Способы утилизации отходов полимеров

Основные направления переработки полимеров

Успешнее всего в мире перерабатывают отходы ПЭТ, главным образом, бутылки из-под шипучих напитков, соков, масла и т. д. Емкости закрывают крышками из полиэтилена, которые из измельченной смеси отделяются методом флотации. Это самая дорогая стадия вторичной переработки, она забирает на себя до 30 % стоимости процесса. Наиболее прогрессивной является переработка полимерных отходов во вторичное полимерное сырье. Поиск рационального решения этого вопроса ведется в направлениях, рассмотренных ниже.

Захоронение

Самый безперспективный вариант, поскольку ценное полимерное сырье закапывается, а огромные территории становятся непригодными для сельскохозяйственных нужд.

Сжигание

Очень распространенным способом утилизации отходов потребления пластмасс является сжигание. Теплотворная ность 2 т пластиковых отходов упаковки эквивалентна теплотворной способности 1 т нефти (теплотворная способность ПЭТ —22700 кДж/кг).В некоторых странах рют&небольшиео сжиганию бытовых отходов, в состав которых вход0 % отходов полимерной упаковки. Как источник тепловой энерходы упаковочных материалов используют многие страны. По различным оценкам, на сегодня сжигается до 40 % полимерных отхbr>
Мусор сжигают в специальных печах различной конструкции, оборудованных фильтрами, очищающими вредные газы. Эти фильтры сложны в производстве и использовании и не всегда обеспечивают необходимую степень очистки. Пластмассы содержат различные стабилизирующие добавки и пигменты, в состав которых входят соли тяжелых металлов. При температуре свыше 700 °С они переходят в газообразное состояние, и их последующее улавливание чрезвычайно затруднено. Использование для этих целей воды приводит к загрязнению и необходимости организации ее сложной очистки. Для сжигания требуются затраты, которые в настоящее время не могут быть компенсированы использованием выделяющейся тепловой энергии. Кроме того, для сжигания необходимо значительное количество кислорода.

Наиболее перспективным считается использование пластмассовых отходов (кроме ПВХ) в доменном производстве. Отходы пластмасс проявляют восстановительные свойства и при этом не образуются диоксины. Смешанные отходы пластмасс используются при выплавке стали путем вдувания отходов в доменные печи. Такой способ использования пластмассовых отходов получил широкое распространение в Германии (заводы в Бремене и Айзенхюттенштадте).

Пиролиз

Пиролиз — термическое разложение органических веществ в отсутствие кислорода с целью получения полезных продуктов. При низких температурах (до 600 °С) образуются в основном жидкие продукты, а выше 600 °С — газообразные. В твердом остатке образуются в основном технический углерод и соединения металлов. Пиролиз позволяет переработать смешанные и загрязненные отходы. Несмотря на ряд недостатков, пиролиз, в отличие от сжигания, дает возможность получать промышленные продукты, используемые для дальнейшей переработки. По данным британских ученых, пиролиз ПЭТ при 550 °С дает следующие продукты: масло (23,1 %), воск (15,9 %), кокс (12,8 %), Н2 (0,06 %), этилен (1,27 %), пропилен (1,6%), CO2 (24,3 %) и CO (21,5 %). Этот «химический суп» используется как топливо или как сырье для нефтехимической промышленности. Затраты на пиролиз не превышают затраты на сжигание отходов, но в настоящее время пиролиз убыточен. Химическая рециркуляция — еще один распространенный метод переработки отходов потребления. Однако, затраты на оборудование в этом случае весьма высоки, поэтому для обеспечения рентабельности требуются большой товарооборот.

Химические способы переработки пластиковых отходов в основном направлены на использование ПЭТ-отходов потребления, потерявших первичные свойства и трудных для переработки материальными способами. Направление охватывает наиболее распространенный, экономичный, непрерывный и безопасный для окружающей среды способ переработки отходов ПЭТ — деполимеризацию отходов ПЭТ нейтральным гидролизом до терефталевой кислоты и этиленгликоля, снова идущих на синтез ПЭТ.

Сольволиз

Другой распространенный способ химической переработки отходов ПЭТ — получение сравнительно недорогой ненасыщенной полиэфирной смолы. Для этого отходы ПЭТ подвергаются гликолизу и поликонденсации с добавлением ненасыщенных многоосновных кислот или их ангидридов с целью получения ненасыщенной полиэфирной смолы. Деполимеризация ПЭТ производится различными методами, в результате которых получаются продукты для деполимеризации до первичного ПЭТ, а также новые продукты, используемые в других областях химической промышленности. К сожалению, до сих пор деполимеризация остается весьма дорогим способом переработки вторичных пластмасс, в основном из-за значительных энергетических затрат или использование дорогих химических продуктов. Понятие сольволиз объединяет различные способы деполимеризации — метанолиз, гидролиз, ацидолиз, алкоголиз.

Грануляция

Отходы ПЭТ могут использоваться в качестве добавок для улучшения механических или электромеханических свойств другого полимера. Для переработки ПЭТ-бутылок используют дробилки, мельницы, грануляторы. В ходе процесса под механическим и тепловым воздействием отходы переходят из твердого в смолоподобное состояние. На выходе из гранулятора расплав продавливают через калибровочные отверстия и нарезают на гранулы, которые затем охлаждаются. Одним из перспективных направлений в этой области является производство гранулята из отсортированного сырья с использованием различных добавок, повышающих его качество (стабилизаторов, красителей, модификаторов и пр.).

Очистка отходов от загрязнений может быть осуществлена различными способами: путем обработки материалов в воде или водных растворах моющих средств, а также в неводных растворах, гравитационным разделением. Наиболее простым и экономичным является отмывка отходов ПЭТ в водных и неводных средах на аппаратах непрерывного или периодического действия. Для обработки отходов упаковки используются ножевые дробилки мокрого измельчения в комплекте со шнековыми промывателями.

Агломерация

Равномерность загрузки пленочных отходов в перерабатывающее оборудование после промывки обеспечивается агломерацией. При агломерации из пленки получаются окатыши (компактные зерна) произвольной формы с достаточно высокой насыпной плотностью и хорошей сыпучестью.

Агломерация менее энергоемка, более производительна, чем грануляция и поэтому позволяет снизить расходы на подготовку материала к дальнейшей переработке. Кроме того, агломерация протекает без изменения молекулярной массы материала при этом в процессе агломерации возможно введение в полимер красителей, стабилизаторов, наполнителей.

Наиболее эффективны дисковые агломераторы непрерывного действия, когда отходы ПЭТФ, измельченные до размера хлопьев 5-10 мм, непрерывно подаются в зону агломерации.

Экструзия

Излишки тепла выводятся водяным охлаждением и пневмотранспортом. Одним из наиболее распространенных способов переработки измельченных отходов полиэтилентерефталата является экструзия. Для этой цели используют как одно-, так и двухшнековые экструдеры. ПЭТ перерабатывается литьем под адвлением во всех типах литьевых машин, предназначенных для переработки термопластов. При этом необходимо соблюдать чрезвычайно жесткий режим во избежание деструкции полимера.

Для литья ПЭТ смешивают с полиэтиленом высокого давления и модификаторами до получения композиции, по свойствам близкой к ПЭТФ-КМ (литьевой лавсан). Температура расплава такой композиции — 250–260 °С. При увеличении ее сверх 280 °С возможна деструкция. Полностью аморфная структура получается при температуре формы 50 °С. Аморфные изделия обладают лучшей стойкостью к ударным нагрузкам, но более низкой температурой эксплуатации.

Переработка «бутылка-в-бутылку» (bottle-to-bottle)

Рециркуляция «бутылка в бутылку» развивается в США в течение многих лет; в Европе это направление осваивается сравнительно недавно. Причиной тому послужило ограничение в законодательстве ЕС относительно переработанного материала, предназначенного для контакта с пищевыми продуктами.&nbspвка, изготовленная из вторичного сырья, не допускалась к контакту с продовольствием. Производитель мог разливать в такие бутылки технические жидкости, но не имел право разливать напитки.

Иногда при переработке по принципу «бутылка в бутылку» вторичный ПЭТ «зажимается» между двумя слоями первичного полимера. Этот способ получил назв«многослойной технологии». Многослойные бутылки могут содержать до оричного ПЭТ, причем отдельные емкости могут включать и большие количества вторичного материала. Многослойные бутылки используют для розлива напитков во многих странах, например в Швейцарии, Швеции и США.

Это применение, как ожидается, будет быстро распространяться после формализации в законодательстве. Технология «бутылка в бутылку», внедренная на предприятиях Германии, включает экструзию ПЭТ под вакуумом, сопровождаемым поликонденсацией в твердом состоянии (SSP), что приводит к увеличению вязкости расплава. Обычная экструзия неизбежно снижает вязкость материала из-за частичного гидролиза расплава. Данная технология позволяет получить регранулят ПЭТ, полностью пригодный для дства пищевой упаковки, в том числе бутылок для напитков. Основная задача этой технологии обеспечить замкнутый оборот упаковочного ПЭТ.

Радиодеструкция

Метод подразумевает разрушение химических связей макромолекул полимеров с помощью нейтронов, гамма-излучения, бета-частиц, что способствует процессам фото- и термоокислительной деструкции, и образованию низкомолекулярных продуктов, которые могут быть задействованы в биоциклических процессах. В России этот метод практически не используется

Таким образом, бывшие в употреблении пластмассовые изделия могут быть использованы вторично. Во многих странах принимаются программы по решению проблем, связанных с рециклингом ПЭТ. Так в США существует национальная программа по переработке полиэтилентерефталатной тары. В западной Европе каждая третья ПЭТ- бутылка изготовлена из вторичных материалов.

Источник

Что такое полимерные отходы, способы их утилизации и переработки

Товары из полимерных материалов используются в промышленности и быту. Универсальность приводит к тому, что полимерные отходы становятся атрибутом индустриализации и благоустройства жизни.

Следом встает вопрос утилизации таких отходов. Проблема накопления полимерных отходов из технической переросла в экологическую. Не замечать ее уже не получается. Оставить все, как есть, значит переложить груз на плечи будущих поколений.

Что относится к полимерным отходам?

Отходы полимеров в нашей стране редко используют для вторичной переработки. Их захоранивают, реже утилизируют.

В соответствии с ФККО (федеральным классификационным каталогом отходов) полимерные отходы относятся к 5 классу опасности. Это мусор, с которым мы постоянно сталкиваемся в обычных условиях, он не представляет угрозы жизни и здоровью.

Полимеры применяются в следующих отраслях:

• машиностроение;
• автомобилестроение;
• самолетостроение;
• судостроение;
• сельское хозяйство;
• текстильная промышленность;
• медицина;
• и многие другие.

Почти 40% всего пластика используется в качестве упаковочных материалов. Это потенциальные отходы полимеров, которые рано или поздно окажутся на свалке.

Виды полимерных отходов

Изделия из высокомолекулярных продуктов (полимеров) прочны, легки, долговечны, универсальны, незаменимы при современных технологиях производства.

Но они имеют свой срок эксплуатации, выходят из строя, подлежат дальнейшей утилизации или переработке.

Полимерные отходы по происхождению:

Вид отходов	Описание	Примеры
Технологические	Образуются при производстве пластмассы или переработке из одного вида в другой. Используются вторично, для чего необходимо специальное оборудование.	Гранулят, низкомолекулярный полимер
Производственные	Отходы с истекшим сроком годности или выполнившие назначение. Это использованная упаковка, плотная и мягкая тара. Нетоксичные, перерабатываемые.	Трубы, литники, куски, некондиция, брак

Бытовые Тара и иной полимерный бытовой мусор, изделия с истекшим сроком годности, вышедшие из употребления.

Пластиковые бутылки, канистры, баночки, полиэтиленовые пакеты

Для переработки важна и другая классификация полимеров:

• Термопластичные.
  Они плавятся, становятся вязкими, переходят в жидкое состояние. Это полиэтилен, полипропилен и др.
• Ректопластичные.
  Не переходят в вязкое, тягучее или жидкое состояние.

Термопластичные соединения подходят для вторичной переработки.

Старение полимеров

В ходе эксплуатации изделия из полимеров подвергаются воздействию физико-химических факторов:

• температура;
• освещение;
• влага;
• воздух;
• ветер;
• механические нагрузки;
• химические реагенты;
• радиация и др.

В результате изменяется молекулярная структура вещества. Процесс называется «старением». Старение выражается в виде:

Тип	Суть процесса	Влияние на характеристики материала
Деструкция	Разрыв молекулярных связей	Потеря эластичности, прочности; хрупкость, жесткость, изменение цвета и структуры.
Структурирование	Сращивание молекулярных цепей

Итогом старения полимеров становится потеря эксплуатационных качеств товара.

Структура полимерных отходов, получаемых из ТБО

Доля отходов, образовавшихся в быту, составляет 60%.

Количество полимеров в объеме твердых бытовых отходов:

Название	Сокращенное	Содержание в отходах	Пригодно к переработке
Полиэтилен	ПЭ	34%	20%
Полиэтилентерефталат	ПЭТФ	20,4%	15%
Комбинированные материалы (в составе бумага, картон)	17%	_
Поливинилхлорид	ПВХ	13,6%	10%
Полистирол	ПС	7,6%	12%
Полипропилен	ПП	7,4%	17%

Вопрос утилизации таких отходов перерос в экологическую проблему. Общество идет по пути организации раздельного сбора мусора, рециклинга отходов, ликвидации несанкционированных свалок.

Утилизация полимерных отходов

От пластиковых отходов избавляются тремя способами:

Захоронение отходов в том виде, в каком они есть, это не решение вопроса, а его отсрочка или бомба замедленного действия, потому что полимеры очень медленно разлагаются. Требуются все большие земельные площади для организации полигонов захоронения.

Утилизация полимеров отчасти решает проблему, но она более гуманна по отношению к физическому засорению окружающей среды.

Утилизацию проводят путем:

• Сжигания.
  Метод быстрый, не требующей предварительной сортировки и подготовки. При горении пластик выделяет токсичные веществаи газы, которые создают парниковый эффект, провоцируют увеличение озоновых дыр.
• Пиролиза.
  В условиях высокой температуры без доступа кислорода получают газ, жидкие и твердые остатки. Газ используется как топливо, жидкие в качестве теплоносителя, твердые – как сырье в промышленных целях.

Оба эти способа экологически неэффективны, так как сопровождаются выбросом вредных веществ в атмосферу и загрязняют ее.

Переработка

Вторичное использование имеющихся полимерных отходов даст тысячи тонн сырья. При этом потребуются значительные экономические и энергетические затраты.

Проблема переработки полимерных отходов

Влияние полимерных отходов на окружающую среду вызывает серьезное беспокойство. Они представляют общественную угрозу и являются экологической проблемой.

ПЭТ обладает устойчивостью к воздействию окружающей среды и не разлагается в естественных условиях. Сжигание сопровождается выбросом в атмосферу токсичных газов, таких как синтетический яд диоксин.

Процесс переработки и уничтожения пластмассы самый дорогой. Он в 3 раза дороже переработки бытовых отходов и в 8 раз – промышленных. Каждый вид полимеров требует специальной переработки.

Большинство упаковок производится по особым, смешанным технологиям (состоит из нескольких видов полимеров, включают бумагу, фольгу, картон). Чтобы их переработать, требуется особый подход. Такая тара не горит даже в мусоросжигающих печах.

Виды вторичной переработки полимерных отходов

Перспективным является рециклинг полимерных отходов. Самые распространенные способы основаны на физико-химических процессах:

• Гидролиз.
  Воздействие кислоты, высокой температуры, катализаторов. Широко применяется за рубежом.
• Гликолиз.
  Применение специальных спиртов, температурного режима и катализатора.
• Метанолиз.
  Возможен в специальных печах с заданной температурой и давлением.
• Пиролиз.
  Разложение при высоких температурах без доступа кислорода.

Ни один из этих методов в России не востребован из-за высокой себестоимости и отсутствия квалифицированных кадров. Самый распространенный вид переработки полимерных отходов механический – простое измельчение вторичного сырья.

Основные этапы переработки

После окончания сбора и сортировки полимерных отходов на перерабатывающих предприятиях они проходят несколько этапов:

Виды переработки	Плюсы	Минусы
Сортировка	Начальный этап разделения пластиковых отходов по цвету, форме, габаритам, типу пластика. Удаление посторонних примесей, некондиционного мусора	Невозможность автоматизации процесса, низкоквалифицированный ручной труд.
Измельчение	Первая обязательная ступень переработки всех пластиковых отходов. От нее зависит дальнейшая технология и использование вторичного сырья.	Необходимость сортировки пластика. Невозможность использовать крупногабаритный пластик на стандартном оборудовании без предварительной резки на куски. Рыхлый пластик перед измельчением нужно прессовать, уплотнять. Высокие энергозатраты.
Сепарация	Отделение измельченных частиц пластика от вкраплений металла при помощи магнитного поля и сепарации.	Для магнитных и цветных металлов нужны разные технологии.
Промывка	Очищение от пыли, механических и химических загрязнений с использованием моющих поверхностно-активных веществ (ПАВ), химических растворителей.	Необходимость анализа характера и степени загрязнения исходного сырья. Плохая или неправильная очистка влияет на качество и внешний вид продуктов вторичной переработки.
Грануляция	Уплотнение, переплавка в гранулы, удобные в транспортировке и дальнейшей переработке.	Усреднение характеристик товара.

Оборудование

Оборудование для завода по переработке пластиковых отходов состоит из:

• линии мойки;
• дробильной;
• шредера;
• экструдера для пластификации и формовки;
• агломератора для полиэтиленовых пленок;
• гранулятора;
• транспортеров;
• смесителей и дозаторов.

В зависимости от состава предполагаемых отходов полимеров и конечного продукта комплектация отличается. Модульное оборудование предполагает индивидуальную сборку.

Куда сдать на переработку?

Если в городе организован раздельный сбор мусора, и люди выбрасывают пластик в предназначенные контейнеры, это равносильно тому, что они сдают отходы на переработку.

Мусороперерабатывающие предприятия проводят закупку отходов полимеров у компаний и частных лиц. В крупных городах в гипермаркетах оборудованы контейнеры для сбора использованных пластиковых бутылок.

Какая продукция пригодна для переработки?

Действующие в России предприятия по переработке полимерных отходов принимают:

• пластиковую посуду, бутылки;
• упаковку из полимеров;
• пленку и полиэтилен;
• пластмассу.

Не пригодно для рециклинга сырье со смешанным составом и полимеры низкой плотности, такие как пенопласт.

Сбор и сортировка полимерных отходов

За рубежом накоплен большой опыт по сбору и сортировке отходов. Успехов в утилизации пластика добились Германия, США и Канада.

В России сбор бывшей в употреблении пластмассы ведут единичные предприятия. С 1 января 2019 года в стране началась «Мусорная реформа», один из пунктов которой – раздельный бор мусора и сортировка отходов.

Использование продуктов переработки полимеров

При переработке полимеров получают вещества в разном агрегатном состоянии. Пиролизный газ используют как топливо. Жидкие компоненты служат теплоносителем. Твердые фракции применяются в промышленности и строительстве.

После переработки получают:

• масла;
• воск;
• твердое топливо;
• газообразное горючее;
• бензин.

Сырьевые гранулы вторичной переработки используют во многих отраслях: от пластиковой тары до текстильного волокна и искусственных газонов.

Из полиэтиленрефталата получают подкладочный материал-утеплитель для одежды. Полиэтилен применяется при литье пластиковых труб, изготовлении канистр, пленочных материалов.

Полипропилен используют в машиностроении. Компании с мировым именем, такие как Рено, Фиат используют старые автомобильные бамперы для производства деталей, автомобильных ковриков.

Стоимость продуктов переработки полимеров

Отходы полимеров на рынке вторсырья почти ничего не стоят. Они минимум в 10 раз дешевле исходного сырья. После переработки ценность возрастает, и они уже втрое дешевле первичного.

Покупная цена на использованный пластик рассчитывается индивидуально и зависит от типа полимеров, объемов сырья, состояния, загрязнения, необходимости сортировки. Цена начинается от 5-10 руб. за килограмм.

Готовые гранулы имеют широкий ценовой диапазон с учетом технологий переработки и региона – от 10 до 50 рублей за килограмм и выше.

Сбор и переработка отходов как бизнес в России переживает стадию становления. Данная ниша в рыночной экономике пока не заполнена. Тот, кто думает о вложении средств, может на полном основании рассматривать мусор, как выгодное коммерческое предложение для бизнеса.

Утилизация полиэтилена и полиэтиленовой тары: гранулы, пиролиз, сжигание

Мини и большие заводы по переработке пластика

Оборудование и технология переработки полимерных материалов

Вторичная переработка пластика в домашних условиях и на заводе

Как и сколько раз перерабатывают пластиковые отходы: способы утилизация пластика

Как правильно утилизировать ПЭТ бутылки?

Что можно сделать из переработанного пластика?

Виды, утилизация и переработка отходов пластика

Переработка пластика в гранулы: самодельное и заводское оборудование

ПВД отходы: что это такое, способы переработки и использования вторсырья

Виды и способы переработки отходов полистирола

Организация раздельного сбора мусора в России и Европе

Источник