喷吹量可达200kg/t,该系统可使CO2的排放量减少30%,只产生少量有害气体,高炉能量利用率达到80%以上,且高炉煤气可以用于发电或烧热风炉,也可以作为民用煤气。国外喷吹用废塑料原料化概况废塑料从垃圾中分拣后,送到联合处理系统的主要是不能用于再生或已是再生的废制品,如一次性容器、包装物、专用计算机部件、磁带等。整套联合处理系统的处理步骤为:收集 分选 粉碎 磁选去金属 再粉碎 再中间磁选去金属 造粒 高炉料仓。德国拥有全国的废塑料收集系统DSD,它保证了有足够的回收量和原料供应,德国的废塑料造粒方法主要采取挤压法,将废塑料挤压成小粒。用这种方法制成的塑料粒较为疏松,密度小,燃烧速度快,但对喷吹设备要求高,维护困难。日本的造粒方法主要采用熔融造粒，这样制成的塑料粒密度大,喷吹动力大,一般废塑料粒度为6mm。如前所述,高炉喷吹废塑料一方面能够有效地消除“白污染”,而且最大限度地降低由于废塑料燃烧或其他回收方法所容易造成的二次环境污染;另一方面,高炉喷吹废塑料主要是
通过废塑料气化后生成的还原性气体与铁矿石反应来利用其化学能,部分以热能的形成加热铁矿石或用于发电和热风炉,总的能量利用率达80%,是其它处理方式所不能及的。
四氧化锰
2.3 材料再生
铅封号直接回用技术
2.3.1 废热固性塑料可以粉碎!研磨为细料,再以15%~30%的比例作为填充料掺加到新树脂中,所得制品其物化性能无显著变化。
2.3.2 废硬聚氨酯泡沫经精细磨碎,加到手工调制的清洁糊中,可制做磨蚀剂。
2.3.3 废软聚氨酯泡沫破碎成所要求尺寸碎块,用作包装的缓冲填料和地毯衬里料。
2.3.4 粗糙、磨细的废塑料用聚氨酯粘合剂粘合,可连续加工成为板材加工塑料原料把收集到的较为单一的废塑料再次加工为塑料原料,这是最广泛采用的再生技术,主要用于热塑性树脂。用再生的塑料原料可做包装、建筑、农用及工业器具等材料,日本1994年产量已达542
33t。工艺过程包括破碎、掺混、熔融、混炼,最后加工成粒状产品。不同厂家在加工过程中采用独自开发的技术,可赋予产品以独特性能。加工塑料制品利用上述加工塑料原料的技术,将同种或异种废塑料可直接加工成形为制品,一般多为厚壁制品,如板材或棒材等"使塑料包裹木棒、铁芯等制成特殊用途制品,成为其专利技术。
2.4 化学回收
2.4.1 超临界水化学回收
水是自然界最重要的熔剂,在超临界状态下具有许多独特的性质,用超临界水作为化学反应的介质已受到人们的广泛重视和研究。尤其是它可以使废塑料发生降解或分解,从而回收有价值的产品如单体等,同时也解决了能源、CO2浆仓库和二次污染等环境问题。因此超临界水特别适宜于环境良好化学工艺过程的开发。水的临界温度为3743e,临界压力为2205MPa,当温度、压力分别高于临界温度和临界压力时就处于超临界状态。水在超临界状态下具有常态下有机溶剂的性能,而且还具有一定的氧化性。用超临界水进行废塑料的化学回收,其目的主
要是为了避免结焦现象,提高液化产物的产率,供循环回收,必将使生物降解塑料的推广和应用登上一个新的台阶。
2.4.2 废旧塑料裂解制取燃料
废旧塑料裂解制取燃料油适合于混合废塑料的处理,是一种理想的回收方法。在已有废旧塑料制取燃料的技术开发过程中,一些大学和科研院所对废塑料裂解油化技术进行了基础理论和应用研究,并在北京、南京、武汉、哈尔滨、西安等大中城市建立了废塑料油化实验工厂。但是,在废塑料油化技术的发展应用过程中存在许多问题,如:(1)处理的原料单一,大多厂家只能处理占废塑料总量28%的废聚丙烯,使其供不应求而不能处理分别占废塑料总量46%和18%的聚乙烯和聚苯乙烯;(2)分选技术落后,靠人工分选,劳动强度大,卫生条件差,效率低;(3)除渣设备落后,大多数设备只能停止生产除渣,造成大量热能浪费;(4)使用煤等燃料,产生大量废气;(5)清洗和切碎废塑料过程中产生大量废水和灰尘,造成二次污染; (6)基础研究滞后,大多数厂家采用工业裂化催化剂进行废塑料的裂解或改质,所得汽油的辛烷值低,胶质含量高,诱导期短,所得柴油凝点高;(7)无相应的废塑料收集和运输体系,收集单位分散,运输过程中尘土飞扬;(8)无统一的技术管理体系,油品鉴定单位五花八门,不少鉴定缺乏科学性;(9)新闻
宣传言过其实,不少单位技术不过关却到处转让,引起不少纠纷。以上问题,如不认真加以解决,将严重阻碍我国废塑料油化技术的发展。废塑料油化技术在世界范围内已有成功的先例,德国、美国、日本等国均建有大规模的废塑料油化工厂。由于我国的人均塑料消费量较低,相应的法律!法规正在酝酿之中,垃圾分类投放的习惯和体系正在培育之中,因此,这种大规模的工厂并不完全适合我国的国情。国外对废塑料热分解的油化工艺进行了较深入的研究,开发出了槽式、管式炉、流化床和催化法等油化工艺。槽式热分解与蒸馏工艺比较相似,加入槽内的废旧塑料受热分解,当达到一定蒸汽压后,分解产物经馏出口排出槽外,经冷却、分离后得到的油分放入贮槽,油品的回收率一般在57%~78%之间。管式炉热分解一般适用于单一塑料品种的回收,油品回收率在51%~66%之间。流化床热分解废旧塑料时油品的回收率较高,如热分解PP时,可达80%,而且热分解温度较低,适用于废旧塑料混合物的热分解。催化法热分解废塑料可在较低温度下进行,如日本有的研究机构采用沸石催化剂(2SM-5)填充的反应槽,在300~380e下分解废塑料,每kg废塑料产油1L。日本理化研究所等机构开发出的以Ni、Al、Cu金属为催化剂的废塑料热分解油化工艺,每kg废塑料产油1~1.2L。
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