廢舊塑料的環(huán)境污染與資源化技術分析
摘要：塑料具有質(zhì)量輕、強度高、耐磨性好、經(jīng)濟實惠等優(yōu)點，因而在生產(chǎn)、生活中得到了廣泛的應用。但塑料使用后會產(chǎn)生大量廢舊塑料污染環(huán)境。文中分析了廢舊塑料資源化的技術實施方法，提出解決廢塑料問題的主要途徑是回收利用，既解決環(huán)境污染問題，又使資源得到充分利用。
關鍵詞：廢塑料；再生利用；資源化
由于塑料具有質(zhì)輕、價廉、強度高和容易加工等優(yōu)良性能，在生產(chǎn)和生活中得到了非常廣泛的應用。與此同時，廢塑料造成的環(huán)境污染已成為全球性問題。塑料垃圾質(zhì)輕又體積龐大，它們被填埋后不分解，造成土地板結，妨礙作物呼吸和吸收養(yǎng)分，使之減產(chǎn)；殘膜中的有毒添加劑和聚氯乙烯會富集于蔬菜和糧食及動物體；在紫外線作用和燃燒時，它們排放出的CO、氯乙烯單體（VCM）、HCl、甲烷、NOx、SO2、烴類、芳烴、堿性及含油污泥、粉塵等污染水體和空氣，含氯塑料焚燒釋放二惡英等有害物質(zhì)[1，2]。
對廢塑料的處理越來越顯得迫切和必要。解決廢塑料問題的主要途徑是回收利用，包括回收和再生利用2種方法?；厥罩饕笍U塑料的集中、運輸、分類、洗滌、干燥等處理過程，只有先回收，才能再生或利用。再生利用的具體過程：制品→廢棄物→回收→再生制品→再廢棄物→回收→再生制品。
此外，推廣應用可降解塑料也是一項有效的方法。可降解塑料是近年來開發(fā)研制出來的。降解塑料是在普通塑料中加入填充物質(zhì)，增加其在自然環(huán)境中的降解能力。根據(jù)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種。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質(zhì)而不利于塑料的再生利用。
1塑料的種類
按塑料受熱所呈現(xiàn)的基本行為，塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料2大類。熱塑性塑料是指在特定溫度范圍內(nèi)，能反復加熱軟化和冷卻硬化的塑料。如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯丙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）等。
按塑料的物理—力學性能和使用特性，分為通用塑料、工程塑料及功能塑料。
通用塑料的產(chǎn)量大、價格低、性能一般，是目前塑料垃圾的主要組成部分。它主要有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯丙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、酚醛樹脂（PF）和氨基樹脂等。
工程塑料一般是指可以作為結構材料，能在較廣的溫度范圍內(nèi)承受機械應力和較為苛刻的化學物理環(huán)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。
功能塑料是指人們用于特種環(huán)境的具有特種功能的塑料。如醫(yī)用塑料、光敏塑料等。
2廢舊塑料的物理回收與利用
塑料是由石油化工衍生的原料制成，目前它的產(chǎn)量以體積計已超過金屬材料的產(chǎn)量。除極少數(shù)塑料管、板材以外，90%的塑料制品使用壽命只有1～2a，造成廢塑料數(shù)量的急劇增加。對廢塑料的污染治理應側重于回收、再生和綜合利用。
現(xiàn)階段，我國廢塑料回收技術仍然以物理回收為主，回收利用工序主要為收集、分類分離、清洗、干燥、破碎或造粒，經(jīng)過改性再加工制成適合市場需求的產(chǎn)品或與新料混合使用[3]。廢舊塑料回收再利用情況見表1。
表1廢舊塑料物理回收再利用的一些典型用途
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3廢舊塑料熱解油化技術
生活廢塑料通常采用熱解油化技術加以回收，即通過加熱或加入一定的催化劑使廢塑料分解，獲得聚合單體、柴油、汽油和燃料氣、地蠟等產(chǎn)品。廢塑料的熱解油化技術不僅對環(huán)境無污染，又能將原先用石油制成的塑料還原成石油制品，能最有效地回收資源。因此，廢塑料熱解油化就是以石油為原料的石油化學工業(yè)制造塑料制品的逆過程。
廢塑料熱解的產(chǎn)物：主要為C1～C14的燃料氣、燃料油和固體殘渣。
熱解溫度及難易程度：PE、PP、PS、PVC等熱塑性塑料當加熱到300～500℃時，大部分分解成低分子碳氫化合物，其中，PVC加熱到約200℃時發(fā)生脫氯反應，進一步加熱發(fā)生斷鏈反應。
酚醛樹脂，脲醛樹脂等熱固性塑料則不適合作為熱解原料；PEP、ABS樹脂含有氮、氯等元素，熱解時會產(chǎn)生有害氣體或腐蝕性氣體，也不適宜做熱解原料；PE、PP、PS只含有C和H，熱解不會產(chǎn)生有害氣體，它們是熱解油化的主要原料。如PE熱解所的原料油的熱值和C、H、N含量與成品油基本相同。
4廢塑料的熱能利用技術
熱能利用技術是對難以進行材料再生或化學再生的廢塑料通過焚燒，利用其熱能。對于沒有進行分類收集和分選的混合塑料，進行焚燒回收熱能是最為實用的方法之一。焚燒廢塑料可有2種方法[4]。
（1）直接燃燒利用其熱能，燃燒廢塑料時，發(fā)熱量高達33.6～42MJ/kg，比煤高、相當于重油。據(jù)估算，燃燒120kt的塑料相當于2400kt木材或相當于100kt煤焦油的發(fā)熱量；而且，在燃燒過程中產(chǎn)生的硫只有煤炭的1/20和重油的1/40，灰分也較少；但產(chǎn)生的氯是燃燒煤的3倍和重油的19倍，并有產(chǎn)生二惡英的危險。此外，還需要專門的焚燒裝置，并且對于中小城市，收集足夠的廢塑料和設置高效焚燒設備均有困難（因高溫腐蝕和排氣處理不易解決）。所以除了個別回轉窯、高爐等，直接燃燒不應提倡。
（2）制造垃圾固體燃料，簡稱RDF，是將難以再生利用的廢塑料粉碎，并與生石灰為主的添加劑混合、干燥、加壓、固化成直徑為20～50mm顆粒的方法。
無論哪種再生方法或循環(huán)利用技術最終歸結到如何進行無污染處理和有效利用的問題上來。材料再生利用是有效利用資源、解決廢塑料材料來源、緩解環(huán)境污染、降低新制品成本的最有效途徑，而作熱能利用則往往是最終利用處理。
焚燒技術是將塑料與混合垃圾一起作為燃料，替代煤燃燒供熱的技術。該方法可有效地克服填埋占有大量土地的缺點（可減容90%），受到一些發(fā)達國家的重視。廢塑料的熱值與燃油相當，是垃圾焚燒的重要熱能來源。
5廢舊塑料用作高爐中的還原劑
人們正在注意用磨碎的廢塑料代替焦炭和粉煤從生產(chǎn)鐵水的高爐底部進料，用作礦石還原劑的方法[4]。這種方法在德國已經(jīng)得到了應用。不萊梅鋼鐵廠從1995年開始試噴，現(xiàn)在已達90kt/a。在2010年節(jié)能、減廢企業(yè)自主行動規(guī)劃中規(guī)定，全行業(yè)2010年噴吹1000kt，約合鋼鐵能耗的2%。
日本NKK公司于1998年發(fā)展了農(nóng)用薄膜噴吹并新建30kt/a的造粒裝置，1999年又在福山廠新建含氯廢塑料的脫氯和造粒裝置，繼之新日鐵公司實施了廢塑料焦爐原料化。廢塑料經(jīng)分類、破碎和壓縮成塊后與煤混合，可取代1%的原煤。在該過程中廢塑料進行熱分解反應，發(fā)生碳化，生成焦炭、焦油和焦爐煤氣。
該方法的主要優(yōu)點在于廢塑料可以用于以高爐為基礎的現(xiàn)行鋼材制造設施。作為預處理，廢塑料只需要加工到能將其進料投到高爐中即可。該法已發(fā)展為100%循環(huán)再生廢塑料的技術。廢塑料與煤混合后，經(jīng)1200℃高溫干餾，可分別得到20%的焦炭（用作高爐還原劑）、40%的油化產(chǎn)品（包括焦油和柴油，用作化工原料）及40%的焦爐煤氣（用作發(fā)電等）。目前，這種方法適用于聚氯乙烯之外的混合塑料，現(xiàn)在正在進行研究與開發(fā)應用于所有廢塑料的技術。
此外，還可以利用廢塑料中的氫作為補充的氫源與煤進行共液化。當溫度升到400℃以上時，煤和廢塑料都會發(fā)生熱分解，有大分子裂解為許多自由基小分子，由于塑料的H/C原子比較高，這樣，在煤的小分子基團、塑料的小分子基團互相結合或與外界的活化氫原子相結合時，就會生成H/C原子比較高的液體產(chǎn)品。該項技術為煤的潔凈利用以及廢塑料中氫資源的回收利用提供了新途徑。
6催化裂解技術
廢塑料的催化裂解是在催化劑存在下進行的熱解反應。催化裂解反應的產(chǎn)物為汽油、柴油和焦炭。其應用范圍主要是聚烯烴類塑料。由于廢塑料中可能存在的Cl和N的毒化，以及無機填充劑和雜質(zhì)的毒化作用，需要先進行預處理。催化劑是反應的關鍵，常用的催化劑包括ZMS-5沸石催化劑、H-Y沸石催化劑、REY沸石催化劑和Ni-REY催化劑等，催化劑的活性點強度和濃度、比表面積、平均孔徑、孔徑的尺寸分布等都影響反應速度和對產(chǎn)物的選擇性。
7結束語
防治由廢舊塑料產(chǎn)生的“白色污染”問題，各國政府的有關部門作了大量工作。實踐表明：廢舊塑料的資源化利用技術已趨于成熟，解決廢舊塑料引起的環(huán)境污染問題從技術角度來看不存在問題，關鍵是通過立法采取強制回收利用，并加強管理的措施才能有效根治“白色污染”問題，不然會進一步出現(xiàn)“放錯地方的資源，而沒有得到利用”的局面。
參考文獻：
[1]孫小紅，那天海，宋春雷，等.廢舊塑料回收再生利用技術的新進展[J].高分子學報，2006（4）：29-34.
[2]孫亞明.廢舊塑料回收利用的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].云南化工，2008，35（2）：36-40.
[3]錢伯章.廢舊塑料回收利用及技術進展[J].橡塑資源利用，2007（2）：12-17.
[4]卓玉國，李青山，王新偉，等.廢舊塑料的回收利用進展[J].材料導報，2006，20（4）：389-391.
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