Modern methods for utilization of plastic waste
Michael Ioelovich
Known disposal methods of plastic waste are recycling, incineration and landfilling. A new way of recycling is the use of plastic waste in the construction of roadbed. It is shown that such waste can be used both in a mixture with bitumen, and as separate material for manufacturing of road pavements. The most suitable polymeric additives to bitumen are waste of rubber, polyethylene or polypropylene. Wholly plastic roads can be constructed from waste of polyethylene terephthalate in the form of separate blocks, which in case of wear can be easily and quickly replaced with new blocks
Keywords: Plastics, Waste, Disposal, Recycling, Burning, Landfilling, Road construction
Современные способы утилизации пластиковых отходов
Автор: Михаил Иоелович, профессор, д.х.н.
Известными способами утилизации пластковых отходов являются повторная переработка, сжигание и захоронение на свалках. Сравнительно новым методом утилизации является использование пластиковых отходов в строительстве дорожного полотна. Показано, что такие отходы могут быть использованы как в смеси с битумом, так и как самостоятельный материал для изготовления дорожных покрытий. Наиболее подходящими полимерными добавками к битуму является отходы резины, полиэтилена или полипропилена. Чисто пластиковые дороги могут быть построены из отходов полиэтилентерефталтата в виде отдельных блоков, которые в случае износа могут быть легко и быстро заменены на новые блоки.
Ключевые слова: Пластики, Отходы, Утилизация, Повторная переработка, Сжигание, Захоронение, Строительство дорог
В настоящее время полимерные материалы – пластики, находят широкое применение для изготовлении товаров широкого потребления, различных упаковочных материалов и тары, в химической, легкой и пищевой промышленности, строительстве, приборо- и автомобилестроении, сельском хозяйстве, медицине и в быту.
Из пластиков делают протекторы автомобилей, упаковочные материалы, пленки различного назначения, конструкционные материалы, трубы, корпуса приборов, электроизоляционные материалы, лекарственные средства, имплантаты, защитные маски и очки, небьющиеся стекла, наполнители, кожезаменители, искусственные и синтетические волокна и ткани, украшения, игрушки, клеи и адгезивы, специальные пластики с экстремальными и заранее заданными свойствами и т.п.
В мире производится столько пластиков по объему, сколько выпускается чугуна, стали, проката и цветных металлов вместе взятых. Увеличивающийся ежегодно объем производства и применения полимерных материалов обусловлен высокой функциональностью этих материалов и легкостью переработки в товары промышленного назначения по сравнению с другими материалами, применяемыми в данных отраслях. Ежегодно в мире производится 240-250 млн.т изделий из полимерных материалов. Свыше 90% всех пластиковых изделий изготавливаются из резины, полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), полистирола (ПС) и полиэтилентерефталата (ПЭТ).
В мире около 65-70% всех полимерных изделий или 150-170 млн.т после использования выбрасываеся в виде мусора каждый год, что может нанести вред окружающей среде. Вследствие этого используются различные способы избавления и утилизации таких отходов, рассматриваемые в данной статье.
Первый способ это сортировка и переработка. Этим методом из отходов извлекают часть ПЭ, ПП и ПЭТ, в основном бутылки и некоторые другие изделия. После очистки и гранулирования эти отходы используются как самостоятельный материал, так и как добавка к новому полимеру для изготовления синтетических волокон, тканей, пленок и некоторых других изделий. При этом в качестве исходного сырья используют лишь один тип пластика (например, только ПП или только ПЭТ), поскользу использование смеси разнородных пластиков резко ухудшает экплуатационные свойства конечного продукта. В США и странах Западной Европы повторно перерабатывают до 40% различных пластиковых отходов. В Израиле утилизируют до 60% ПЭТ бутылок.
Второй способ утилизации это сжигание. Этим способом можно уничтожать отдельные пластиковые отходы, их смеси друг с другом, а также с отходами других органических материалов, таких как бумага, картон, текстиль, древесина или пищевые отходы. Сжиганию предшествует предварительная сортировка мусора, его разделение на фракции и отбор для последующей утилизации. Из мусора, как правило, отбирают металлы, часть бумаги и картона, пластиковые бутылки и тару, неповрежденную стеклянную тару и некоторые другие отходы с целью их повторной переработки. Остающувщиеся после сортировки непригодную для утилизации часть пластиков (например, мешочки, пленки и т.п.) и других материалов измельчают и гранулируют, чтобы снизить образование пыли, обеспечить устойчивое горение и повысить КПД котлов или турбин.
Чтобы определить энергию сгорания отходов пластика проводят сжигание образца в калориметрической бомбе. Другой метод заключается в определении процентного содержания углерода (С), водорода (Н), кислорода (О), и влаги (W) в образце; затем проводят расчет теплоты сгорания по уравнению:
Q (кВт·ч/тонну) = 95.56 C + 277.78 H – (29.30 O + 6.94 W)
Согласно статистике, в среднем сжигание 1 тонны отходов ПЭ, ПП, ПС или резины дает 11-13 МВт·ч, а 1 тонны отходов ПЭТ 6-7 МВт·ч тепловой энергии.
Например, в США и Японии ежегодно сжигается до 5 млн. тонн отходов пластиков, что дает 40-45 млрд. кВт·ч энергии, а в странах Европейского союза общее количество энергии, получаемое путем сжигания пластковых отходов, составляет 80-90 млрд. кВт·ч дополнительной энергии в год. Однако такой способ уничтожения приводит к выделению углекислого газа, усиливающего парниковый эффект.
Третий способ избавления от отходов это их захоронение на свалках. Он самый нежелательный, поскольку пластики относятся к биостойким материалам, способным оставаться в природе в течение сотен лет. Ежегодное накопление пластиковых отходов на свалках приводит к уменьшению полезной площади, необходимой для проживаия и хозяйственной деятельности. Кроме того, свалка органических отходов является источником пожаров и выделения токсичных продуктов разложения. В США и странах Западной Европы на свалки вывозят 20-30% пластиковых отходов, в то время как в развивающихся странах почти 100% использованных пластиковых изделий выбрасывают и вывозят на свалки.
И наконец в последнее время предложен новый привлекательный способ, позволяющих утилизировать практически все оставшееся количество неиспользованных полимерных отходов, выбрасываемых на свалки. Он заключается в использовании таких отходов для изготовления дорожного покрытия. Пластиковый мусор является острой проблемой многих развивающихся стран, например Индии. Пластиковые коробки и пакеты в городах Индии можно увидеть повсюду, особенно в бедных кварталах – в переулках, на улицах и площадях. Вследствие высокой засоренности Индии полимерными отходами, компания JUSCO предложила вводить такие отходы в композицию асфальтобетона и использовать для прокладки дорог.
Первым этапом является сбор и селекция отходов пластиков. Отходы, использующиеся в строительстве дорог, это обычные полимерные упаковки, состоящие из ПЭ, ПП или ПС, а также резина использованных протекторов. При этом используют лишь один определенный тип полимера, поскольку введение смеси разнородных полимеров в асфальтобетон ухудшает свойства дорожного покрытия. Выбранный полимерный материал очищается, высушивается и измельчается. Измельченный пластик смешивают и плавят при температуре около 170oC. Затем добавляют горячий расплав битума и смешивают с расплавленным пластиком. После этого расплав полимерно-битумного связующегл смешивают с минеральные заполнителями в нужном соотношении, и полученную композицию укладывают на дорожную основу с помощью обычного укладчика.
Обычно материалом для покрытия дорог является асфальтобетон, содержащий 5-9% битумного связующего и минеральные заполнители – щебень, гравий, песок, известняк и некоторые другие компоненты. Протяженность дорог Индии составляет 4 млн. км. Если необходимо отремонтировать или дополнительно прокладывать еще 10% дорожного полотна в год, добавляя в композицию асфальтобетона лишь 1% полимерных отходов, то можно утилизировать порядка 10-15 млн.т таких отходов, и таким образом в значительной степени освободить Индию от пластикового мусора. Австралия и некоторые африканские страны также освоили и внедрилии эту технологию.
Предлагаемая технология имеет ряд преимуществ. Использование отходов пластиков в асфальтобетоне позволяет снизить количество дорогого битума и удешевить дорожное строительство. Дороги на основе полимеро-битумных композиций имеют лучшую износостойкость, чем стандартные асфальтобетонные дороги. Они водостойки, лучше поглощают звуки имеют большую гибкость, что предотвращает растрескивание полотна и уменьшает необходимость в его техническом обслуживании и ремонте.
Голландская компания Volkerwessels выдвинула принципиально новую концепцию — строить дороги полностью из отходов пластиков, таких например как ПЭТ и некоторых других. Разработчики этой идеи считают, что строительство дорог может стать более эффективным, поскольку пластиковые дороги могут быть созданы в виде отдельных блоков, которые могут быть легко, просто и быстро заменены в случае повреждений.
Однако компания Volkerwessels пока еще не реализовала свою идею на практике. Кроме того, сведения о рентабельности полимерных дорог пока отсутствуют. Основная трудность состоит, по-видимому, в более низких механических свойствах пластиковой дороги по сравнению с асфальтобетонныой или композитной дорогами, поэтому такая концепция может быть использована лишь для строительства дорожек для пешеходов и велосипедного транспорта.
Иллюстрация: PromZn.ru
Виды пластиковых отходов
.
