Утилизация и вторичная переработка пластиковых отходов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Утилизация и вторичная переработка пластиковых отходов

Введение

пластмасса пластик утилизация гранулирование

В отличие от металлов, синтетические материалы - пластмассы синтетические эластомеры - каучуки и резины, химические волокна, силиконы - начали производить немногим более 50 лет назад. Несмотря на это, они во многих отношениях превосходят давно известные материалы. Правда, у каждого из них, как и у природных материалов, есть свои недостатки, и при выборе, разумеется, приходится их учитывать и сопоставлять с достоинствами.

Главное преимущество пластмасс по сравнению с металлами заключается в том, что их свойства легче регулировать. Поэтому пластмассы быстрее и лучше можно приспособить к требованиям практики.

К преимуществам пластмасс относятся также низкая плотность, отсутствие у большинства из них запаха и вкуса, высокая стойкость по отношению к атмосферной коррозии, к кислотам и щелочам.

Наконец, большинство пластмасс превосходно поддается крашению и обладает отличными электро- и теплоизоляционными свойствами.

Зато устойчивость к высоким температурам и нередко прочность у них меньше, а тепловое расширение обычно больше, чем у металлов. Кроме того, некоторые пластмассы горючи.

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 2010 г., по прогнозам, достигнет 250 млн. т.

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

1. Утилизация пластиковых отходов

1.1 Виды пластмасс и пластиков

Самыми распространенными полимерами, используемыми на сегодняшний день, как в быту, так и в промышленности, являются:

- поливинилхлорид - ПВХ;

- полиэтиленрефталан - ПЭТФ;

- полипропилен - ПП;

- поликарбонат - ПК;

- полистирол - ПС;

- полиэтилен низкого давления - ПЭНД;

- полиэтилен высокого давления - ПЭВД;

- полиэтиленовый воск - ПВ;

- полибутилентерефталат - ПБТ;

- полиамид - ПА;

- акрилонитрилбутадиенстирол - АВС.

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, при этом с течением времени пластики неизбежно трансформируются в отходы. 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.

Сегодня же досконально изучены все физические и химические характеристики пластика, вместе с тем, возросли и экологические требования, поэтому благодаря такому подходу стали появляться различные методы переработки мусора и отходов из пластика и их вторичного использования.

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 2008 г. в усредненном составе твердых бытовых отходов, поставляемых на захоронение, 8% составляет пластмасса, что составляет 320 тыс. т в год.

Основная проблема утилизации состоит в том, что пластик имеет очень высокую устойчивость к разложению (в зависимости от вида пластика период распада составляет от 100 до 1000 лет), а при сжигании выделяет в атмосферу токсичные вещества.

Удельная доля пластмасс и пластика в твердых бытовых отходах возрастает из года в год. Часть подмосковных полигонов уже закрыта для захоронения, остальные не отвечают санитарным нормам и правилам. Высота некоторых полигонов достигает десятиэтажного дома, а границу между свалкой и жилым районом все сложнее различить.

1.2 Этапы и методы утилизации пластиковых отходов

Утилизация пластика предусматривает следующие сложные технологические этапы:

· сбор и сортировка по качеству цвету и состоянию пластиковых отходов;

· прессование пластиковых отходов;

· переработка отходов посредством резки, мытья, сушки и изготовления регранулята;

· изготовление новых видов пластиковой продукции.

Для изготовления новых видов пластиковой продукции утилизация пластика предусматривает такие методы переработки сырья:

1) Пиролиз, заключающийся в термическом разложении веществ с наличием кислорода или без него.

2) Гидролиз, представляющий собой процедуру утилизации посредством давления и экстремальных температур. Данный метод переработки пластиковых отходов, в отличие от пиролиза и является гораздо более энергетически выгодным, так как предусматривает возврат в оборот высококачественных химических продуктов.

3) Гликолиз, предусматривающий деструкцию сырья посредством давления и высоких температур с наличием этиленгликоля и катализатора для получения чистого продукта. С экономической и экологической позиции данный метод экономически более выгодный, чем гидролиз.

4) Метанолиз является на сегодняшний день самым широковостребованным методом утилизации пластиковых изделий, предусматривающий выполнение процедуры расщепления пластика посредством метанола.

5) Механический рециклинг. В силу некоторых экономических причин для России самым приемлемым методом утилизации пластиковых изделий остается метод механического рециклинга, то есть вторичной переработки сырья.

Объяснить это можно тем, что данный метод не требует наличия у исполнителя специального дорогостоящего оборудования и предусматривает налаживание производства практически в любом месте скопления пластиковых отходов.

Что такое биоразлагаемые полимеры?_____

Сегодня, по мнению большинства специалистов, оптимальным решением вопроса накопления пластиковых отходов является разработка специальных биоразлагаемых полимерных материалов, обладающих возможностью быстрого распада на экологически безвредные для окружающей среды, вещества. Изначально пластиковые материалы разрабатывались с учетом придания веществу максимального уровня стойкости к воздействиям окружающей среды.

Но с учетом современных реалий и большого количества пластиковых отходов появилась острая необходимость в создании полимеров, способных сохранять свои технические и, соответственно, эксплуатационные характеристики в течение срока эксплуатации с последующим распадом на составляющие под воздействием факторов окружающей среды и включением в естественный процесс обмена веществ.

Полимеры из растительных материалов

Большинство специалистов придерживаются мнения, что полимеры, созданные на основе растительных материалов (древесина, полисахариды, крахмал и зерновые культуры), после эксплуатации смогут распадаться на абсолютно экологически безопасные вещества. Например, это могут быть диоксид углерода, вода, биомасса и прочие. Таким образом, обеспечивается 100% экологичность процесса разложения полимерных материалов, не наносящая какого-либо вреда окружающей среде.

Но есть и некоторые сложности. Воплощение данного замысла в реальность не так просто, как кажется на первый взгляд, так как требует совокупности трех основных факторов:

· обязательное наличие микроорганизмов, способных селективно воздействовать на полимерные материалы;

· полимеры определенного химического состава;

· необходимые условия окружающей среды.

Полилактид

Самым перспективным и многообещающим для нужд химической промышленности является такой полимер как полилактид. Такая популярность обусловлена тем, что данный материал является оптимальным для изготовления таких популярных для населения видов продукции:

· упаковка для пищевых продуктов;

· одноразовая посуда;

· посуда для микроволновых печей;

· мешки для мусора;

· ламинирование для упаковочной бумаги и прочее.

Впервые биоразлагаемые полимерные материалы с активным растительным наполнителем были созданы в середине 70х годов и использовались в качестве упаковки на рынке Германии, Италии и США. Эти материалы содержали в своем составе крахмал и различные синтетические полимеры.

В настоящее время существует более 30 видов доступных биоразлагаемых полимеров, которые активно применяются не только на рынке упаковки, но и в сельскохозяйственной и текстильная промышленности, медицине, строительстве. В современных реалиях практически все крупные производители полимеров имеют в своем ассортименте выпускаемой продукции биоразлагаемые полимеры, которые активно продвигают на современный рынок. Объяснить это можно тем, что рынок полимерных материалов представляет собой один из самых перспективных и быстроразвивающихся сегментов агрохимического комплекса в США, Канаде, Японии и практически во всех странах Евросоюза.

Однако биоразлагаемые полимеры не способны решить всех экологических и экономических проблем по следующим причинам:

Неоправданно высокая рыночная стоимость биоразлагаемых полимеров;

1) Безвозвратная потеря ценных как сырьевых, так и пищевых ресурсов, что на фоне голода в отдельных регионах планеты представляется как минимум аморальным;

2) Технологические сложности производства полимеров;

3) Сложность регулирования скорости процесса распада полимеров на полигонах захоронения под воздействием факторов окружающей среды;

4) Недоказанность абсолютной безопасности биоразлагаемых полимеров и продуктов их распада на животный и растительный мир.

2. Переработка пластиковых отходов

2.1 Вторичная переработка пластика в гранулы

Вопрос необходимости переработки использованных пластмассовых изделий на сегодняшний день во всех странах мира стоит особенно остро. Связанно это в первую очередь с тем, что пластмасс стали производить достаточно много, и постепенно этими отходами начали наполняться мусорные полигоны.

Экологи начали бить тревогу, поскольку пластик относится к неразлагаемым отходам, и если не предпринимать меры по его утилизации, то скоро планета задохнется в горах пластмассы. Поэтому в западных странах уже в 60 - 70 годы прошлого века начали разрабатывать способы вторичной переработки изделий из пластмассы.

В России же проблема переработки пластика наиболее остро встала лишь в конце 1989 года, в отличии от индустриально развитых стран. Это объясняется тем, что используемую достаточно давно во всем мире пищевую упаковку из пластика в СССР начали использовать гораздо позже.

Рост количества выпускаемой пищевой упаковки из пластика и одноразовой пластмассовой посуды привел к накоплению достаточно большого количества данного типа отходов на полигонах ТБО.

Однако не смотря на это, в России в конце прошлого столетия к проблеме утилизации пластика отношение было намного проще, поскольку, во-первых, о его вредном воздействии на окружающую среду мало кто задумывался, а, во-вторых, в стране отсутствовала нормальная законодательная база по охране окружающей нас среды. Поэтому о необходимости вторичной переработки пластика как о проблеме заговорили относительно недавно. И сегодня, опираясь на опыт западных стран, в России начали применять следующие методы переработки пластмассовых отходов.

2.2 Технологии переработки пластика

Существующие сегодня способы переработки пластмассовых отходов можно условно разделить на две основные группы:

§ физико-химические

§ механические

Все механические способы переработки пластмассовых отходов с целью их вторичного использования заключены в измельчении различных пластиковых субстанций, например таких, как невытянутые либо частично вытянутые волокна, некондиционная лента и отходы литья.

При такой переработке образуются крошка и порошкообразные материалы, которые подвергаются литью под давлением. Данный способ, основанный на механическом измельчении не приводит к изменению физико-химических свойств пластмасс и их структуры.

Вторичная переработка пластика физико-химическими способами может быть осуществлена одним из следующих способов:

§ Метод деструкции пластмассовых отходов. Данная технология позволяет получать олигомеры и мономеры, которые используются для получения волокна и пленки.

§ Метод повторного плавления. Данный способ переработки пластмассовых отходов позволяет изготавливать гранулят, применяя технологию литья под давлением либо экструзию.

§ Метод переосаждения из растворов. Данный способ переработки позволяет производить композиционные материалы и получать порошки, используемые для нанесения полимерных покрытий.

§ Метод химической модификации. Данный способ позволяет изготавливать материалы с новыми физическими и химическими свойствами.

Наиболее распространенным из всех перечисленных выше способов переработки пластиковых отходов является метод повторного плавления, или, как его еще называют, метод гранулирования или таблетирования.

2.3 Гранулирование пластмассовых отходов

Сегодня существуют два основных метода гранулирования пластмассовых отходов:

§ холодное гранулирование

§ горячее гранулирование

При горячем гранулировании расплавленный материал продавливается через круглые отверстия рабочей поверхности. Полученный материал имеет вид пластиковой ленты. Затем эти ленты в горячем виде нарезаются стационарными вращающимися ножами на мелкие гранулы либо таблетки. После этого происходит процесс охлаждения полученных гранул потоком воздуха.

При методе холодного гранулирования полимер продавливается через перфорированную пластину, в результате чего получаются пластиковые ленты. Эти ленты сразу же охлаждают. После завершения охлаждения производится нарезка лент на гранулы при помощи вращающихся ножей. Для предотвращения нагрева материала в процессе нарезки может применяться жидкий азот.

2.4 Развитие переработки пластика

Сегодня завод по переработке пластмасс является достаточно выгодным бизнесом, поскольку мировой спрос на утилизированный пластик, как утверждают эксперты из компании The Freedonia Group в среднем будет ежегодно расти на 6,5%. Более того, по их же прогнозам, к 2016 году рынок вторичного пластика составит более 1,6 млрд тонн. И это учитывая тот факт, что при этом в мире объемы пластика прошедшего переработку сегодня не превышают и 7%.

Эксперты объясняют такие перспективы роста в данном направлении несколькими основными факторами. Достаточно важную роль здесь играет стремление производителей товаров и упаковки к экологичности. Важны здесь и практические аспекты: сегодня происходит развитие технологий сортировки твердых бытовых отходов и рециклинга, что увеличивает количество пластиковых отходов, которые можно вторично переработать и получить высококачественный материал. Также эксперты прогнозируют и улучшение инфраструктуры по сбору бытовых отходов, что приведет к увеличению уровня рециклинга пластмасс.

Таким образом, эксперты полагают, что вторичная переработка пластиковых отходов в ближайшем будущем может стать еще более рентабельным видом бизнеса, чем сейчас. Причем данный прогноз, в первую очередь, рассчитывается на западные страны, в которых процесс переработки пластмассы ушел далеко вперед по сравнению с нами.

В России же данная ниша практически не занята, что, учитывая мировые тенденции, является довольно привлекательным с точки зрения бизнеса. К тому же в стране постоянно вводятся новые законы, заботящиеся об охране окружающей среды и необходимости переработки бытовых отходов, что свидетельствует о том, что данное направление будет весьма перспективным в ближайшее время.

Заключение

Использование отходов производства и потребления способствует повышению экономической эффективности изготовления строительных материалов и изделий. Очевидно, что и впредь развитие производства строительных материалов в обозримый ближайший период должно осуществляться в направлении расширения использования отходов и уменьшения доли природных ресурсов. Расширенное использование технологических отходов и отходов потребления в качестве вторичного сырья в промышленности строительных материалов может служить одним из самых кардинальных направлений в создании мало- и безотходных технологических процессов, обеспечивающих наиболее рациональное использование природных ресурсов и снижение негативного влияния на окружающею среду. Несмотря на большое внимание, уделяемое методам утилизации и обезвреживания отходов пластмасс, в настоящее время еще велика доля отходов, которые вывозят на свалки.

Размещено на Allbest.ru