废旧塑料的环境污染与资源化技术分析

热度455票  浏览449次 时间:2011年7月06日 15:27
  摘要:塑料具有质量轻、强度高、耐磨性好、经济实惠等优点,因而在生产、生活中得到了广泛的应用。但塑料使用后会产生大量废旧塑料污染环境。文中分析了废旧塑料资源化的技术实施方法,提出解决废塑料问题的主要途径是回收利用,既解决环境污染问题,又使资源得到充分利用。中国环境保护网H6B7L HW? s)|
  关键词:废塑料;再生利用;资源化中国环境保护网]K9\!B [F%c
  中图分类号:TQ317.9文献标识码:B文章编号:1671-4962(2009)02-0033-03中国环境保护网gTK$Vg{~R:cs
  由于塑料具有质轻、价廉、强度高和容易加工等优良性能,在生产和生活中得到了非常广泛的应用。与此同时,废塑料造成的环境污染已成为全球性问题。塑料垃圾质轻又体积庞大,它们被填埋后不分解,造成土地板结,妨碍作物呼吸和吸收养分,使之减产;残膜中的有毒添加剂和聚氯乙烯会富集于蔬菜和粮食及动物体;在紫外线作用和燃烧时,它们排放出的CO、氯乙烯单体(VCM)、HCl、甲烷、NOx、SO2、烃类、芳烃、碱性及含油污泥、粉尘等污染水体和空气,含氯塑料焚烧释放二恶英等有害物质[1,2]。中国环境保护网%VTmH K |0XIR
  对废塑料的处理越来越显得迫切和必要。解决废塑料问题的主要途径是回收利用,包括回收和再生利用2种方法。回收主要指废塑料的集中、运输、分类、洗涤、干燥等处理过程,只有先回收,才能再生或利用。再生利用的具体过程:制品→废弃物→回收→再生制品→再废弃物→回收→再生制品。
-ROQ U:\J)?S0  此外,推广应用可降解塑料也是一项有效的方法。可降解塑料是近年来开发研制出来的。降解塑料是在普通塑料中加入填充物质,增加其在自然环境中的降解能力。根据其降解方法不同,降解材料主要有光降解材料和生物降解材料2种。但是降解材料目前在某些性能方面不如普通塑料。此外,某些降解材料由于添加了其它物质而不利于塑料的再生利用。
`-Y6~oxE(r01塑料的种类中国环境保护网%G4y&L(sT)Pi0br
  按塑料受热所呈现的基本行为,塑料分为热塑性塑料和热固性塑料2大类。热塑性塑料是指在特定温度范围内,能反复加热软化和冷却硬化的塑料。如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯丙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。
a/^(q)W ^4~E f)yX.h0  按塑料的物理—力学性能和使用特性,分为通用塑料、工程塑料及功能塑料。中国环境保护网Hd ?-[$I"n(]R
  通用塑料的产量大、价格低、性能一般,是目前塑料垃圾的主要组成部分。它主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯丙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、酚醛树脂(PF)和氨基树脂等。中国环境保护网\#Sx-S$`1G
  工程塑料一般是指可以作为结构材料,能在较广的温度范围内承受机械应力和较为苛刻的化学物理环境中使用的材料,如聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚砜(PSF)等。
vA0Mlw0Q0  功能塑料是指人们用于特种环境的具有特种功能的塑料。如医用塑料、光敏塑料等。
.mv6A%mz-\I02废旧塑料的物理回收与利用
7Q0Yq6n |y0  塑料是由石油化工衍生的原料制成,目前它的产量以体积计已超过金属材料的产量。除极少数塑料管、板材以外,90%的塑料制品使用寿命只有1~2a,造成废塑料数量的急剧增加。对废塑料的污染治理应侧重于回收、再生和综合利用。
0`[%JU/U }7j@0  现阶段,我国废塑料回收技术仍然以物理回收为主,回收利用工序主要为收集、分类分离、清洗、干燥、破碎或造粒,经过改性再加工制成适合市场需求的产品或与新料混合使用[3]。废旧塑料回收再利用情况见表1。中国环境保护网0Kv u;k J rV4z,a{
表1废旧塑料物理回收再利用的一些典型用途
3废旧塑料热解油化技术
"F[2NSt ?)fgh0  生活废塑料通常采用热解油化技术加以回收,即通过加热或加入一定的催化剂使废塑料分解,获得聚合单体、柴油、汽油和燃料气、地蜡等产品。废塑料的热解油化技术不仅对环境无污染,又能将原先用石油制成的塑料还原成石油制品,能最有效地回收资源。因此,废塑料热解油化就是以石油为原料的石油化学工业制造塑料制品的逆过程。
0{I$a9[G]j0  废塑料热解的产物:主要为C1~C14的燃料气、燃料油和固体残渣。
XDK-S(l qk0  热解温度及难易程度:PE、PP、PS、PVC等热塑性塑料当加热到300~500℃时,大部分分解成低分子碳氢化合物,其中,PVC加热到约200℃时发生脱氯反应,进一步加热发生断链反应。中国环境保护网?,ln U$e%gA[
  酚醛树脂,脲醛树脂等热固性塑料则不适合作为热解原料;PEP、ABS树脂含有氮、氯等元素,热解时会产生有害气体或腐蚀性气体,也不适宜做热解原料;PE、PP、PS只含有C和H,热解不会产生有害气体,它们是热解油化的主要原料。如PE热解所的原料油的热值和C、H、N含量与成品油基本相同。
4废塑料的热能利用技术
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  热能利用技术是对难以进行材料再生或化学再生的废塑料通过焚烧,利用其热能。对于没有进行分类收集和分选的混合塑料,进行焚烧回收热能是最为实用的方法之一。焚烧废塑料可有2种方法[4]。
2\JSc9U:gH0 (1)直接燃烧利用其热能,燃烧废塑料时,发热量高达33.6~42MJ/kg,比煤高、相当于重油。据估算,燃烧120kt的塑料相当于2400kt木材或相当于100kt煤焦油的发热量;而且,在燃烧过程中产生的硫只有煤炭的1/20和重油的1/40,灰分也较少;但产生的氯是燃烧煤的3倍和重油的19倍,并有产生二恶英的危险。此外,还需要专门的焚烧装置,并且对于中小城市,收集足够的废塑料和设置高效焚烧设备均有困难(因高温腐蚀和排气处理不易解决)。所以除了个别回转窑、高炉等,直接燃烧不应提倡。
%| M;n;@ub \u1N0  (2)制造垃圾固体燃料,简称RDF,是将难以再生利用的废塑料粉碎,并与生石灰为主的添加剂混合、干燥、加压、固化成直径为20~50mm颗粒的方法。
;|Bjl~z'x0OEO,~0  无论哪种再生方法或循环利用技术最终归结到如何进行无污染处理和有效利用的问题上来。材料再生利用是有效利用资源、解决废塑料材料来源、缓解环境污染、降低新制品成本的最有效途径,而作热能利用则往往是最终利用处理。
+^.f1M&LqOg0  焚烧技术是将塑料与混合垃圾一起作为燃料,替代煤燃烧供热的技术。该方法可有效地克服填埋占有大量土地的缺点(可减容90%),受到一些发达国家的重视。废塑料的热值与燃油相当,是垃圾焚烧的重要热能来源。
|n.f(u%E s_:VW3Q05废旧塑料用作高炉中的还原剂
h_0e \@;c[#y0]TM0  人们正在注意用磨碎的废塑料代替焦炭和粉煤从生产铁水的高炉底部进料,用作矿石还原剂的方法[4]。这种方法在德国已经得到了应用。不莱梅钢铁厂从1995年开始试喷,现在已达90kt/a。在2010年节能、减废企业自主行动规划中规定,全行业2010年喷吹1000kt,约合钢铁能耗的2%。
&u,kw9|{}`0  日本NKK公司于1998年发展了农用薄膜喷吹并新建30kt/a的造粒装置,1999年又在福山厂新建含氯废塑料的脱氯和造粒装置,继之新日铁公司实施了废塑料焦炉原料化。废塑料经分类、破碎和压缩成块后与煤混合,可取代1%的原煤。在该过程中废塑料进行热分解反应,发生碳化,生成焦炭、焦油和焦炉煤气。中国环境保护网Gn ~W b;EZWg
  该方法的主要优点在于废塑料可以用于以高炉为基础的现行钢材制造设施。作为预处理,废塑料只需要加工到能将其进料投到高炉中即可。该法已发展为100%循环再生废塑料的技术。废塑料与煤混合后,经1200℃高温干馏,可分别得到20%的焦炭(用作高炉还原剂)、40%的油化产品(包括焦油和柴油,用作化工原料)及40%的焦炉煤气(用作发电等)。目前,这种方法适用于聚氯乙烯之外的混合塑料,现在正在进行研究与开发应用于所有废塑料的技术。中国环境保护网E%@ Nm!EKx
  此外,还可以利用废塑料中的氢作为补充的氢源与煤进行共液化。当温度升到400℃以上时,煤和废塑料都会发生热分解,有大分子裂解为许多自由基小分子,由于塑料的H/C原子比较高,这样,在煤的小分子基团、塑料的小分子基团互相结合或与外界的活化氢原子相结合时,就会生成H/C原子比较高的液体产品。该项技术为煤的洁净利用以及废塑料中氢资源的回收利用提供了新途径。
!huc-dEhm+BO06催化裂解技术
I Q9[!ZfV6O$Z0  废塑料的催化裂解是在催化剂存在下进行的热解反应。催化裂解反应的产物为汽油、柴油和焦炭。其应用范围主要是聚烯烃类塑料。由于废塑料中可能存在的Cl和N的毒化,以及无机填充剂和杂质的毒化作用,需要先进行预处理。催化剂是反应的关键,常用的催化剂包括ZMS-5沸石催化剂、H-Y沸石催化剂、REY沸石催化剂和Ni-REY催化剂等,催化剂的活性点强度和浓度、比表面积、平均孔径、孔径的尺寸分布等都影响反应速度和对产物的选择性。中国环境保护网h%t7XS3~ej ]B
7结束语
.t)B ` ?G0  防治由废旧塑料产生的“白色污染”问题,各国政府的有关部门作了大量工作。实践表明:废旧塑料的资源化利用技术已趋于成熟,解决废旧塑料引起的环境污染问题从技术角度来看不存在问题,关键是通过立法采取强制回收利用,并加强管理的措施才能有效根治“白色污染”问题,不然会进一步出现“放错地方的资源,而没有得到利用”的局面。中国环境保护网y$r"^gf;W
参考文献:
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[4]卓玉国,李青山,王新伟,等.废旧塑料的回收利用进展[J].材料导报,2006,20(4):389-391.
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