2.5. Отходы производства пластмасс
Среди многочисленных видов твердых отходов пластмасса составляет 7-10 %; ее объем в развитых странах ежегодно увеличивается. В настоящее время производство пластмассы в мире достигло более 100 млн. тонн в год. В то же время, количество отходов пластмасс соответствует 40 % от уровня производства.
Полимерные материалы используются практически во всех сферах жизни и деятельности человека: в строительстве, электротехнике, автомобилестроении, а также для бытовых нужд. Только в Европе количество находящихся в употреблении пластмасс составляет 120 млн. т, а ежегодный прирост потребления оценивается в 12-13 млн. т. Около 65 % всех пластмасс производится для длительного использования и только 20 % – для краткосрочного или разового применения, преимущественно упаковок. Вместе с производством растет и количество отходов полимерных материалов – производственный брак, отслужившие свой срок пластмассы, устаревшие модели и т.д. Занимая огромные площади, свалки полимерных отходов переполняются, становятся неконтролируемыми и загрязняют окружающую среду. Захоронение пластмасс в землю также не является решением проблемы, так как для полного разложения пластмасс необходимо до 100 лет и более. При довольно небольшом, по оценкам западных экспертов, удельном весе в 5-9 % отходы пластиков на данный момент занимают до 25 % всех отходов по объему. Потребление же пластмасс удваивается каждые десять лет. Причем одной из наиболее быстро растущей области потребления пластиков является использование их в качестве тары для разлива прохладительных напитков.
Сжигание пластмассовых отходов сопряжено с большими расходами на сооружение мусоросжигающих печей и установок и сопровождается вторичным загрязнением окружающей среды, в первую очередь, ионами тяжелых металлов, которые вводятся в пластмассу в виде добавок. При сжигании некоторых пластмасс образуются также диоксины – чрезвычайно опасные для здоровья человека и окружающей среды вещества, которые практически невозможно полностью отфильтровать с помощью имеющихся технологий.
Опыт зарубежной практики показывает, что наиболее эффективным способом предотвращения накопления пластмассовых отходов является их вторичная переработка (рециклинг). В наиболее типичном виде рециклинг пластмасс включает следующие этапы: сбор отходов и транспортировка; сортировка и идентификация; регенерация; использование полученного полуфабриката по назначению. К каждому из этих этапов предъявляются определенные технические требования, но наиболее трудоемким из них является сортировка и идентификация. Обычно на стадии производства пластмассовые отходы составляют не более 1 % и их регенерация не представляет трудностей. Более сложной является задача отбора пластиков из разнообразных производственных и бытовых отходов и особенно тяжелой - задача извлечения различных по составу и свойствам пластиков из отработавших свой ресурс машин, холодильников, механизмов, агрегатов, изношенных деталей. Во всех случаях промышленного применения вторичных пластмасс проводится технико-экономическая экспертиза, на основе которой решается вопрос целесообразности применения предлагаемой технологии.
В России только начинается работа по организации раздельного сбора, сортировки и выделения из общих отходов полимерных фракций. Раздельного сбора бытовых отходов практически не существует, сортировочные станции только начинают создаваться.
В общепринятом смысле регенерация пластмассы включает отмывку, измельчение, сепарацию и предварительную переработку. Полученная регенерированная пластмасса может использоваться как дешевое сырье на формирование нового изделия, изготовление новых рецептур компаундов – наполненных, армированных, огнестойких, а также как добавка к первичному сырью при производстве новых изделий. Для получения качественных изделий знание характеристик используемого вторичного сырья является обязательным.
В перспективе ставится вопрос о необходимости разработки технологии утилизации и вторичного использования пластмасс еще на стадии проектирования изделия и особенно при проектировании машин, механизмов и агрегатов. Конструкция изделий должна учитывать срок его службы и метод рециклинга, а также обеспечивать его легкий демонтаж для разделения полимеров по видам.
В промышленности изучаются также возможные пути разложения полимеров, которые нельзя утилизировать и которые потеряли свои внешние и механические свойства. Один из способов состоит в нагревании материала в течение 30 минут в условиях вакуума до 800 °С (пиролиз). При этом материал разлагается на газы: водород, метан, этан, а также маслянистую смолу, оседающую на стенках реактора. Ряд фирм для разложения полиэтиленовых отходов используют спирт (реакция алкоголиза). Пиролиз и алкоголиз в настоящее время находятся в стадии лабораторной проработки. При университете в Штутгарте (Германия) построена опытная установка по разложению смеси полиуретанов и полиамидов методом алкоголиза. Отходы данного вида поступают с автомобильного завода Форда в Кельне, где они используются для изготовления сидений в автомобиле. Установка разлагает отходы со скоростью 100 кг/час на простые углеводороды, которые могут быть легко преобразованы в полиуретановую пену.
Одним из новых направлений решения проблемы пластмассовых отходов является создание биодеградабельных пластиков, способных разлагаться в природных условиях под действием микроорганизмов до безвредных соединений. В связи с этим определяются два основных пути создания полимерных материалов: синтез биодеградабельных пластмасс с помощью микроорганизмов (биополиэфиры, биополисахариды); биоразлагаемые пластмассы на основе природных веществ (природные полисахариды, смесь полиэтилена и крахмала) и получаемые методом химического синтеза (синтетические полиэфиры).
В 1989 г. итальянская фирма «Феррузи» объявила о создании первого в мире полностью биодеградабельного пластика и в 1990 г. получила патент на его промышленное производство. Пластик сделан из полиэтиленовой ткани, которая содержит пустоты, заполненные кукурузным крахмалом в количестве 10-50 %. Микроорганизмы разрушают новый пластик до оксида углерода и воды.
На сегодняшний момент наиболее распространенным пластиком в пищевой и упаковочной промышленности является полиэтилентерефталат (РЕТ). Именно PET является самым перерабатываемым пластиком в мире, поскольку существуют широкие возможности переработки РЕТ, содержащегося в коврах, предметах одежды, багажа и офисной мебели а также в аудио-видео пленках, пленке для упаковки и грануляте.
В настоящее время утилизация загрязненных и смешанных отходов пластмасс создает большие требования к поточным линиям и ее отдельным агрегатам. Некоторые отходы, например, сельскохозяйственная пленка или пластмассовые отходы домашнего хозяйства, загрязнены абразивными веществами. Фирма Herbold Meckesheim GmbH разработала технологию утилизации подобных отходов, которая состоит из следующих стадий.
Для расщепления материалов с чрезвычайно большой долей инородных тел предлагаются расщепляющие устройства, впоследствии позволяющие рассортировать материалы ручным или механическим способом, а также отобрать инородные тела при помощи вибрирующего решета или просеивающего барабана.
В некоторых случаях необходимо предварительное измельчение перерабатываемого материала. Машины для предварительного измельчения включают гильотины, двухвалковые измельчители, одновалковые измельчители, шнековые измельчители.
Отделение загрязненной воды и бумаги происходит при мокром измельчении. Материал транспортируется с помощью шнека, который также удаляет грязь, отделенную во время процесса измельчения. Высокоскоростной шнек используется для транспортировки пластмасс, загрязненных бумагой, которая удаляется во время операции предварительной отмывки и мокрого измельчения за счет центробежной силы. Оставшаяся бумага, не удаленная на этой стадии, отделяется в механической сушилке.
Отделение различных типов пластмасс после предварительной отмывки и удаления загрязненной воды происходит в специальном желобе. Соответствующие устройства разгрузки обеспечивают подачу материала тонущей или плывущей фракции на механическую сушку.
Механическая сушка осуществляется в сушилках фирмы Herbold, работа которых основана на принципе центрифуги. Для многих материалов не требуется дополнительная термическая сушка. Оставшиеся загрязнения (бумага) на этой стадии будут почти полностью отделены. Сушилки могут быть оборудованы механическими устройствами чистки (решетками в комбинации с системой разбрызгивания воды).
Термическая сушка. При необходимости для уменьшения остаточной влаги на поверхности материала вслед за механической сушкой может быть смонтирована система термической сушки. Для сведения к минимуму энергетических затрат устройство оборудовано многоступенчатым переключателем. Нагревание может производиться газом, маслом или электричеством, или даже горячим воздухом, получаемым из системы отопления предприятия.
Рециркуляция воды. Удаленная из системы загрязненная вода собирается, очищается и может быть возвращена в циркуляцию. Это позволяет до минимума уменьшить потребление воды.
Складирование. Неотъемлемой частью предприятия переработки отходов пластмасс является складирование этих ценных материалов. Фирма предлагает для складирования материалов, особенно для таких тяжелосыпучих, как хлопья пленки или моно- и мультиволокна, силосы круглого типа (пустотелые аппараты) вместимостью до 20 м3 и 60 м3.
