Переработка полимеров: основные способы утилизации отходов

В России менее 5% образующихся отходов отправляются на переработку, половина из них – полимеры. Полимерная продукция широко распространилась в мире в качестве упаковочного материала, тары, одноразовых предметов. Популярность полимерных материалов связана с простотой обработки и свойствами: легкостью, твердостью, эластичностью. Накопление таких отходов может привести к сильным загрязнениям окружающей среды из-за длительного периода разложения и выделения токсичных испарений при нахождении в открытом пространстве.

Категории отходов, относящиеся к полимерам

В число полимеров входят разные виды химических соединений: полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен и другие с названием на «поли». Применяются полимерные материалы в большинстве отраслей промышленности и потребления, но самое распространенное использование – упаковка, составляющая 50% отходов полимеров.

Их негативное влияние на экологию

Наибольший вред полимеры наносят экологии при горении: в атмосферу попадают вредные токсичные испарения, приводящие к поражению дыхательных путей живых организмов. Негативное влияние усугубляется тем, что полимерные отходы обычно утилизируются вместе с твердыми бытовыми без сортировки. Это приводит к смешиванию неоднородных видов мусора и возникновению пожароопасных ситуаций на свалках.

Виды полимеров, подходящие для переработки

Для передачи полимеров на переработку они должны быть очищены от посторонних остатков: органики, клея, бумаги. Такие отходы обычно переплавляют или измельчают для получения вторичного сырья, которое используется как добавка при производстве первичной продукции. Наиболее распространенные для переработки полимеры:

• полиэтилен;
• полипропилен;
• поливинилхлорид;
• пластик.

Пункты приема полимерных отходов

Для упрощения сбора и оборота полимерных отходов они маркируются на этапе производства. Перед передачей отходов в пункт приема необходимо проделать несколько действий накопленной массой:

• очистить от посторонних примесей (путем промывки, например);
• разделить все сырье на однородные группы: пленки, крышки от бутылок, тара;
• смять или спрессовать отходы.

Способы утилизации и переработки полимеров

Для утилизации полимерных отходов применяется несколько методов. Выбор зависит от состава поступающего сырья и необходимых характеристик для вторичных товаров. Методы утилизации и переработки полимерных отходов:

• захоронение;
• механическое дробление;
• термическое воздействие;
• формовка;
• химические;
• физические;
• биологические.

Составом определяются свойства сырья, которые ограничивают применение некоторых методов. Например, эластичные соединения не подвергаются механической обработке из-за тягучести, поэтому они отправляются на переплавку для получения густой массы.

Захоронение на полигонах

Наименее предпочтительный способ утилизации полимеров из-за нерационального расходования сырья. Размещение полимерных отходов на полигонах приводит к образованию очагов токсичных испарений и застоя влаги. Сырье устойчиво к воздействию факторов внешней среды: влаге, изменениям температуры, ветру.

Механические методы

Сырье подается в оборудование, в котором измельчается под механическим действием без изменений агрегатного состояния, смены температуры и других реакций. Механические методы обычно применяются к мягким полимерным отходам, поддающимся механическому воздействию.

В переработке применяется 2 метода механической обработки:

• гранулирование;
• агломерация.

Гранулирование полимерных отходов

Сырье подается в специализированное оборудование – грануляторы. Это дробилки или шредеры, в которых отходы измельчаются на мелкие части определенного размера. Выход гранул происходит через фильтры или сито с отверстиями требуемого размера. Продвинутые установки для получения лучшего вторсырья включают дополнительные этапы: сортировку и распределение на однородные фракции, переплавку и изготовление однородных гранул (аналогично работе мясорубки). Наиболее распространен такой метод для переработки старых автомобильных шин. Измельченная крошка используется как самостоятельный резиновый наполнитель или добавка для другого сырья.

Агломерация полимеров

Более сложная установка, чем гранулятор – агломератор. Применяется для пленочных и других эластичных отходов: пакеты, упаковки.

При взаимодействии сырья и оборудования возникает сила трения, приводящая к нагреву массы, которая резко охлаждается при подаче водной струи, что вызывает образование однородных окатышей.

Термические методы

Для разложения полимерных отходов иногда применяются термические методы, при которых сырье под действием температуры распадается на несколько фракций. Методы распространены из-за простоты применения и универсальности.

Универсальность заключается в том, что печь может использоваться для сжигания других видов сырья.

Применяются 2 метода термического воздействия:

• сжигание;
• пиролиз.

Сжигание полимерных отходов

Один из наименее приемлемых способов утилизации полимеров – сжигание. При таком методе выделяются вредные частицы, которые попадают в атмосферу.

Сжигание допустимо только при выработке энергии от горения, которая может использоваться для отопления промышленных установок или окружающих зданий.

Пиролиз отходов из пластика

Более продвинутый относительно сжигания способ термической обработки – пиролиз. Способ более безопасен для окружающей среды, потому что горение происходит в изолированной камере с откачанным кислородом.

Оба продукта горения используются как топливо для отопления.

Крекинг полимерных отходов

В нефтяной промышленности применяется крекинг для получения жидкого топлива из густой нефтяной массы. Аналогично технология используется при переработке отходов с нефтяным происхождением: например, автомобильных покрышек.

Методы с применением термоформорования

Для некоторых видов полимеров применяется горячая формовка для переработки в новые товары. Сырье под нагревом прессуется и с помощью заготовленных пластин преобразовывается в определенную форму. Используется несколько видов термоформовки:

• прессование – для производства пленки;
• экструзия – продавливание для сложных форм (например, профиль пластиковых окон);
• литье под давлением – соединение разных частей в одной емкости требуемой формы.

Химические методы

Кроме пиролиза, для переработки полимерных отходов применяется ряд других химических методов:

• гидролиз;
• метанолиз;
• гликолиз.

Методы различаются составом расщепляющих жидкостей и катализаторов, а также условиями проведения реакции. Принцип действия у них одинаков: отходы полимеров размещаются в специальной емкости, где под действием жидкостей (спирт, кислоты, щелочи, вода) и катализаторов преобразуется во вторичный пластик.

Физико-химический метод

Универсальный метод, позволяющий переработать неоднородные полимеры – повторная стабилизация. Неотсортированный пластик расплавляется (физическое воздействие), а в расплав добавляются стабилизаторы. Под действием стабилизаторов (химическое воздействие) структура сырья становится однородной, что позволяет использовать его вторично. Из однородной структуры выплавляются новые изделия.

Биологические методы

Применение биологических методов утилизации полимеров – новый этап развития технологий. Практическое применение метода осложнено из-за необходимости производить полимерные товары с биологическими добавками. Присутствие в составе полимеров биокомпонентов ускорит разложение отходов в естественных условиях.

Оборудование для переработки

При обработке полимерных отходов обычно используется стандартное оборудование, позволяющее выполнить ряд операций: сортировку, очистку, измельчение, переработку, сушку. Выбор конкретных видов оборудования зависит от параметров производимой вторичной продукции и вида поступающего на переработку сырья.

Для открытия производства понадобится следующее оборудование:

• конвейер для сортировки;
• измельчители: шредеры, дробилки, резки, грануляторы;
• моющие камеры;
• печи для сжигания или переплавки;
• прессы;
• сушилки;
• фильтры.

Виды вторичной продукции

Из переработанных полимеров производят несколько видов новой продукции, а также используют их как добавку при производстве нового сырья. Вторичная продукция из полимеров: оболочки для кабелей, тара (не для еды), строительные материалы, напольные покрытия (беговые дорожки), резиновые автомобильные компоненты, автомобильные жидкости. Измельченные фракции добавляют в состав строительных смесей, а также полимеров при первичном производстве.

Стоимость сырья и конечной продукции

Непереработанные полимерные отходы примерно в 10 аз дешевле аналогичной по весу новой продукции. После обработки стоимость возрастает до пятикратного размера. Стоимость растет с прохождением каждого этапа обработки:

• 5-10 рублей за килограмм – закупка сырья;
• 12-15 рублей – отсортированные и вымытые полимеры;
• 25-35 – стоимость измельченного сырья;
• 35-50 – переработанное сырье или готовая продукция.

Текущая ситуация и перспективы переработки полимеров в России

Из-за этого ограничивается возможность переработки сырья, потому что его нужно дополнительно сортировать и очищать от посторонних остатков. Регулирование отрасли должно привести к созданию системы раздельного сбора мусора, при которой полимеры будут собираться отдельно от остальных видов мусора. Это позволит накапливать достаточные объемы сырья для создания рентабельных мусороперерабатывающих предприятий.