Утилизация полимеров и отходов на их основе
Несмотря на сравнительно низкую популярность ресайклинга в России, уже сегодня доля сырья, приходящаяся на полимерные отходы, достигает 50 %. Захоронение пластикового мусора не только не оправдано экономически, но и наносит серьезный ущерб окружающей среде. Одна из главных проблем, наряду с токсичностью, — исключительно длительный период разложения, варьирующийся от нескольких десятков до сотен лет.
Классификация полимерных отходов. Их влияние на окружающую среду.
Наиболее часто встречающиеся в обиходе изделия из полимеров — это упаковочные материалы. Список включает воздушно-пузырчатую и стретч-пленку, клейкую ленту, термоусадочный полиэтилен, полипропилен для обвязки поддонов и многое другое. Популярность этих материалов обусловлена дешевизной, универсальностью, простотой использования, стойкостью к влаге и большинству агрессивных сред. К сожалению, у повсеместного применения полимеров есть оборотная сторона.
Помимо крайне медленного разрушения, материалы имеют и другие недостатки:
- при горении в атмосферу выбрасывается множество токсичных веществ: оксид углерода, хлористый водород и циан водорода, окислы азота, акролеин, разнообразные алифатические и ароматические углеводороды;
- вдыхание продуктов сгорания полимеров может нанести серьезный вред здоровью — в том числе увеличить риск онкозаболеваний в будущем;
- смешивание полимерных отходов с другим мусором на полигонах существенно увеличивает пожароопасность.
Широчайшее применение полимеров требует эффективных методов переработки. В противном случае заполнение свалок и полигонов будет идти недопустимо высокими темпами, угрожающими экологической обстановке.
Процесс переработки
Чтобы гарантировать эффективную и безопасную переработку, к уничтожению полимерных отходов должны привлекаться сертифицированные организации. Это сводит к минимуму или полностью исключает угрозу для людей, животных и флоры. Полимеры перерабатываются разными способами, предусматривающими механическое, химическое, биологическое, термическое воздействие. Большой популярностью пользуется формовка отходов с последующим дроблением и захоронением на специальным образом оборудованных площадках.
Подбор правильного метода переработки определяется физическими и химическими свойствами мусора, его массой и объемом. Следует учитывать, что не все полимерные отходы пригодны для применения в качестве вторсырья.
Мы расскажем об основных способах утилизации, применяемых в российской мусороперерабатывающей промышленности сегодня.
Захоронение
Один из наиболее старых и примитивных способов. Захоронение используют, когда возможность переработки отсутствует: например, из-за состава отходов или ограниченных возможностей конкретного предприятия.
Для захоронения используют особым образом подготовленные полигоны. Они предотвращают попадание отходов в почву и грунтовые воды. Однако способ все равно безопасен не полностью: это обусловлено способностью разлагающихся полимеров испаряться при определенной температуре и влажности. Еще одной проблемой является быстрое заполнение полигонов.
Механическая переработка
Способ считается компромиссом между ценой и безопасностью. Механическая переработка предполагает измельчение отходов без нагрева и воздействия химикатов. Технология хорошо зарекомендовала себя при утилизации мягких полимеров. Основной метод механической переработки — гранулирование. Процедура проходит в несколько этапов.
- Перерабатываемый мусор направляется в специальные установки, работающие по принципу дробилок, — грануляторы. Здесь отходы измельчаются. Размер фрагментов зависит от типа оборудования.
- Полученные гранулы пропускаются через фильтрующий элемент. На выходе получается вторсырье, готовое к повторному использованию.
- В некоторых установках гранулы проходят дополнительную фильтрацию, в результате которой сортируются по крупности. Такой подход позволяет получить сырье более однородного размера и состава.
В качестве альтернативы грануляции может применяться технология агломерации, лучше всего подходящая для пакетов, пленки и другой мягкой тары. Отходы загружаются во вращающиеся барабаны с ножами, в которых происходит нагрев и измельчение мусора. В полученную массу вливается холодная вода, в результате чего образуются окатыши сходного размера и состава.
Утилизация термическим способом
Этот метод предусматривает воздействие высокой температуры на отходы, в результате чего они распадаются на фракции. Термическая утилизация популярна в основном благодаря простоте, а также возможности использовать стандартные печи.
Существуют четыре основных разновидности уничтожения и переработки полимерных отходов методом нагрева.
- Сжигание. Наиболее простой способ, главный недостаток которого — образование значительного количества продуктов горения, выбрасываемых в атмосферу. Проблема частично решается при помощи фильтров, задерживающих наиболее опасные компоненты. Тепло, выделяемое при сжигании полимерных отходов, может применяться для отопления производственных и других объектов.
- Пиролиз. Способ также предполагает сжигание отходов, однако процесс осуществляется в бескислородной среде при температуре выше 450 °C. В процессе пиролиза полимеры расщепляются, образуя газ и золу. Получаемые продукты можно использовать в качестве горючего для отопительных установок.
- Крекинг. Технология предусматривает нагрев отходов до 350 °C в особых камерах. При этом разрушаются старые и образуются новые молекулярные связи, а полимеры распадаются на отдельные компоненты.
- Термоформирование. В этом случае отходы одновременно нагреваются и прессуются. При помощи формовки из вторсырья можно получать готовые к использованию изделия. Пример — профили пластиковых окон, получаемые экструзионным методов. Также популярностью пользуется термоформирование пленки. При помощи методов можно объединять несколько элементов, что заметно ускоряет технологический процесс. Важно помнить, что термоформирование возможно только в отношении полимеров, сохраняющих молекулярные связи при нагреве и приложении давления. Материалы, не удовлетворяющие этому требованию, должны утилизироваться другими способами.
Химическая утилизация
Еще один распространенный способ расщепления отходов — воздействие на вторсырье химикатами в рамках гидролиза, пиролиза, метанолиза или аналогичного процесса. Разница между технологиями химической утилизации заключается в составе используемых жидкостей и типа реакций. В результате такого ресайклинга появляется вторичный пластик, являющийся сырьем для полимерной промышленности.
Химический метод имеет два направления: P2P («пластик-в-пластик») и P2F («пластик-в-сырье»). В первом случае в процессе утилизации получают готовый продукт, во втором — нефтехимический (это может быть синтетическое топливо или воски для свечей).
Физикохимическая переработка
Современная химическая промышленность в состоянии превращать во вторичное сырье полимеры с неоднородной структурой. Для этого вторсырье подвергается механическому воздействию, после чего расплавляется до состояния жидкости. В расплав добавляют стабилизаторы, придающие составу необходимые свойства. В результате цепочки химических реакций полимеры приобретают однородную структуру, что делает их пригодными для повторного использования. Финальный этап переработки — выплавление из вторсырья готовых изделий.
Переработка биологическими способами
При помощи этого способа получают полимеры с биологическими добавками. Один из наиболее перспективных методов. Вторсырье помещают в среду, насыщенную особыми микроорганизмами, способными перерабатывать полимеры. Непосредственное расщепление на мономеры происходит благодаря ферментам. В общей сложности сегодня науке известно свыше 30 000 ферментов, обладающих способностью разлагать пластик.
Разработанный в семидесятых годах, биологический способ переработки продолжает непрерывно совершенствоваться. Предполагается, что расщепление полимеров микроорганизмами с получением вторсырья имеет меньший углеродный след, чем производство нового пластика. К примеру, расщепление ферментами полиэтилентерефталата (ПЭТ) для получения его мономера, терефталевой кислоты (ТФК), уменьшает количество выбрасываемых в атмосферу парниковых газов на 43 %.
Оборудование, применяемое для переработки
Для утилизации полимерного вторсырья используется обширная номенклатура оборудования. Помимо установок, осуществляющих непосредственную переработку, широко востребована техника для сортировки, удаления посторонних включений, измельчения до нужной фракции.
Сегодня на перерабатывающих предприятиях используются следующие разновидности оборудования:
- специальные контейнеры, при помощи которых мусор сортируется, а также избавляется от посторонних фрагментов;
- грануляторы, дробилки, шредеры и режущие аппараты, благодаря которым полимерное вторсырье измельчается;
- камеры кислородного и бескислородного (пиролизного) сжигания, необходимые для утилизации мусора термическим способом;
- высокопроизводительные прессы, осуществляющие брикетирование — формирование из массы вторсырья элементов определенного размера и веса;
- моющие камеры, в которых остатки мусора отделяют от пригодного для вторичного использования сырья;
- ванны флотации, при помощи которых вторсырье очищается от сильных загрязнений — в частности, въевшейся грязи и посторонних включений;
- блоки для сушки, удаляющие излишки влаги, способной привести к образованию дефектов, снижению технических и эксплуатационных свойств.
В зависимости от технологического цикла конкретного предприятия, особенностей и объемов перерабатываемых отходов состав оборудования может меняться в широких пределах.
Виды вторсырья. Плюсы переработки полимерных отходов
Применение актуальных технологий переработки вторсырья помогает существенно снизить себестоимость самой разной продукции: от упаковочных материалов и пленки до строительных и облицовочных материалов. Отходы, получаемые в процессе утилизации, могут использоваться для производства оболочки токоведущих кабелей.
Из полимерного вторсырья изготавливают одежду и обувь, спортивный и туристический инвентарь, канцелярские товары, мебель для дома, предприятий общепита и улицы, баки для мусора, автомобильные комплектующие и даже дорожные покрытия. Материалы можно использовать для повторного производства технических жидкостей. Полимерные гранулы, полученные в ходе переработки, добавляются в стройматериалы для улучшения их свойств. Довольно часто в производстве применяют смесь из вторичного и первичного сырья.
Несмотря на неизбежную потерю массы в ходе переработки, использование вторсырья в несколько раз сокращает затраты на изготовление товаров. Предприятиям выгодно заниматься утилизацией. Ведь переработанное сырье сбывается по цене в 5–7 раз выше стоимости отходов. Также серьезная экономия достигается при производстве.