Классификация полимерных отходов и методы их утилизации : Экология (Публикации) : Виртуальная школа БАКАЙ

В мировой практике обычно разделяют полимерные отходы на 3 группы в зависимости от места их образования.

Технологические отходы.

Производство технологических отходов образуется при синтезе и переработке термопластов и других видов пластмасс. Использование таких отходов в качестве вторичного полимерного сырья требует специального оборудования и технологий.

Отходы производственного потребления.

Отходы производственного потребления накапливаются в результате выхода из строя или истечения срока годности полимерных изделий (отходы упаковки на предприятиях торговли, оптовых базах, полимерная тара, сельскохозяйственная пенька и др.) Эти виды отходов в большинстве случаев имеют стабильный состав, являются малозагрязненными и пригодными для вторичного использования.

Отходы общественного потребления.

Отходы общественного потребления в качестве вторичного сырья создают самые большие проблемы. В то же время существует целый ряд отходов , в котором может быть выделены из бытового мусора и и повторное использование которых является экономически целесообразным.
В настоящее время для очистки окружающей среды от пластмассовых отходов активно разрабатываются 2 основных подхода:
- захоронение (хранение отходов на свалках);
- утилизация.
Захоронение пластмассовых отходов - это бомба замедленного действия и перекладывание сегодняшних проблем на плечи будущих поколений.
Захоронение отходов пластмасс на полигонах и свалках, может рассматриваться лишь как временная мера их утилизации, т. к. пластмассы подвергаются разложению чрезвычайно медленно. При этом методе из сферы возможного полезного использования изымаются тысячи тонн ценного вторичного сырья.
Более щадящим приемом является утилизация, которую можно разделить на ряд главных направлений:
- сжигание;
- пиролиз:
- рециклизация - переработка.
Однако как сжигание, так и пиролиз отходов пластмасс кардинально же улучшают экологическую обстановку. Повторная переработка в определенной степени решает этот вопрос, но и здесь требуются значительные трудовые и энергетические затраты.

1. Использование отходов пластмасс путем повторной переработки.

1.1. Измельчение отходов пластмасс.

Стадия измельчения отходов является практически обязательной и чрезвычайно ответственной при переработке отходов. Часто от качества измельчения зависит возможность дальнейшей переработки отходов изделия в области их применения.
В настоящее время разработано большое число различных типов оборудования для измельчения отходов пластмасс. При выборе того или иного типа необходимо учитывать ряд факторов, главным из которых является : вид и характер пластмассовых отходов, из размеры и количество, необходимая степень измельчения и конечный размер дробленого материала и др. Иногда, если необходимо измельчить очень крупные отходы, их предварительно режут, используя дисковые типы и ленточнопильные станки , на более легкие куски, которые могут быть далее измельчены на стандартном оборудовании.
С другой стороны для повышения производительности стадии измельчения часто необходимо проводить предварительное уплотнение отходов, особенно тех, которые обладают низкой насыпной плотностью. Это, как правило, отходы пенопластов, пленочные обрезки и др. Одним из видов оборудования, используемого для уплотнения отходов являются дисковые уплотнители, представляющие собой грануляторы с фрикционными дисками, один из которых вращается, а другой неподвижен. Спекание и уплотнение отходов происходит за счет теплоты трения, образующейся при вращении диска.
После спекания полученная масса в виде жгута с холодным потоком воздуха подается в ножевую дробилку.
Одна из трудностей, возникающих при измельчении полимерных материалов, заключается в том, что при комнатной температуре энергозатраты очень велики. Хотя непосредственно на измельчение расходуется не более 1 % энергии, а основная часть преобразуется в теплоту. Поэтому все большее развитие находит техника криогенного измельчения, которая позволяет охлаждать материал ниже температуры хрупкости. Как правило, в качестве охлаждающего агента используется жидкий азот, имеющий температуру - 196 С градусов, что ниже температуры хрупкости большинства полимерных материалов.
Измельчение при низких температурах обладают рядом преимуществ, благодаря охлаждению и инертной среде исключается термодиструкция полимера, резко возрастает степень измельчения, повышается производительность процесса и снижаются удельные энергозатраты, предотвращается окисление продукта.
Низкотемпературное измельчение, поскольку оно дороже обычного на 2-10%, не может быть рекомендовано для измельчения всех типов отходов пластмасс.
Его целесообразно использовать для наиболее дорогих видов пластмасс, обладающих при комнатной температуре ярко выраженными вязкоупругими свойствами. К таким материалам в первую очередь относятся фторопласты и полиамиды.

1.2 Сепарация, отмывка и разделение отходов.

После измельчения, в том случае, если отходы содержат металлические включения их пропускают через сепаратор. В магнитном поле, создаваемом с помощью электромагнитов, происходит отделение магнитных металлов от пластмассовой части отходов.
В случае, если отходы могут содержать примеси цветных металлов , обычно используют электросепарацию.
Разработаны также индуктивные приборы, позволяющие удалять немагнитные металлы в электромагнитном поле. Важной стадией предварительной обработки отходов является очистка их от загрязнений. Присутствие в отходах загрязнений приводит к заметному ухудшению внешнего вида деталей, полученных из отходов, снижению качества поверхности и физико- механических показателей.
Для очистки загрязненных отходов применяют обычно следующие методы:
сухое удаление пыли, стирку в водных растворах ПАВ, растворение полимеров с последующим фильтрованием растворов, обработку поверхности растворителями.
Выбор метода определяется совместимостью загрязнений с пластмассами и химической природой загрязнений.

1.3.Переработка индивидуальных отходов.

Если удается добиться достаточно высокой степени очистки и выделения индивидуальных отходов из смесей, а также, если отходы рассортированы по видам пластмасс, их переработка во многом сходна с переработкой первичных пластмасс. Одним из существенных моментов при этом является способность полимеров сохранять или изменять свойства в процессе многократной переработки. Поскольку от этого зависит целесообразность самой переработки отходов. Изучение влияния кратности переработки большинства полимеров на их физико-механические свойства показало, как правило, со снижением молекулярной массы пластмасс, разветвленностью их структуры и рядом других показателей. Снижение молекулярной массы пластмасс при многократной переработке приводит к определенным изменениям их прочностных показателей, хотя в качественном отношении они невелики.
Обычно содержание отходов в смеси с товарным продуктом не должно превышать 20%, так как в противном случае резко ухудшается глянец изделий, получаемых при переработке гранулянта, появляется шероховатость на их поверхности. Гранулянт наиболее распространенного полимера- полиэтилена , как правило, перерабатывается в пленку, которая используется в сельском хозяйстве для неответственных целей, или идет на изготовление мешков для мусора.
Для переработки отходов методом литья под давлением, как правило, применяют машины, работающие по типу интрузии с постоянно вращающимся шнеком. Его конструкция такова, что обеспечивает самопроизвольный захват и гомогенизацию отходов.
Особенностью повторной переработки поливинилхлорида (ПВХ) является необходимость его дополнительной стабилизации. Отходы мягкого ПВХ используют главным образом для получения бытовых пленочных изделий (пленок, скатертей, накидок, фартуков, и пр.). Для этого 20% отходов измельчают на смесительных вальцах, смешивают с товарным ПВХ, стабилизаторами, красителями и смазками, после чего пропускают через систему подогревательных и отделочных вальцов.
Стабильность качества материалов из отходов позволяет систематически использовать их для получения определенных пластмассовых изделий. Так, из отходов полиэтилена высокого давления (ПЭВД) изготавливают мешки для мусора, трубы для защиты кабеля, хозяйственные ведра, прокладки и угольники, уплотнительные профили, пленки, применяемые в сельском хозяйстве и строительстве. Отходы литьевого полиэтилена низкого давления (ПЭНД) перерабатывают в элементы строительных опалубочных конструкций, прокладки, ведра, каркасы светильников, а полипропиленовые отходы - в текстильные шпули, детали сантехники, дверные ручки, ручки чемоданов, ящики для растений.
Другая тенденция утилизации сводится к разработке способов и соответствующего технологического оборудования для переработки смеси отходов без предварительного разделения. Это делает процесс утилизации более дешевым, однако физико-механические свойства изделий, полученным таким образом, гораздо ниже.

1.4. Многокомпонентное литье.

Все более широкое распространение для использования отходов пластмасс получает многокомпонентное литье, при котором изделие имеет наружный и внутренний слой из различных материалов. Наружный слой - это, как правило, товарные пластмассы высокого качества, стабилизированные, окрашенные, имеющие хороший внешний вид.
К внутреннему слою не предъявляют высоких требований ни по физико-механическим показателям, ни по внешнему виду. Материал может быть не стабилизирован и не окрашен. В состав слоя часто включают такие дешевые наполнители, как тальк, сульфат бария, стеклянные и керамические шарики, вспенивающий агент.
Такой состав внутреннего слоя позволяет значительно снизить стоимость изделий, с одной стороны, и утилизировать отходы- с другой. Изделия с применением внутреннего слоя, называемые сэндвич-конструкциями, применяют в основном при изготовлении мебели и предметов домашнего обихода.

2. Использование отходов пластмасс как готового материала для других технологических процессов.

2.1. Применение отходов пластмасс для очистки промышленных сточных вод.

Отходы синтетических материалов легкой и других отраслей промышленности, не находящие применения, могут использоваться как ценные исходные материалы для других технологических процессов, например для очистки промышленных сточных вод.
Известно, что для тонкой очистки сточных вод от нефтепродуктов наиболее пригодны синтетические материалы и активированные угли. Однако последние дороги и дефицитны.
При контакте синтетических волокон с нефтепродуктами происходит не только молекулярная адсорбция нефтепродуктов, но и ярко выраженная адгезия за счет электрических компенсированных положительных зарядов, которые имеет синтетическое волокно.
Частицы нефтепродуктов обладающие в сточных водах отрицательным зарядом, хорошо притягивается к полипропилену. Атомы азота в нитрильных группах нитрона и полиакридонитрила имеют формулу
Они содержат некомпенсированные положительные заряды., так как максимальная валентность азота равна +5, а в данном случае он проявляет валентность +3. Поскольку молекулы нитрона обладают положительными зарядами, он также может адсорбировать нефтепродукты.
Капрон- полиамидное волокно [ - HN ( CH2 )5 CO - ]n, в котором атом азота также проявляет валентность +3 и имеет некомпенсированный положительный заряд, что является причиной адсорбционно-адгезионной способности капрона при контакте с нефтепродуктами.

2.2 Отходы пластмасс в строительстве.

Кроме утилизации и обезвреживания пластмассовых отходов, следует отметить их использование в строительстве. В большинстве асфальтовых дорожных покрытий основными связующими являются битумы различной природы. Обладая рядом достоинств в качестве связующего каменной основы и имея невысокую стоимость, битумы, в состав которых входят полярные соединения, отличаются недостаточной водостойкостью. Их прочностные показатели также сравнительно невысоки. Все это в значительной степени ухудшает свойства асфальтовых покрытий на основе битумов и сокращает сроки их эксплуатации. Использование отходов полиолефинов в композиции с битумом является одним из традиционных направлений, позволяющих модифицировать свойства покрытий.