ПОИСК ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ИЗ ПЛАСТМАСС

 

HOW TO RIZE THE POLYMERIC MATERIALS WASTE TREATMENT EFFICIENCY

 

Еренков О.Ю., Богачев А.П., Полякова А.А. (ТОГУ, г. Хабаровск, РФ)

Erenkov O.U., Bogachev A.P., Polyakova A.A. (The Pacific National University)

 

Рассмотрены вопросы по повышению эффективности вторичной переработки отходов из пластмасс и обозначен путь решения данной задачи

Questions on increase of efficiency of secondary processing of waste from plastic are considered and the solution of this task is designated

 

Ключевые слова: пластмассы, полимерные отходы, вторичная переработка

Keywords: plastic, polymeric waste, secondary processing

 

Рост населения земли влечет за собой неизбежное увеличение объемов производства, потребления, строительства и, конечно, рост количества отходов. Природные ресурсы, идущие на производство товаров народного потребления, истощаются. В геометрической прогрессии разрастаются свалки, на которые ежегодно отправляются сотни миллионов мусора. Отходы пластмасс занимают особое место в силу своих уникальных свойств.

Пластмассы – это химическая продукция, состоящая из высокомолекулярных, длинноцепных полимеров. Производство пластических масс на современном этапе развития возрастает в среднем на 5…6 % ежегодно и к 2016 г., по прогнозам, достигнет 250 млн. т. Их потребление на душу населения в индустриально развитых странах за последние 20 лет удвоилось, достигнув 85…90 кг, к концу десятилетия как полагают, эта цифра повысится на 45…50 %.

Насчитывается около 150 видов пластиков, 30% из них - это смеси различных полимеров. Для достижения определенных свойств, лучшей переработки в полимеры вводят различные химические добавки. Ряд из них относится к токсичным материалам. Выпуск добавок непрерывно возрастает. А со временем, потребляемые пластики неизбежно переходят в отходы.

Высокая популярность пластмасс объясняется их легкостью, экономичностью и набором ценнейших служебных свойств. Пластики являются серьезными конкурентами металлу, стеклу, керамике. Например, при изготовлении стеклянных бутылей требуется на 21 % больше энергии, чем на пластмассовые. [1]

Но наряду с этим возникает проблема с утилизацией отходов, которых существует свыше 400 различных видов, появляющихся в результате использования продукции полимерной промышленности.

Из всех выпускаемых пластиков 41 % используется в упаковке, из этого количества 47 % расходуется на упаковку пищевых продуктов. Удобство и безопасность, низкая цена и высокая эстетика являются определяющими условиями ускоренного роста использования пластических масс при изготовлении упаковки. Упаковка из синтетических полимеров, составляющая 40 % бытового мусора, практически "вечна" – она не подвергается разложению. Поэтому использование пластмассовой упаковки сопряжено с образованием отходов в размере 40…50 кг/год в расчете на одного человека.

В России в 2010 г. полимерные отходы составили больше одного миллиона тонн, а процент их использования до сих пор мал. Учитывая специфические свойства полимерных материалов – они не подвергаются гниению, коррозии, проблема их утилизации носит, прежде всего, экологический характер. Общий объем захоронения твердых бытовых отходов только в Москве составляет около 4 млн. т в год. От общего уровня отходов перерабатывается только 5…7 % от их массы. По данным на 1998 г. в усредненном составе твердых бытовых отходов, поставляемых на захоронение, 8 % составляет пластмасса, что составляет 320 тыс. т в год.

Однако в настоящее время проблема переработки отходов полимерных материалов обретает актуальное значение не только с позиций охраны окружающей среды, но и связана с тем, что в условиях дефицита полимерного сырья пластмассовые отходы становятся мощным сырьевым и энергетическим ресурсом.

Вместе с тем решение вопросов, связанных с охраной окружающей среды, требует значительных капитальных вложений. Стоимость обработки и уничтожения отходов пластмасс примерно в 8 раз превышает расходы на обработку большинства промышленных и почти в три раза – на уничтожение бытовых отходов. Это связано со специфическими особенностями пластмасс, значительно затрудняющими или делающими непригодными известные методы уничтожения твердых отходов.

Использование отходов полимеров позволяет существенно экономить первичное сырье (прежде всего нефть) и электроэнергию.

Проблем, связанных с утилизацией полимерных отходов, достаточно много. Они имеют свою специфику, но их нельзя считать неразрешимыми. Однако решение невозможно без организации сбора, сортировки и первичной обработки амортизованных материалов и изделий; без разработки системы цен на вторичное сырье, стимулирующих предприятия к их переработке; без создания эффективных способов переработки вторичного полимерного сырья, а также методов его модификации с целью повышения качества; без создания специального оборудования для его переработки; без разработки номенклатуры изделий, выпускаемых из вторичного полимерного сырья.

Отходы пластических масс можно разделить на 3 группы:

а)  технологические отходы производства, которые возникают при синтезе и переработке термопластов. Они делятся на неустранимые и устранимые технологические отходы. Неустранимые – это кромки, высечки, обрезки, литники, облой, грат и т.д. В отраслях промышленности, занимающихся производством и переработкой пластмасс, таких отходов образуется от 5 до 35 %. Неустранимые отходы, по существу, представляющие собой высококачественное сырье, по свойствам не отличаются от исходного первичного полимера. Переработка его в изделия не требует специального оборудования и производится на том же предприятии. Устранимые технологические отходы производства образуются при несоблюдении технологических режимов в процессе синтеза и переработки, т.е. это – технологический брак, который может быть сведен до минимума или совсем устранен. Технологические отходы производства перерабатываются в различные изделия, используются в качестве добавки к исходному сырью и т.д.;

б) отходы производственного потребления – накапливаются в результате выхода из строя изделий из полимерных материалов, используемых в различных отраслях народного хозяйства (амортизованные шины, тара и упаковка, детали машин, отходы сельскохозяйственной пленки, мешки из-под удобрений и т.д.). Эти отходы являются наиболее однородными, малозагрязненными и поэтому представляют наибольший интерес с точки зрения их повторной переработки;

в) отходы общественного потребления, которые накапливаются у нас дома, на предприятиях общественного питания и т.д., а затем попадают на городские свалки; в конечном итоге они переходят в новую категорию отходов – смешанные отходы. [2]

Наибольшие трудности связаны с переработкой и использованием смешанных отходов. Причина этого в несовместимости термопластов, входящих в состав бытового мусора, что требует их постадийного выделения. Кроме того, сбор изношенных изделий из полимеров у населения является чрезвычайно сложным мероприятием с организационной точки зрения и пока еще у нас в стране не налажен.

Основное количество отходов уничтожают – захоронением в почву или сжиганием. Однако уничтожение отходов экономически невыгодно и технически сложно. Кроме того, захоронение, затопление и сжигание полимерных отходов ведет к загрязнению окружающей среды, к сокращению земельных угодий (организация свалок) и т.д.

Однако и захоронение, и сжигание продолжают оставаться довольно широко распространенными способами уничтожения отходов пластмасс. Чаще всего тепло, выделяющееся при сжигании, используют для получения пара и электроэнергии. Но калорийность сжигаемого сырья невелика, поэтому установки для сжигания, как правило, являются экономически малоэффективными. Кроме того, при сжигании происходит образование сажи от неполного сгорания полимерных продуктов, выделение токсичных газов и, следовательно, повторное загрязнение воздушного и водного бассейнов, быстрый износ печей за счет сильной коррозии.

В начале 1970-х гг. прошлого века интенсивно начали развиваться работы по созданию био -, фото - и водоразрушаемых полимеров. Получение разлагаемых полимеров вызвало настоящую сенсацию, и этот способ уничтожения вышедших из строя пластмассовых изделий рассматривался как идеальный. Однако последующие работы в этом направлении показали, что трудно сочетать в изделиях высокие физико-механические характеристики, красивый внешний вид, способность к быстрому разрушению и низкую стоимость. [3]

В последние годы исследования в области саморазрушающихся полимеров значительно сократились в основном потому, что издержки производства при получении таких полимеров, как правило, значительно выше, чем при получении обычных пластических масс, и этот способ уничтожения является экономически невыгодным.

Основной путь использования отходов пластмасс – это их утилизация, т.е. повторное использование. Показано, что капитальные и эксплуатационные затраты по основным способам утилизации отходов не превышают, а в ряде случаев даже ниже затрат на их уничтожение. Положительной стороной утилизации является также и то, что получается дополнительное количество полезных продуктов для различных отраслей народного хозяйства и не происходит повторного загрязнения окружающей среды. По этим причинам утилизация является не только экономически целесообразным, но и экологически предпочтительным решением проблемы использования пластмассовых отходов. Подсчитано, что из ежегодно образующихся полимерных отходов в виде амортизованных изделий утилизации подвергается только незначительная часть (всего несколько процентов). Причиной этого являются трудности, связанные с предварительной подготовкой (сбор, сортировка, разделение, очистка и т.д.) отходов, отсутствием специального оборудования для переработки и т.д.

К основным способам утилизации отходов пластических масс относятся:

-термическое разложение путем пиролиза;

-разложение с получением исходных низкомолекулярных продуктов (мономеров, олигомеров);

-вторичная переработка. [4]

   Наибольший интерес представляет вторичная переработка или рециклинг. Рециклинг - комплекс технологических операций и приемов, с помощью которых из полимерных материалов изготавливают изделия с заданными формой, размерами и свойствами.

При всем многообразии способов рециклинга промышленных отходов пластмасс и применяемого при этом оборудования общая схема процессов имеет следующий вид: предварительная сортировка и очистка; измельчение; отмывка и сепарация; классификация по видам; сушка; конфекционирование и грануляция; переработка в изделие.

Первая стадия обычно включает сортировку отходов по внешнему виду, отделением непластмассовых компонентов. Вторая стадия - одна из наиболее ответственных в процессе. В результате одно - или двухстадийного измельчения материал достигает размеров, достаточных для того, чтобы можно было осуществлять дальнейшую переработку.

На следующем этапе дробленый материал подвергают отмывке от загрязнений различными растворителями, моющими средствами и водой, а также отделяют от неметаллических примесей.

Четвертая стадия зависит от выбранного способа разделения отходов по видам пластмасс.

Заключительной стадией процесса использования отходов является переработка гранулята в изделие.

На рисунке 1 представлена схема установки в г. Фунабаси. Пластмассовые отходы, содержащие до 10% каучука, металла, стекла и других материалов, конвейером подают на дробилку 2. Измельченные отходы промывают и пневматическим транспортом направляют в воздушный классификатор 3, где отделяется около 3% тяжелых отходов. Далее отходы дополнительно измельчают в дробилке второй ступени и продувают через магнитный сепаратор 4 для удаления оставшихся металлов. Затем измельченные отходы промывают водой и детергентами и сушат в центробежной сушилке 7. Высушенные отходы перемешивают в турбинной мельнице 8 для предотвращения комкования и подают в экструдер 9, где с помощью таблетирующего устройства 10 материал превращается в таблетки. [5]

Рисунок 1- Схема установки в г. Фунабаси: 1- конвейер для подачи мешков; 2- дробилки; 3- воздушный классификатор; 4- магнитный сепаратор; 5- промыватель; 6- конвейер; 7- центробежные сушилки; 8- мельница; 9- экструдер; 10- таблетирующее устройство; 11- бункер для таблеток

 

Таким образом, на основании анализа вышеизложенной информации и описания технологической схемы можно заключить следующее: 1) вопросы вторичной переработки отходов из пластмасс (рециклинг) имеют важное техническое, социальное и экологическое значение; 2) основной стадией процесса рециклинга является стадия плавления в экструдере подготовленного к переработке сырья; 3) вполне очевидной является тенденция разработки таких технологических и технических решений, которые позволят повысить эффективность процессов вторичной переработки с целью получения конечной продукции, свойства которой не отличаются от исходного материала; 4) одним из путей повышения эффективности рециклинга является разработка и создание новой конструкции экструдера и определение рациональных технологических режимов его эксплуатации.

Список использованных источников

1.      Быстров Г.А., Гальперин В.М., Титов Б.П. Обезвреживание и утилизация отходов в производстве пластмасс. -Л.: Химия, 1982. С. 178 – 214.

2.    Кафаров В.В. Принципы создания безотходных технологий химических производств.- М.: Химия, 1982. С. 285.

3.    Мийченко И.П. Технология полуфабрикатов полимерных материалов (уч. пособие, гриф УМО), 2012. С. 320.

4.    Дж. Шайерс. Рециклинг пластмасс: наука, технологии, практика- 2012. -С. 457.

5.    М.Дж. Гордон, мл. Управление качеством литья под давлением.- 2012. -С. 623.