5.2. Технологические методы устранения полимерных отходов

К технологическим методам устранения полимерных отходов относится их уничтожение и утилизация.

Уничтожение:

• Захоронение на полигонах и свалках;

• Компостирование (контролируемая самодеструкция под влиянием внешней среды).

Утилизация:

• Сжигание (получение тепла и энергии);

• Деполимеризация (пиролиз, гидролиз);

• Рециклинг (вторичная переработка).

5.2.1. Уничтожение полимерных отходов

Захоронение на полигонах общего назначения. Древнейший способ уничтожения мусора – захоронение на свалках или полигонах. В составе ТБО (твердых бытовых отходов) полимерные отходы составляют до 40% и доля их увеличивается в связи с тем, что растет доля полимерной упаковки товаров.

В ситуации отсутствия оборудованных полигонов, соответствующих санитарно-гигиеническим требованиям, ТБО городов депонируются на свалках, которые представляют серьезную опасность, так как существенно влияют на все компоненты окружающей среды и являются мощным загрязнителем атмосферного воздуха, почвы и грунтовых вод ввиду протекания в их теле непредсказуемых физико-химических и биохимических процессов.

Наиболее опасным фактором воздействия объектов размещения отходов на окружающую среду считается фильтрат, формирующийся в теле свалки при взаимодействии отходов с инфильтрующимися атмосферными осадками и содержащий многочисленные компоненты распада органических и неорганических веществ, токсичных соединений и биорезистентных примесей, различных групп микроорганизмов, в том числе патогенных.

Эксплуатация необустроенных свалок, не имеющих элементарных природоохранных сооружений – гидрозащитных экранов, систем сбора и контроля фильтра и т.д., с социальной точки зрения – противопоказана, с природоохранительной – опасна. Полигонный метод обезвреживания ТБО технологически не сложен, однако требует долговременного отчуждения больших земельных площадей, значительных капиталовложений, эксплуатационных и транспортных затрат.

Компостирование (контролируемая самодеструкция под влиянием внешней среды). Высокие требования экологической безопасности, предъявляемые к полимерным материалам, вызвали к жизни новый метод уничтожения полимерных отходов путем их компостирования, т.е. контролируемое саморазложение под действием факторов окружающей среды (микроорганизмов, УФ-излучения, воды и др.). Интенсивные работы в области создания биоразлагаемых полимеров ведутся с начала 70-х годов двадцатого столетия. По мнению американских и японских специалистов, технология производства и применения саморазлагающихся полимерных упаковочных материалов станет одной из приоритетных технологий ХХI века.

Около 10% объема производимых пластмасс будет замещено на их биодеградируемые аналоги. Наиболее перспективны в этом отношении полимерные материалы на основе природного легковоспроизводимого сырья (целлюлозы, крахмала и др.) в сочетании с синтетическими полимерами.

5.2.2. Утилизация полимерных отходов

Сжигание с целью получения тепловой и электрической энергии (энергетический метод). Получение энергии за счет сжигания полимерных отходов привлекает все большее внимание из-за непрерывного роста цен на органическое топливо. При этом нет необходимости производить сортировку, требуется лишь измельчение отходов до достаточно крупных кусков, чтобы обеспечить их эффективное смешивание с добавками углеродного топлива, чаще всего, каменным углем, и необходимый для горения доступ кислорода.

Метод полного сжигания отходов чрезвычайно дорог и неэкономичен в плане затрат на строительство мусоросжигательных заводов (МСЗ) и их эксплуатацию с соблюдением всех санитарных норм. Подсчитано: стоимость сжигания тонны мусора как минимум вдвое выше стоимости его захоронения.

Помимо чисто экономических причин, этот способ представляет значительную опасность с позиции экологии. При сгорании отходов полимеров в атмосферу попадают вредные газообразные продукты – сверхтоксичные диоксины, хлористый водород, диоксид серы, а зола и стоки МСЗ содержат немало других вредных компонентов. Токсичные свойства большинства продуктов сжигания полимеров значительно возрастают в результате их взаимодействия, например, оксид углерода, диоксид азота, углеводороды, алкены, ароматические соединения, альдегиды входят в состав фотохимического смога.

Деполимеризация (переработка отходов полимеров в мономеры и искусственное топливо). Химическая переработка полимерных отходов предполагает их трансформацию в низкомолекулярные фракции: газы, мономеры, олигомеры, сырая нефть и т.д. Отходы многих полимерных материалов могут быть подвергнуты термической обработке с получением полезных продуктов не полимерной природы.

Пиролиз – это термическое разложение органических продуктов в присутствии кислорода или без него.

Пиролиз полимерных отходов позволяет получить высококалорийное топливо, сырье и полуфабрикаты, используемые в различных технологических процессах, а также мономеры, применяемые для синтеза полимеров.

Газообразные продукты термического разложения пластмасс могут использоваться в качестве топлива для получения рабочего водяного пара.

Жидкие продукты используются для получения теплоносителей.

Спектр применения твердых (воскообразных) продуктов пиролиза отходов пластмасс достаточно широк (компоненты различного рода защитных составов, смазок, эмульсий, пропиточных материалов и др.).

Многие полимеры в результате обратимости реакции образования могут снова разлагаться до исходных веществ. Для практического использования имеют значение способы расщепления ПЭТФ, полиамидов (ПА) и вспененных полиуретанов. Продукты расщепления используют снова в качестве сырья для проведения процесса поликонденсации или как добавки к первичному материалу. Однако имеющиеся в этих продуктах примеси часто не позволяют получать высококачественные полимерные изделия, например, волокна, но чистота их достаточна для изготовления литьевых масс, легкоплавких и растворимых клеев.

Гидролиз является реакцией, обратной поликонденсации. С его помощью при направленном действии воды по местам соединения компонентов поликонденсаты разрушаются до исходных соединений. Гидролиз происходит под действием экстремальных температур и давлений. Глубина протекания реакции зависит от pH среды и используемых катализаторов. Этот способ использования отходов энергетически более выгоден, чем пиролиз, так как в оборот возвращаются высококачественные химические продукты.

Рециклинг (вторичная переработка) полимерных отходов. Первичная или вторичная переработка является предпочтительным направлением восстановления пластмасс, поскольку она сохраняет максимальное количество полезных продуктов.

Первичная переработка утилизируемых полимеров включает в себя повторное использование низкосортных отходов и обрезков непосредственно на заводе их производящих.

Вторичная переработка заключается в разделении, очистке и повторном использовании полимеров или смесей.

Основной сложностью в переработке вторичного полимерного, сырья является технологический этап разделения компонентов утилизируемых отходов. Существует множество технологий, позволяющих разделять отходы и вторсырье. Самая дорогая и сложная из них - извлечение вторсырья из уже сформировавшегося общего потока отходов на специальных предприятиях. Собранные или выделенные из ТБО полимерные отходы более разнообразны, чем отходы других видов. Лишь до 10 % от всей массы полимерных отходов могут быть повторно использованы. Даже если полимерные отходы тщательно отделены от другого мусора, их практически невозможно переработать в полимерный рециклат с удовлетворительными свойствами из-за присущих полимерам особенностей:

• полимерные отходы - это смеси полимеров, термодинамически несовместимых друг с другом;

• многие изделия из полимеров являются композиционными материалами;

• полимеры, имеющие сетчатое строение (в том числе автомобильные шины) нельзя расплавить и вновь сформовать изделие;

• изделия из термопластов, в условиях эксплуатации подвергаются старению - их свойства ухудшаются.

Все эти аспекты затрудняют вторичную переработку полимеров.

Экономические факторы утилизации. Низкий объем утилизации полимерных отходов обусловлен двумя основными факторами.

1. Объективно более низкими сырьевыми свойствами перерабатываемых отходов в сравнении с первичным сырьем и дополнительными издержками по предварительной подготовке отходов к использованию в качестве вторичного сырья, в частности, на организацию сбора, транспортировки, сортировки, дробления, мойки.

2. Для загрязненных и смешанных отходов затраты на их подготовку к использованию в качестве вторичного сырья могут превосходить стоимость первичного сырья. Увеличению затрат на сбор и переработку отходов способствуют также высокая доля ручного труда при сборе и сортировке отходов, использование во многих случаях импортного, т. е. более дорогостоящего оборудования, постоянный рост в последние годы затрат на энергоресурсы, высокий уровень налогообложения.

Действие этих факторов определяет то, что сбору и переработке подвергаются пока лишь чистые и несмешанные отходы, образующиеся в компактных источниках. Это, с одной стороны, позволяет экономить на подготовке отходов к использованию вторичного сырья, с другой — обеспечить приемлемое качество выпускаемой продукции.

Таким образом, практически для вторичной переработки можно направлять только однотипные полимеры, что требует сортировки и, соответственно, больших расходов. Качество и свойства вторичных полимеров оказываются иными, чем у первичных материалов. Это происходит за счет снижения их прочности, термической стабильности, пластичности и других параметров.

Вторичная переработка, химическая модификация или сжигание с извлечением энергии - альтернативные пути решения проблемы утилизации полимерных отходов. Выбор одного из них должен производиться с точки зрения как экономических, так и экологических аспектов.

.