|
Как умирают пластмассы
Summary:
Из 56 миллиардов разнообразных видов упаковки в мировом производстве косметических товаров приблизительно 55% приходится на изделия из пластмасс, а в 2002 году их доля достигнет 58,4%. Объёмы растут – растут и проблемы, а в первую очередь это касается проблем утилизации
Объемы производства пластиковой упаковки во всем мире непрерывно растут. Проблема выживаемости человечества в условиях тотального проникновения полимеров в наше повседневное окружение приобретает масштабный характер.
Каковы возможности их безболезненного уничтожения? Варианты решения проблемы подсказывает мировой опыт.
Объемы растут — растут и проблемы
Сотни разновидностей пластмасс находят применение в огромной гамме изделий краткосрочного применения: одноразовая посуда, бутыли, флаконы, упаковочные мешки, пакеты, пленки и многое другое. Из 56 миллиардов разнообразных видов упаковки в мировом производстве косметических товаров приблизительно 55% приходится на изделия из пластмасс, а в 2002 году их доля достигнет 58,4%. Уже в начале 90-х годов в Западной Европе упаковочная промышленность потребляла свыше 30% всех пластмасс, что составляло около 8,9 млн. т полиэтилена (65%), полипропилена (12,4%), поливинилхлорида (10,5%), полистирола (9,3%), полиэтилентерефталата (2,4%) и других термопластов (0,3%). Сегодня эти цифры значительно выросли. Например, из общего объема мирового потребления ПП, составившего в 1999 году 25 млн.т, на упаковку было потрачено 36%. Даже если допустить, что этот процент останется стабильным, то общая масса упаковочной продукции из ПП к 2004 году, когда его производство достигнет 36 млн. т, увеличится почти в 1,5 раза.
При столь высоких темпах прироста массовой продукции, которая в силу своей специфики быстро оказывается в мусоросборниках или просто выбрасывается на улицу, еще более стремительно обостряется экологическая проблема, тем более что большинство используемых пластиков способно сохраняться в течение 250-400 лет. В общий поток городских твердых отходов ежегодно добавляется до 5-10% их массы или 25-30% общего объема.
Проблемы экологичности бытовых пластмассовых отходов все отчетливее проявляются и в нашей стране, особенно в густонаселенных районах. Рост российского промышленного производства пластмасс, начавшийся в 1996 году и продолжающийся в настоящее время, прежде всего проявился в выпуске упаковочной продукции. Особенно это заметно в пищевой промышленности, где в 1999 году было произведено товаров на 16% больше, чем в предыдущем. В результате, если в 1990 году в России насчитывалось около 1 000 предприятий по переработке пластмасс, то уже в 1998 году их количество достигло 2 000 и продолжает расти.
За то же время производство пленочной продукции приблизилось к 100 тыс. т. Одновременно импортировалось большое количество готовой упаковочной продукции. Только за 1997 год из-за рубежа было импортировано пластмассовых бутылей, бутылок, флаконов и других емкостей до 2 л на $ 120 млн., пробок — на $ 55,6 млн., посуды и других предметов обихода — приблизительно на $ 25 млн., пленочных изделий из ПЭ, ПП, ПВХ и ПЭТ на общую сумму порядка $ 135 млн.
Интенсивный рост мощностей по выпуску упаковочной продукции начался и внутри страны. Так ОАО «Ростспецмаш» (г. Ростов-на-Дону) наладил выпуск полуавтоматов для изготовления бутылок из ПЭТ-пре-форм. Производительность — не менее 600 шт/ч при емкости бутылок от 0,33 л до 5л. Фирма «Продвижение» (г. Москва) наладила выпуск производственных линий изготовления бутылок (0,25-2 л) при номинальной производительности 1400 шт/ч.
Одновременно появилась серия предприятий с иностранным участием. Например, в январе 1998 года ГК «Ретал» (г. Москва) запустила первую очередь завода по производству преформ на двух линиях швейцарской фирмы «Нетшталь». Другой фирмой «Итера Пет» (Московская обл.) на базе комплексного литьевого оборудования фирмы «Хаски» (Канада) начато производство преформ всех расцветок и размеров с мощностью 2 млрд. шт. в год. Известны и другие примеры успешного сотрудничества в области производства преформ, выдувного оборудования и готовой упаковки в виде различных емкостей для упаковки воды, масел, соков и прочих пищевых продуктов.
Развивается и комплекс предприятий по выпуску широкой номенклатуры одноразовой посуды. Среди них ЗАО «Полистар-2000» (г. Самара), фирма «Мини-Пак» выпускает полную номенклатуру одноразовой посуды и столовых принадлежностей и т. д.
Однако наибольший объем производства среди краткосрочно используемой упаковочной продукции приходится на пленочные изделия — пакеты, сумки, термоусадочные пленки и т. д. Лидером на отечественном рынке полимерных упаковочных материалов считается ЗАО «Мультифлекс» (г. Москва), обладающий полным производственным циклом и сырьем для производства всего спектра упаковочных пленок как однослойных, так и многослойных. ОАО НПО «Пластик» и Успенский завод пластмасс (Московская обл.) на комплексном оборудовании фирмы «Райфен-хойзер» (Германия) осуществляют выпуск соэкструзионных пленок с барьерным слоем для упаковки продуктов питания и медицинских изделий. Существует выпуск двухслойных материалов на основе ПЭТ-ПЭ для упаковки кондитерских изделий и жиросодержащих продуктов (АООТ «Владимирский химзавод» и уральское ПО «Пластик»), фольгированных пленочных материалов для детского питания, упаковки медикаментов и других изделий (ДОЗАКЛ г. Дмитров Московской обл. и ЗАО «Славич» г. Переславль-Залесский), комбинированных материалов для упаковки продуктов питания (ОАО «Рострубп-ласт», г. Железнодорожный Московской обл.) и многих других вариантов пленочной продукции для упаковки товаров.
В МИПП НПО «Пластик» для тех же целей разработаны проекты создания и организации серийного выпуска новых видов оборудования, в частности, линия производства пузырчатых ПЭ-пленок (МЛРП45 —400/800), линия производства картонпласта из полиолефинов (ЛКП-2000) и др. И зарубежные организации предлагают множество проектов и готовых разработок. А значит, обострение проблемы бытовых пластмассовых отходов для России не за горами, и готовиться к ее решению необходимо уже сегодня.
Единого решения возникшей экологической проблемы даже в странах, столкнувшихся с ней раньше других, пока не найдено. Причины такого положения носят комплексный характер, включая экономическую, организационную, социальную, научную, техническую и другие составляющие. Так, несмотря на рецидивы, практически всеми признается нерациональным самое простое решение проблемы бытовых пластмассовых отходов — сжигание. Это не выгодно ни экономически, ни экологически, поскольку требует значительных финансовых вложений для сооружения специальных термокамер, немалых энергетических затрат и, самое главное, не избавляет окружающую среду от вредного воздействия газообразных продуктов сгорания. Однако идея радикального решения проблемы отходов остается живучей. Например, делаются попытки добавлять пластмассовые отходы к традиционным видам топлива. Но более безопасным путем представляется применение для производства одноразовой посуды и упаковки изделий биологически нестойких пластмасс.
Перспективы биопластмасс
Разработка и применение биологически разрушаемых пластмасс как направление защиты окружающей среды основано на создании новой разновидности полимерных материалов с использованием крахмала из кукурузы и пшеницы. Эти полимеры приобретают способность разрушаться в почве, воде, на свалках и в компостных ямах в течение 6-24 месяцев, а при наиболее удачных решениях и гораздо раньше. Скорость разрушения может задаваться подбором соотношения компонентов, причем добавление крахмала не только не снижает прочности пластмасс, но, наоборот, увеличивает стойкость при нанесении на их поверхность различных текстов и рисунков. Это обычно широко практикуется в производстве одноразовой посуды и медицинских шприцев, кратковременно используемой упаковки, шариковых ручек, предметов личной гигиены (безопасных бритв, салфеток и др.), санитарно-медицинских принадлежностей и т. п.
Разрушение крахмалсодержащих пластмасс происходит в три стадии, усиливающих друг друга взаимовлиянием. На стадии биохимического разрушения микроорганизмы потребляют крахмал, пластмасса становится ломкой и пористой, теряет механические свойства и разрушается. Затем следует химическая деструкция пластмассы и во время конечной (биохимической) стадии укороченные макромолекулы усваиваются микроорганизмами. Все процессы протекают с естественными скоростями, поскольку в состав пластмасс стараются не вводить искусственные катализаторы или какие-либо другие экологически опасные вещества.
Работа в этом направлении ведется в ряде стран, но одними из первых известность получили научно-исследовательские программы итальянского концерна «Ферруцци», выделившего еще в 1989 году на НИОКР фонды, превысившие $ 460 млн. В результате был создан новый термопластичный природный материал, состоящий на 60% из кукурузного крахмала и зарегистрированный под товарной маркой Mater-Bi.
Промышленное производство и сбыт нового пластика были поручены компании «Новамонт», созданной в феврале 1990 года специально для освоения и внедрения на рынок «биодеструктивных» материалов. При этом Mater-Bi характеризуется способностью к ускоренному разложению методами, аналогичными компостированию кормов. Материал особенно перспективен для производства таких изделий, использование которых в качестве вторичного сырья связано с техническими трудностями или не рекомендуется по санитарным соображениям.
Значительных успехов добились и американские исследователи. Более того, биологически разрушаемые пластмассы с добавками крахмала одобрены Администрацией США к использованию для упаковки продуктов питания и медикаментов, они соответствуют европейским стандартам. Однако даже в случаях, когда внедрение самоликвидирующихся пластиков, казалось бы, успешно реализуется, остается сомнение в правильности столь радикального решения проблемы потребительских пластмассовых отходов. Потенциально они могут быть ценным вторичным сырьем, которое, как показывает опыт переработки технологических отходов тех же пластмасс, может применяться в производстве множества изделий технического и бытового назначения, в т. ч. упаковочной продукции.
Применение продуктов переработки
Первыми попытались организовать сбор и переработку потребительских отходов пластмассовых изделий в промышленных масштабах США. Имея многотоннажное вторичное сырье и быстро растущую потребность в производстве из него различных изделий, в т. ч. упаковочной продукции, еще в начале 90-х годов активное участие в этом деле принял сразу ряд крупных фирм. Так фирма «Филлипс Пластике Рисайклинг Партнершип» задействовала установку производительностью 8 100 т/г для переработки 150 млн. бутылей из ПЭВП, полученных от потребителей за год для производства нового полимерного материала марки «Нью Хори-зон». Причем фирма была готова удвоить производительность, если рынок сбыта продукции будет расти. При этом был предложен ассортимент изделий из регенерированного материала в виде бутылок, труб и бункеров для мусора. В то же время некоторые другие фирмы, например, «Америкэн Риклейминг», вынуждены были остановить единственную установку из-за трудностей со сбором бытовых отходов и незначительным спросом на продукцию из вторичного сырья. Эти два случая наглядно демонстрируют дилемму, перед которой оказывается промышленность пластмасс даже при наличии крупного и разветвленного рынка.
Опыт американских фирм позволяет сделать некоторые обобщения, типичные для всех стран. Во-первых, главной и трудно решаемой задачей признается организация сбора потребительских отходов. Причем возникающая трудность отнюдь не технического или финансового характера. Целиком одобряя меры по защите окружающей среды, потребители не торопятся принимать непосредственное участие в деле утилизации бытовых отходов, трудно поддаются призывам сортировать и отдельно раскладывать их по видам продукции и полимерных материалов. Этот пробел фирмам-переработчикам приходится заполнять вторичным сырьем из технологических отходов собственных и чужих производств.
Во-вторых, должна постоянно решаться задача маркетинга вторичного материала. Переработчики не всегда убеждены в выгодности регенерированного материала, в частности, в его чистоте.
Определились два основных направления переработки пластмассовых отходов: во-первых, получение новых пластмассовых композиций и изделий из них, во-вторых, производство жидких и газообразных продуктов различного назначения. Так, например, продукция известной фирмы «Проктер энд Гэмбл» продается в Великобритании в трехслойных бутылях, изготовленных с использованием переработанных потребительских товаров. Для этих емкостей используется не менее 25 % вторичного полиэтилена из бытовых отходов. Фирма полагает, что каждая партия в 16 млн. трехслойных бутылей позволяет изъять из потока отходов такое количество пластмасс, которое ранее необходимо было для производства 4 млн. обычных бутылей, и при этом создавать значительный по объему рынок регенерированных полимерных материалов. Уверенность специалистов основана на том, что уже за год этой и другими фирмами Великобритании было повторно использовано для производства различных видов упаковки 50 тыс. т пластмассовых отходов.
В ФРГ, начиная с 1995 года, ежегодно перерабатывается свыше 2,85 млн. т пластмассовых отходов, из них 1,6 млн. т формируются упаковочными изделиями. Помимо сжигания для пополнения тепловой энергии традиционных видов топлива, отходы в основном перерабатываются в новые пластики, а также в продукты для нефтехимического синтеза. Среди отходов пластиков упаковочного назначения 90% составляют ПЭ, ПП, ПС и ПВХ.
Во Франции ежегодно образуется 2,4 млн. т отходов пластмассовой упаковки, из которых 1 млн т составляют бутылки, флаконы, пленки. В ответ на ужесточение экологических требований (декрет по упаковке от 01.04.92. и экологический закон от 07.92.) фирмы «Зита» и «Теста» совместными усилиями разработали непрерывный способ их переработки. Пилотная установка, действующая с 1993 года, перерабатывает около 850 т отходов в год. При этом экономия электроэнергии на каждом килограмме пластика составляет приблизительно 1 квт/ч.
Заметный прогресс в области вторичной переработки отходов пластмасс по первому направлению (переработке в новые пластики) отмечается и в Италии, где из общей массы отходов в 900 тыс. т (40%) приходится на бытовые пластмассовые отходы. Причем Италия практикует импорт отходов и из других стран с последующим экспортом готовой продукции с гораздо большей стоимостью. Деятельность предприятий, занятых утилизацией и регенерацией использованных пластмасс, поощряется законодательно.
В Японии, как и в Европе, основной вклад в отходы полимерных материалов вносит пищевая упаковка. В зависимости от физико-механических характеристик гранулированного вторичного материала различают 4 сорта пластмасс. Например, по прочности при сжатии они распределяются в диапазоне от 0,1 до 0,9 кг/мм2 и используются для изготовления различных строительных элементов: фрагментов отделки стен и крыш, вентиляционных панелей, деталей оград, изоляционных плит и листов.
Второе направление использования бытовых отходов — превращение в топливные добавки с тепловой эффективностью 8000ккал/кг. При этом отработавшие пластики позволяют экономить такие природные ископаемые, как уголь, нефть, газ, но для этого их подвергают обработке в несколько стадий. На 1-й стадии осуществляют термохимическую обработку, включающую деструкцию полимеров, дехлорирование и отделение от твердых включений. Получаемые промежуточные продукты в твердом виде пригодны для смешения с углем в процессе конверсии. Конверторный процесс на основе нефти требует ввода жидких полимеров. Для этого ведут термический или каталитический процесс разложения полимеров до низкомолекулярных нефтеподобных продуктов (масел). Вторичные продукты хорошо распыляются и способны перегоняться насосами. Дальнейший термоокислительный процесс приводит к образованию газообразных продуктов.
Однако даже краткий обзор промышленной переработки бытовых пластмассовых отходов в индустриально развитых странах мира показывает, что основным является первое направление — реализация отходов в пластики функционального назначения с последующей переработкой в изделия, допускающие по своим возможностям производство из вторичного сырья. Передовой опыт, накопленный этими странами, может быть представлен на примере комплексной переработки отходов упаковочной или защитной пленки.
Пример переработки
В качестве типового примера переработки бытовых пластмассовых отходов логично представить процесс регенерирования пленки сельскохозяйственного назначения, наиболее трудоемкой для утилизации и переработки. Схема установки для промывки и измельчения загрязненных отходов полимерных пленок представлена на рис. 1.
В отработанных пленочных отходах может содержаться много загрязненных веществ, в т. ч. и твердых включений, например, земляных и песчаных. Это приводит к блокировке сит на обычном оборудовании для измельчения, особенно с ножевыми дробилками, поэтому в данном случае для их защиты предусмотрена трехстадийная обработка отходов. Подача исходного материала, предварительно брикетированного и загруженного в накопитель, осуществляется автоматически. Попадая в двухвалковый измельчитель — треддер, работающий на небольших скоростях и имеющий износостойкий защитный кожух, — брикеты (тюки) разрываются на куски размером с десертную тарелку. Такой способ измельчения, в отличие от режущих аппаратов, гарантирует работоспособность даже при тупом инструменте, чем объясняется многомесячная эксплуатация данного узла оборудования даже при многосменном режиме работы. После предварительного измельчения в треддере материал по ленточному транспортеру подается в бункер первичной промывки, где осуществляется отделение тяжелых неплавучих составляющих под действием большого объема воды (2-5 м3/ч). Это позволяет отказаться от принятых в таких случаях металлоискателей, а процесс происходит без ручного вмешательства. Вода, использованная в ножевой дробилке во время процесса мокрого измельчения, отделяется от основного продукта в высокоскоростном обезвоживающем шнеке и направляется на очистку и повторное использование по замкнутому циклу.
|
ЗАТРАТЫ ЭНЕРГИИ НА ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ И ОЧИСТКУ ПЛЕНКИ
|
|
Процессы переработки отходов
|
Мощность привода (кВт) при производительности
|
|
|
500 кг/ч
|
1000 кг/ч
|
|
Предварительное измельчение и подача
|
40
|
40
|
|
Промывка в мельнице мокрого помола
|
50
|
80
|
|
Механическая и термическая сушка
|
85
|
155
|
|
Итого
|
175
|
275
|
|
Удельный расход электроэнергии при коэффициенте одновременности выполнения процессов 0 6
|
0,21 квт/кг
|
0,161 квт/кг
|
|
Таблица
|
Измельченная и очищенная от грязи пленка направляется на механическую и термическую сушку. Готовое вторичное сырье, накапливаемое в резервуаре, поступает затем на типовой участок изготовления гранулята, используемого впоследствии для производства новой продукции как самостоятельно, так и для смешения с первичным гранулятом в заданном соотношении. Затраты энергии, необходимые для измельчения и очистки на примере загрязненной сельскохозяйственной пленки, представлены в таблице.
Стойкость ножей при мокром помоле составляет от 10 до 40 ч в зависимости от степени загрязненности и толщины пленок, а также от конструкции мельницы. Совершенствуя ее конструкцию, удалось сократить время простоев для смены ножей до 15-20 мин. В настоящее время подобные установки,специализированные для утилизации конкретных видов упаковки, выпускаются серийно и предлагаются к продаже. Примером может служить комплексная система агломерации отходов бутылочной тары из ПЭТ, разработанная фирмой Condux.
Дружно собираем бытовые пластмассы
Технические возможности для организации переработки бытовых пластмассовых отходов существуют в России уже давно, поскольку они были необходимы для переработки технологических отходов.
Наращиваются мощности по их утилизации и сегодня. В частности, ОАО «Саянск-химпром» в 1999 году выполнил дорогостоящую программу, не имеющую аналогов в мире, и в 2000 году запустил пилотную установку, затратив еще $ 5,8 млн.
При правильно организованной переработке, отходы практически не наносят ущерба окружающей среде, так как их легко собирать и сортировать непосредственно в ходе технологического процесса. После переработки они используются не только на самом предприятии, но и продаются, причем качество отходов, как правило, незначительно отличается от первичных термопластов и фиксируется лишь снижением сортности. Однако количество технологических отходов в условиях современного производства пластмассовых изделий максимально достигает 30% от всего перерабатываемого сырья, в то время как готовая продукция на 90% состоит из тароупаковочных изделий, т. е. при ее утилизации соответствующее техническое оснащение должно быть увеличено в несколько раз.
Специализированное оборудование, которым оснащаются предприятия для утилизации полимерных отходов, отражено в схеме. Производительность каждого вида оборудования — сотни килограммов отходов в час. Например, установка для предварительного измельчения крупногабаритных отходов (ящики, канистры, листовая формованная упаковка и т. п.) может иметь производительность 200 кг/ч, а для измельчения пленочной упаковки — 100-150 кг/ч. Оборудование для мелкодисперсного измельчения отходов с одновременной отмывкой пленки имеет производительность в пределах 100-200 кг/ч. Измельчители с частичной промывкой бытовой пленки и окончательной отмывкой в трехсекци-онном шнековом промывателе —от 150 до 200 кг/час. Таким образом, уже сегодня имеется возможность выбрать необходимую номенклатуру оборудования, исходя из задаваемой производительности проектируемой технологической линии по утилизации и переработке конкретных пластмассовых отходов.
Следовательно, единственной нерешенной задачей остается организация сбора бытовых пластмассовых отходов. Судя по опыту зарубежных стран, это основная и наиболее трудоемкая задача. Несомненно, что ее полномасштабное решение в России будет иметь свою специфику, но многое
может быть заимствовано и уже сегодня внедрено хотя бы в отдельных регионах страны. Очевидно, что для этого необходимо разработать эффективную законодательную базу, найти стимулирующие факторы для населения и специализированных организаций, развернуть пропагандистскую и рекламную работу в средствах массовой информации, развить рынок вторичного сырья и продукции из него. Однако это отдельная тема, которая нуждается в самостоятельном исследовании и освещении.
Георгий Головкин
Надежда Чистова
2001 #1
|
