Утилизация и рециклинг полимерных отходов. Процессы и оборудование

Одним из результатов антропогенной деятельности является образование отходов, среди которых отходы пластмасс занимают особое место. В муниципальных отходах промышленно развитых стран 18−30 % объема приходится на пластики. Их образуется около 260 млн т с ежегодным приростом 5−6 %. В структуре полимерных отходов 34 % составляют отходы полиэтилена, 20 % – полистирола, 7 % – полипропилена.

Большие проблемы с полимерными отходами возникли в последнее десятилетие в Мировом океане. По информации The Independent в Тихом океане ужасающе быстро разрастается «суп из пластика» – плавающая полоса полимерного мусора накрыла огромную поверхность океана. В 2004 г. «полимерный остров» по размерам соответствовал территории Центральной Европы, этот плавучий остров – фактически величайшая свалка планеты – держится на одном месте под влиянием подводных течений. Полоса полимерных отходов Переработка вторичных полимеров с помощью моечно-сушильных комплексов формируется в 500 милях от побережья Калифорнии через северную часть Тихого океана мимо Гаваев и почти достигает Японии. Полагают, что в этом районе кружат около 100 млн т плавучего полимерного хлама. Из акватории океана в 430 км2 было выловлено 37 000 фрагментов, из которых 26,6 % составлял пенополистирол. Современный пластик настолько долговечен, что обнаруживаются предметы полувековой давности.

В большинстве стран главным путем решения проблемы полимерных отходов по-прежнему является захоронение – самый экологически неблагоприятный вариант, означающий безвозвратную потерю ценных материалов и энергии. Хотя полимеры и являются достаточно инертными компонентами мусора, они также постепенно разрушаются, выделяя опасные для живых организмов вещества, в том числе токсичные соединения (диоксины и фураны).

Менее распространено сжигание отходов с утилизацией получаемой тепловой энергии. Но оно связано с необходимостью эффективной очистки дымовых газов от токсичных продуктов горения. Установлено, что при сжигании основных многотоннажных видов пластиков выделяется дым с размерами частиц от 0,4 до 10 мкм. Часть из них, включая летучие оксиды металлов, проходит через фильтры систем пылегазоочистки и развеивается по воздуху. При сгорании полимерных изделий (ковров, губок, пенопластов, упаковочных материалов, труб и др.) выделяются оксиды азота, серы, хлористый водород, при соединении которых с атмосферной влагой формируются кислотные дожди, губительные для зеленого мира. При сгорании некоторых пластиков образуется зола, содержащая тяжелые металлы, которые распыляются воздухом по большой территории. Такая зола приносит большой вред при вдыхании, приводя к легочным отравлениям. До недавнего времени в Японии почти 80 % муниципальных отходов сжигалось с получением тепловой и электрической энергии, однако из-за выделения огромного количества тепла и высокой температуры пламени мусоросжигательные устройства быстро выходят из строя.

Менее негативное воздействие на окружающую среду оказывают материальные (химические, механические, термические) способы переработки полимерных отходов. Использование вторичного сырья в качестве новой ресурсной базы – одно из наиболее динамично развивающихся направлений переработки полимерных материалов в мире.

Химическая переработка полимерных отходов – это деполимеризация с получением исходных мономеров, включая аммонолиз, гликолиз, метанолиз, гидролиз. Продукты деполимеризации отходов повторно используют для получения полимеров, пластификаторов, лаков, материалов для покрытий и др. Механический рециклинг, например в случае ПЭФ-бутылок, наиболее приемлемый, не требующий дорогостоящего оборудования способ.

Перспективным направлением переработки отходов полимеров является их пиролиз – процесс термического разложения, проводимый в отсутствии кислорода и приводящий к образованию газообразных, жидких и твердых продуктов – углеродных материалов. Продукты пиролиза могут служить газообразным или жидким сырьем для промышленности органического синтеза, газообразным или жидким топливом, углеродными адсорбентами различного назначения. Они применяются для разделения и очистки газов, улавливания летучих органических растворителей, извлечения ценных компонентов из растворов, очистки оборотных вод и питьевой воды. На основе полимерных отходов возможно получать пористые активные угли, пригодные для очистки сточных вод.

Наиболее эффективным методом утилизации отходов полимерного производства является их повторное использование. Отходы производства – это, как правило, брак, а также отходы, связанные с переналадкой оборудования. Они легко перерабатываются, поскольку не содержат загрязнений. Отходы достаточно измельчить, смешать с первичным сырьем и использовать в производственном процессе.

Отходы потребления – это изъятая из обращения полимерная пленка, упаковочные материалы из нее, пластмассовые ящики, канистры, бочки, трубы, посуда, игрушки, детали выведенной из эксплуатации сложной техники бытового и производственного назначения. Огромное количество пластиков используется для изготовления упаковки пищевых продуктов. Из общего количества полимерных отходов 30 % составляют бутылки из ПЭТ. После разового потребления тара выбрасывается, однако исходный полимер при этом практически не меняет своих свойств. Отходы потребления (со свалок и мусороперерабатывающих заводов) перерабатывать гораздо труднее, поскольку они содержат большую долю загрязнений, а также требуют дополнительной сортировки по виду и цвету.

Даже в странах с развитой экономикой и системой законодательства в области отходов использование полимерных отходов в качестве вторичного сырья низкое. Так, в странах ЕС во вторичные полимеры перерабатывается около 8 % отходов, сжигается с утилизацией тепла 17 %, без получения энергии – 5 %, складируется на полигонах около 70 %. Наибольшим уровнем сбора и переработки характеризуются отходы из полиэтилена – 20 %, затем полипропилена – 17 %, полистирола – 12 %, ПЭТ – 12 %, ПВХ – 10 %.

В странах СНГ при отсутствии стабильно действующей системы селективного сбора отходов, включая их маркировку и идентификацию, центров сертификации исходного сырья и нормативно-технической базы объем утилизации полимерных отходов очень низок.