Что такое полимерные отходы, способы их утилизации и переработки

Что относится к полимерным отходам

Если проанализировать качественный состав пластикового мусора, то примерно 60% отходом пригодны для переработки с целью получения сырья для производства тех же полимеров, или готовых изделий. Из этих 60 % примерно треть действительно перерабатывается,  то есть, из всего количества отходов в качестве вторичного сырья используется около 25%.

В состав полимерных отходов входят самые разные вещи:

• пластиковые бутылки и другая тара;
• пленки;
• посуда;
• корпуса бытовой техники;
• окна и двери;
• садовая мебель;
• части автомобилей, самолетов и другой техники.

Высокомолекулярные соединения не боятся ультрафиолета, воды, воздуха. Их не поедают животные и насекомые. Переработка полимеров возможна только на специальном сложном оборудовании по специальной технологии.

Негативное влияние неправильной утилизации полимеров

Сложное химическое строение полимеров исключает такой простой способ уничтожения, как сжигание на открытом огне, или в обычных печах. В результате горения образуются токсичные продукты, более опасные для людей, животных и растений, чем собственно сам полимер. Также не рационально вывозить полимерные отходы на полигоны ТБО. Пластмасса скапливается там тысячами тонн, препятствуя естественному разложению других бытовых отходов и не пропуская образовавшуюся жидкость в почву.

Также нельзя выбрасывать пластик в водоемы — полимеры в своем большинстве легче воды, смываются реками и ручьями в моря и океаны, образуя там целые острова, размером со среднее европейское государство. Рыбы и животные, принимающие пластик за пищу, массово гибнут из-за отравления и засорения пищеварительного тракта.

Какие полимерные отходы пригодны для переработки

Из всех видов полимеров переработке подлежит ряд самых популярных марок. Это:

• полиэтилен низкого и высокого давления;
• полипропилен;
• полистирол;
• поливинилхлорид (ПВХ);
• полиолефин;
• АБС;
• оргстекло.

Список можно продолжить еще на несколько десятков пунктов — промышленным способом выпускаются сотни наименований изделий из разных видов полимеров и их смесей, большую часть из которых можно и нужно перерабатывать.

Способы утилизации полимеров

Такие распространенные способы утилизации пластика, как захоронение на полигонах и обычное сжигание мы уже рассматривали. Это крайне опасные для окружающей среды методы, проводящие к загрязнению природы и отравлению живых организмов. К сожалению, во многих странах они применяются как основные. Но в развитых экономиках мира все больший акцент делается на прогрессивные методы:

• пиролиз;
• рециклинг;
• химическое разложение.

В результате использования современных методов переработки пластика достигается значительный экономический эффект. Снижаются расходы на производство первичных полимеров, значительно сокращается прирост массы пластика в мире, уменьшается количество вредных выбросов. Оборудование для переработки полимерного вторсырья окупается в течение нескольких лет.

Пиролиз

Суть метода заключается в нагревании полимерных отходов в специальных печах при минимальном количестве, или полном отсутствии кислорода. В результате получаются газы, жидкости и твердые вещества, которые можно использовать для синтеза других соединений. Газы, в большинстве, используют для отопительных целей, но ряд из них, например, хлор, вполне подходят для дальнейшего применения в химическом производстве. Жидкости и твердые вещества используют как компоненты смазок, красок, пропиток, в качестве топлива, менее вредного, чем чистый полимер. В процессе пиролиза полимеры расщепляются на мономерные молекулы, или чистые химические элементы.

Рециклинг

Под этим термином подразумевается переработка отходов с целью получения сырья для производства вторичной пластмассы. Как правило, это гранулы, использующиеся в экструзивных и литьевых машинах. Технология переработки состоит из нескольких основных этапов:

• сортировка;
• измельчение;
• сепарация;
• мойка;
• сушка;
• грануляция.

На этапе сортировки отходы разделяются по виду полимера, цвету, размерами и форме. На этапе сортировки из массы пластику удаляют куски древесины, металла, другие загрязнения. В большинстве случаев сортировка производится вручную, что требует значительных затрат времени и средств на оплату труда.

Для измельчения пластика используются дробилки ножевого типа. Пластик разрезается на частицы размером от 0,2 до 1 сантиметра. Получается рыхлая масса, которая подается на очистку. Ряд предприятий по переработке пластика использует криогенные установки. Пластик замораживается до состояния хрупкости и измельчается ударным способом на дробилках. Частицы получаются более мелкие, от нескольких сотых, до 0,2 миллиметра.

Разделение смеси разнородных полимеров на более-менее однородные фракции производится методом флотации в воде с добавлением поверхностно-активных веществ. Полученный отсортированный материал подается на мойку. Для окончательной очистки используют промышленные детергенты и специальные моечные машины, удаляющие остатки жиров, химических веществ, краски и других загрязнений.

После мойки полимерное сырье высушивают в центрифугах до влажности 10 – 15%. Затем массу отправляют в печь для окончательного удаления влаги. Готовым считается сырье влажностью не более 0,2%. После сушки измельченная пластмасса поступает на грануляторы — специальные машины, где полимер плавят и обдувают мощным потоком воздуха. В результате получаются мелкие гранулы.

Переработка полиэтилена

Классическая схема переработки полимеров обладает рядом общих для всех видов пластика этапов. Но каждый из сортов пластмассы имеет и свои особенности рециклинга. Например, полиэтилен низкой плотности и линейный полиэтилен (ПЭНП и ЛПЭНП), из которого делают промышленные и бытовые пленки для упаковки, перерабатывается также на пленку, но более низкого качества. Характеристик первичного полиэтилена на удается достичь из-за загрязнения и процессов фоторазложения в процессе эксплуатации прежних изделий.

Также переработанный полиэтилен начали использовать для производства строительных материалов — плит, досок, заменяющих деревянные. С этой целью вторичный полиэтилен смешивают с различными наполнителями, например, целлюлозные волокна, или древесную пыль. В результате получается искусственный материал, не подверженный гниению и не боящийся влаги.

Полиэтилен высокой плотности ПЭВП после рециклинга используется для производства канистр, водопроводных и канализационных труб, емкостей для ГСМ и моющих средств. После переработки полиэтилен высокой плотности теряет ряд свойств, емкости большого объема изготовить методом выдувания не удается. Также ряд изделий изготавливают методом экструзии. Пластичность ПЭВП позволяет изготавливать достаточно крупные изделия, например, трубы диаметром до 630 мм. Часть вторичного полимера высокой плотности в смеси с ПЭНП используют для производства пленки повышенной прочности.

Переработка полипропилена

Не менее популярный вид пластика, из которого изготавливают детали автомобилей, упаковку и корпуса аккумуляторов. В процессе эксплуатации полипропилен теряет много ценных свойств, поэтому при переработке смешивается с первичным полимером в определенной пропорции. Получившаяся смесь пригодна для литьевого способа изготовления различных деталей сложного профиля, использующихся в более легких условиях, чем сделанные из первичного полипропилена.

Полистирол

Широкое использование полистирола и пенополистирола в строительстве и других сферах определяет необходимость переработки больших объемов вторсырья. Однако не все компании принимают полистирол и его сополимеры. Это объясняется химическими изменениями полимера в процессе эксплуатации, что значительно усложняет и удорожает переработку. В процессе рециклинга полистирол уплотняется, что ограничивает его использование. Но ряд новых технологий позволяют изготавливать из вторичного полимера строительные конструкции, для которых раньше шло только дерево.

Смеси пластмасс

Самое сложное для переработки сырье — изделия, изготовленные из нескольких видов пластмасс. При переработке смесей ПЭ, ПП, ПЭТ, ПС и ПВХ получается пластмасса, которая уступает по качеству каждому из исходных компонентов. Утилизация смешанного сырья дешевле — отпадает трудоемкий и дорогой процесс сортировки. Но не слишком высокие качества переработанного полимера ограничивают сферу использования. В основном — это литые и штампованные изделия небольшого размера, которые не испытывают больших нагрузок в процессе эксплуатации. Как пример, можно привести корпуса дешевых шариковых ручек, заколки для волос, коробки для кремов.

Переработка отходов ПВХ

Из поливинилхлорида изготавливают упаковку, трубы, изоляцию, вагонку и другие отделочные материалы. Небольшая себестоимость производства ПВХ и неплохие эксплуатационные качества привели к широкому распространению. Но популярность полимера создала и ряд проблем. ПВХ выпускают в двух видах — пластикат (гибкий) и винил (жесткий). Оба вида не разлагаются естественным путем, прочные, не растворяются в органических растворителях и плохо горят.

Такие свойства говорят о том, что с утилизацией возникают сложности, а ПВХ в мире накопилось едва ли не больше, чем других пластмасс вместе взятых. Главная угроза от мусора, содержащего поливинилхлорид — его количество. По классу опасности ПВХ отнесен к группе малоопасных (4). Период распада пластика достигает более 100 лет, после чего почва и вода, где он находится, обогащается соединениями хлора. А это уже более опасные вещества.

Также в изделиях из ПВХ содержаться другие токсичные материалы, улучшающие свойства готовых изделий и безопасные в связанном виде. Но после разрушения структуры они попадают в окружающую среду и наносят ощутимый вред.

Переработка ПВХ производится по классической схеме. Очищенный полимер отлично плавится и гранулируется. Свойства ПВХ не изменяются даже после 5 циклов переработки. Но часть отходов сжигается методом пиролиза для получения хлора и других, ценных для химической промышленности веществ.

При рециклинге пленок из ПВЗ, изоляции и мягких упаковок, занимающих большой объем, используют специальные машины — агломераторы. Они сжимают сырье в шарики неправильной формы, более плотные, чем пленка в свободном виде. Диаметр шариков — до 1 см. Часто на переработку пленка ПВХ поступает уже в виде компактного полуфабриката, заготовленного в других городах, и даже странах.

Оборудование для переработки полимеров

Как уже упоминалось, рециклинг полимеров возможен только при наличии специального оборудования. Комплекс для грануляции состоит из ряда машин и механизмов, связанных в одну производственную линию. Сюда входят:

• моющие машины;
• измельчители и дробилки;
• экструдеры;
• шредеры;
• конвейеры;
• агломераторы;
• смесители;
• грануляторы;
• дозаторы.

Предполагается, что на производственную линию отходы поступают уже в отсортированном виде. Если возможности получать чистое вторсырье нет, то на заводе необходимо предусмотреть сортировочный узел и склад для поступающей массы отходов.

На специализированных заводах работают специальные цеха по очистке сырья, где наличие тех или иных примесей определяется лабораторными методами, для разделения разных видов пластика используются специальные флотационные машины. Чем ниже содержание примесей и полимеров других видов в исходном сырье, тем выше качество вторичного пластика. Переработка полимеров по современным технологиям позволяет получать вторичную пластмассу, мало уступающую первичной по основным качествам.