Переработка отходов полимеров

Двадцатый век - век научно-технического прогресса. В тот период объем производства вырос более чем в сто раз благодаря значительному расширению научных открытий и внедрения их в новейшие технологии. Весомый вклад в новые технологии внесли и химические и биологические науки. На базе их открытий были созданы новые материалы из синтетических полимеров, которых ранее не было на Земле. По своим свойствам эти материалы настолько хороши, что вошли буквально во все сферы жизни человека, стали совершенно незаменимыми и абсолютно необходимыми. На примере нескольких видов материалов можно посмотреть, насколько велик спектр выпускаемых на их основе продуктов.

· Полиэтилен (1-е место в мире по объему производства): пленки и пакеты, волокна (веревки, тросы), тара (бутылки, медицинская посуда), трубы, сифоны для сантехники, игрушки

· Полипропилен (2-е место): панели и бамперы для автомобилей, стенки и полки холодильников, особо прочная медицинская посуда, шприцы, изоляционные материалы, покрытия, посуда

· Полиэтилентерефталат (3-е место): упаковочные бутылки (для напитков), искусственные волокна - полиэстер (куртки, колготки, рубашки и проч.), тросы крепежные

· Полиамид: чулки, носки, куртки, рубашки, шестеренки, втулки, лыжи, тросы, шланги

· Поливинилхлорид: синтетическая кожа, оконные рамы, строительная фурнитура

· Полистирол: корпуса телефонных аппаратов и телевизоров, панели приборов, мебель, ванны, посуда, игрушки, упаковки, авторучки

· Полиуретан: шланги для ванн, катетеры, бамперы, ролики, шины, колеса, амортизаторы, звукоизоляция, клеи, оконные рамы, двери, лыжи, подошвы обуви

Сегодня в мире выпускается ежегодно около 130 миллионов тонн пластмасс с годовым приростом в 10 процентов. Однако, наряду с положительными качествами, у этих синтетических продуктов есть один существенный недостаток - они, в отличие от многих природных материалов, выполнив свои функции, не уничтожаются достаточно быстро под действием света, тепла, микроорганизмов, а продолжают существовать в виде долгоживущих отходов, причиняя в некоторых случаях непоправимый ущерб живой природе. Существуют также многие другие виды отходов человеческой жизнедеятельности. Переработка и утилизация отходов является сложной и многофакторной экологической, технологической и экономической проблемой. Особенно актуальна эта проблема в крупных городах с большой плотностью населения. Например, в Париже и Санкт-Петербурге количество собираемых отходов составляет порядка 600 кг в год на одного жителя, в Москве превышает 1 тонну.

Лишь незначительная часть твердых бытовых отходов (ТБО) большинства крупных городов перерабатывается на мусоросжигательных заводах, остальные вывозятся на полигоны (свалки), расположенные за десятки километров от городов, причем площади для этих целей практически исчерпаны. Известно также, что свалки являются источником загрязнения окружающей среды (ПДК превышаются в 1000 и более раз). Захоронение отходов на свалках требует отчуждения больших территорий и их дорогостоящего обустройства. Во всем мире идет активный поиск технологий и оборудования для переработки и утилизации отходов при соблюдении современных требований экологии, ресурсосбережения и экономической эффективности. В настоящее время в Москве промышленной переработке подвергается не более 5% собираемых твердых отходов.

Полимеры, по отношению к твердым бытовым отходам (ТБО), составляют 10-15%. Однако уничтожение полимерных отходов оказалось не менее сложным и дорогостоящим, чем их производство, и человек пошел и пока продолжает идти по наиболее простому пути - складируя эти отходы вместе с другим мусором на поверхности Земли и таким образом создавая новые грандиозные творения своих рук - свалки. Каждый член человеческого сообщества в настоящее время в год генерирует примерно 200 кг отходов (в США - 700 кг), из них 10 - 15% - полимерных, доля которых непрерывно возрастает, и если продолжать вывозить отходы на свалки, в скором времени человек создаст совершенно новый пейзаж: все крупные населенные пункты будут окружены сплошным кольцевым валом, состоящим из захороненных отходов. Население земного шара увеличивается в год на полтора - два процента, а объем мусорных свалок - на 6%. Содержимое свалок, постепенно разлагаясь, отравляет окружающую среду продуктами распада, и, хотя полимеры и являются достаточно инертными компонентами мусора, они также постепенно разрушаются, выделяя опасные для живых организмов вещества, в том числе сверхтоксичные соединения диоксинового и фуранового ряда. Таким образом, чтобы продолжать использовать полимерные материалы во все возрастающих количествах, человечество должно незамедлительно разработать эффективные методы утилизации.

1.Основные направления утилизации и обезвреживания отходов полимеров

Полимеры широко используются в мире, как для упаковочных материалов, так и для изготовления товаров народного потребления, в том числе и строительных материалов. Упаковка родилась еще до всякого производства. Первоначально она была одноразовой. Однако по мере перехода к цивилизации доля многоразовых вместилищ непрерывно росла. Исходными ее функциями были транспортировка и хранение: с жидкостями и сыпучими телами обращаться без помощи тары вообще невозможно. Упаковка превратилась в средство производства - пребывание в ней продукта в течение определенного срока стало необходимой технологической операцией. Но победа товарной экономики возложила на упаковку совсем новую миссию, ставшую в наше время чуть ли не главной - рекламу и продвижение. Упаковка стала лицом товара. Отныне основными требованиями к ней стали привлекательность и узнаваемость. Однако за все приходится платить. В одной только Германии 10 лет назад производилось 20 млн. пластиковых стаканчиков для йогурта ежедневно. В 1990-х годах европейские страны потребляли 100-150 кг одноразовой упаковки на душу населения в год. В США эта цифра приближалась к 200 кг. Однако дешевые и технологичные пластики оказались ксенобиотиками - веществами, неспособными включиться в природные геохимические циклы.

На воздухе и солнечном свету они еще кое-как разлагаются (следует заметить, что продукты такого разложения подчас создают больше проблем, чем исходный пластик), в лишенной же кислорода и ультрафиолетовых лучей толще мусорной свалки сохраняются вечно. Конечно, практически все полимеры горючи, и одно время развитые страны сделали ставку на мусоросжигательные заводы, позволявшие не только избавляться от отходов, но и получать дополнительную энергию. Но оказалось, что добиться гарантированного полного сгорания мокрого, грязного, перемешанного с пищевыми и прочими отходами пластика невозможно даже с кислородным поддувом. Неполное же сгорание превращает такой завод в постоянный источник целого букета уникальных токсинов и канцерогенов (особенно при сгорании хлорсодержащих пластиков, составляющих огромную долю упаковочного материала). Вдобавок горячие газы увлекают с собой в атмосферу массу вредных веществ - в частности, тяжелых металлов.

Из всех выпускаемых пластиков 41 % используется в упаковке, из этого количества 47 % расходуется на упаковку пищевых продуктов. Удобство и безопасность, низкая цена и высокая эстетика являются определяющими условиями ускоренного роста использования пластических масс при изготовлении упаковки. Упаковка из синтетических полимеров, составляющая 40 % бытового мусора, практически "вечна" - она не подвергается разложению. Поэтому использование пластмассовой упаковки сопряжено с образованием отходов в размере 40…50 кг/год в расчете на одного человека. В России предположительно к 2010 г. полимерные отходы составят больше одного миллиона тонн, а процент их использования до сих пор мал.

Учитывая специфические свойства полимерных материалов - они не подвергаются гниению, коррозии, проблема их утилизации носит, прежде всего, экологический характер. Общий объем захоронения твердых бытовых отходов только в Москве составляет около 4 млн. т в год. От общего уровня отходов перерабатывается только 5…7 % от их массы. По данным на 1998 г. В усредненном составе твердых бытовых отходов, поставляемых на захоронение, 8 % составляет пластмасса, что составляет 320 тыс. т в год. Однако в настоящее время проблема переработки отходов полимерных материалов обретает актуальное значение не только с позиций охраны окружающей среды, но и связана с тем, что в условиях дефицита полимерного сырья пластмассовые отходы становятся мощным сырьевым и энергетическим ресурсом. Вместе с тем решение вопросов, связанных с охраной окружающей среды, требует значительных капитальных вложений. Стоимость обработки и уничтожения отходов пластмасс примерно в 8 раз превышает расходы на обработку большинства промышленных и почти в три раза - на уничтожение бытовых отходов. Это связано со специфическими особенностями пластмасс, значительно затрудняющими или делающими непригодными известные методы уничтожения твердых отходов. Использование отходов полимеров позволяет существенно экономить первичное сырье (прежде всего нефть) и электроэнергию.

Проблем, связанных с утилизацией полимерных отходов, достаточно много. Они имеют свою специфику, но их нельзя считать неразрешимыми. Однако решение невозможно без организации сбора, сортировки и первичной обработки амортизованных материалов и изделий; без разработки системы цен на вторичное сырье, стимулирующих предприятия к их переработке; без создания эффективных способов переработки вторичного полимерного сырья, а также методов его модификации с целью повышения качества; без создания специального оборудования для его переработки; без разработки номенклатуры изделий, выпускаемых из вторичного полимерного сырья.

Другим путем борьбы с отходами полимеров является превращение их во вторсырье. Однако первое, что для этого надо - разделить их, что не всегда возможно даже теоретически. Так, ламинированный картон нельзя разделить на целлюлозу и полиэтилен, а придумать способ его утилизации целиком до сих пор не удается.

Поиски решения сегодня ведутся по всем направлениям сразу:

· раздельный сбор с последующей утилизацией совершенствование "огненного погребения" мусора

· безопасное захоронение с последующей рекультивацией свалки до состояния "зеленой лужайки"

· разработка материалов, которые после нарушения целостности будут быстро распадаться на безопасные соединения

· возвращение к бумаге и картону

Каждый из этих путей имеет перспективы, но каждый требует дополнительных расходов. Например, в алюминиевые банки с пивом на долю упаковки приходится до трех четвертей розничной цены.

В годы реформ Россия принялась наверстывать упущенное - производство упаковки в стране непрерывно растет с 1993 года, да и объемы импортной упаковки весьма велики. Однако импортировать современную упаковку или даже линию для ее изготовления оказалось несравненно проще, чем культуру обращения с ней - от технологии отбеливания макулатуры до психологической готовности граждан возиться с разделением бытового мусора. И хотя объемы потребления упаковочных материалов в России до сих пор отличаются от европейских в несколько раз (впрочем, это в среднем по стране - московская агломерация, к примеру, уже достигла европейских показателей), проблема их последующей утилизации стоит тут не менее остро. В Европейской России все лесные массивы и реки замусорены пластиковыми бутылками.

    Другие статьи

    Содержание тяжелых металлов в высших водных растениях водоемов города Гомеля
    Ключевые слова: медь, марганец, свинец, макрофиты, водные растения, накопление, поверхностные воды, донные отложения. Объектами исследований являлись высшие водные растения водоемов горо ...

    Круговорот веществ и устойчивость природных экосистем
    Экологическая система - единый природный или природно-антропогенный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные экологические компоненты соединен ...

    Методики биотестирования
    Методика Н.С. Строганова [51] Основные положения: Острый опыт. Предлагаемый метод позволяет определить острую токсичность: а) сточных вод отдельных цехов предприятий, включая условно- ...