廢塑料的環(huán)境污染及處理

1廢塑料：世界垃圾中的垃圾在現代社會，塑料通過其良好的性能而被廣泛使用，但塑料的廢棄也無法避免，這給我們的生活環(huán)境帶來了許多負面影響。從全球來看，塑料垃圾已占全球垃圾的8%，占海洋漂浮物的60%以上。我國廢塑料占世界的10%，大約為500～600萬t。其中，北京市廢塑料占城市垃圾的5%，而且每年以48%增長率增加。沿海城市的塑料在垃圾中的比例更高，約為8%～10%，已達到發(fā)達國家水平2中國廢塑料的組成和危害2.1由塑料組成塑料的主要化學成分是高分子碳氫化合物，密度一般很小，僅為鋼的14%～25%，鋁的50%左右2.2對景觀的破壞廢塑料對環(huán)境主要有兩種危害，即“視覺污染”和“潛在危害”?！耙曈X污染”是指散落在環(huán)境中的廢塑料制品對市容、景觀的破壞。在大城市、旅游區(qū)、水體、鐵道旁散落的廢塑料給人們的視覺帶來不良刺激，影響城市、風景點的整體美感，損害國家和國民的形象。目前人們已經對塑料的“視覺污染”有了比較深刻的認識?！皾撛谖：Α眲t是指廢塑料制品進入自然環(huán)境后難以降解而帶來的長期的深層次環(huán)境問題。其具體表現為以下幾個方面。2.2.1農作物降壓藥廢塑料制品混在土壤中不斷累積，會影響農作物吸收養(yǎng)分和水分，導致農作物減產。漂浮在長江中的塑料制品給水源取用帶來很大困難，造成泵抽空和堵塞，給工業(yè)生產和水電站造成巨大損失。如葛洲壩水電站，每天因清理漂浮的塑料垃圾，停機損失發(fā)電200000kW.h。2.2.2細胞健康危害包裝食物、飲料的塑料包裝袋是蚊蠅和細菌賴以生存和繁殖的溫床，極易引起病菌傳播，導致公眾身體的健康受到危害；廢棄塑料在高溫下分解的有毒物質會損害人體的肝臟、腎臟、生殖系統(tǒng)、神經系統(tǒng)。陸地上或水體中的廢塑料制品，被動物當作食物吞入，塑料袋在動物胃里消化不了，導致動物腸胃肌體損傷和死亡。2.2.3土地被長期占用進入生活垃圾中的廢塑料制品，若將其填埋，在自然環(huán)境下腐爛掉得需大約200年，這將導致大片土地被長期占用，加劇了土地資源的壓力。由此可見，廢塑料不僅對環(huán)境衛(wèi)生、農業(yè)發(fā)展造成不良影響，也將給人們的身心健康構成一定的威脅。因此，如何有效處理和利用廢塑料是目前亟待解決的問題。3廢塑料再生利用方法和機理目前國內外處理廢塑料的方法眾多，有堆積和填埋、焚燒、再生利用、裂解和降解等。堆積和填埋即將廢塑料集中堆放或挖地坑掩埋。這種方法不需對廢塑料進行分類和預處理，直接進行填埋，但在地勢比填埋場較低的地方會有一些有毒物質滲出造成二次污染，而且占地面積比較大，地表處理費用高，填埋廢物所蓄存的能量得不到利用。焚燒即是將廢塑料裝入焚燒爐中單純燒掉或用于加熱鍋爐或發(fā)電。該方法最明顯的優(yōu)點是有卓越的減量化效果，通常垃圾焚燒技術可使處理的垃圾減重80%和減容90%以上廢塑料再生利用可分為簡單再生和改性再生。簡單再生指回收的廢塑料制品經過分類、清洗、破碎和造粒后直接進行成型加工，如聚氯乙烯廢硬質板材、管材等經過上述處理后可以直接拉成管材用于建筑中的電線護管，其工藝簡單，一般生產低檔次的塑料制品；而改性再生是指通過機械混合或化學方法進行改性，如經過增韌、增強復合活性粒子填充和氯化等作用或手段使再生制品的力學性能得以改善或提高。塑料的再生利用必須對廢塑料進行預處理，且對廢塑料的品種有嚴格的要求，工藝復雜、技術含量較高，投資成本大。廢塑料裂解是將廢塑料進行高溫（600℃～900℃）隔氧或缺氧深度分解，得到化工原料，此過程中發(fā)生較為復雜的化學反應，技術要求較高。將廢塑料裂解制備燃料油（汽油、柴油和液化氣）的技術比較成熟，德國的Veba法和日本的富士回收法等技術較為先進，我國則限于小型生產規(guī)模的工業(yè)試驗。以上幾種方法屬于“善后處理”型的，而降解則屬于“善前處理”型，降解有光降解、微生物降解或兩者兼而有之等之分。光降解和微生物降解的是指在樹脂中添加光敏劑或用接枝改性技術獲得樹脂-淀粉的接枝共聚物，其降解機理是當聚合物鏈吸收紫外線時有秩序地進行光降解，繼而通過分泌酶的微生物和細菌作用而進一步進行生物降解，這一類屬于兩者兼而有之的。而光降解和微生物降解則只具有其中的一個環(huán)節(jié)。不論是哪一類，在自然界中它們都很難在短期內降解或完全分解成水和二氧化碳，也正是因為其降解性導致不能回收，可能會產生新的困難，所以這種方法的應用不是很合理。根據資料3.1原料供應充足廢塑料資源豐富，它不像煤和油等有限資源用了多少就減少多少，要恢復燒掉的煤和石油需要一個極其漫長的時期，廢塑料每天都在產生，因此原料的供應不是問題。3.2地下水廢水處理堆積是一種最簡單的處理方法，但堆積會占用大片土地，使城市被垃圾包圍不僅造成地下水和地表水的污染，同時也制約城市的發(fā)展。填埋是一種有效處理固體廢塑料的方法，但是塑料不易壓縮，化學性質穩(wěn)定不易降解也意味著占用大量的填埋空間，也會造成地下水的污染。再生利用其污染排放量比原生塑料低得多，但多數再生利用的企業(yè)屬于中小型，技術落后，布局分散，不利于環(huán)境管理和監(jiān)測，同樣會對人的健康造成污染和損害。裂解的技術含量比較高，推廣困難。降解工藝對塑料的分類要求高，技術尚未成熟。由于塑料與重油的燃燒熱值相似，所以可以采用焚燒廢塑料進行熱量利用，如發(fā)電和鍋爐燒水等，但是一般的焚燒會產生有害氣體，更為嚴重的是產生二口惡英等劇毒物,但是通過高爐噴吹方式就不會產生二口惡英，因為二口惡英在高溫下常常大部分會分解,如果煙氣出爐溫度高于800℃、且煙氣在爐內停留時間大于2s時,99.9%的二口惡英會分解3.3高爐噴吹廢塑料堆積和填埋根本不存在能量利用和再生利用，焚燒中如果單純把廢塑料放入焚燒爐中燒掉也沒有回收利用，如果作為供熱和發(fā)電時的熱利用率也僅有30%～40%，而廢塑料在高爐中的熱利用率高達80%，所以，高爐噴吹廢塑料在所有處理技術中利用率是很高的3.4白色污染的治理模式高爐噴吹廢塑料的應用必將給冶金企業(yè)提供廉價的燃料能源，同時也給“白色污染”的治理開辟新路線，這很明顯有潛在的經濟效益和社會效益。嚴格來說，它屬于焚燒的范疇，是比較合理的廢塑料處理方法，基本滿足廢塑料處理的“三化（無害化、資源化和減量化）”原則。4高爐焦炭的主要原料高爐噴吹廢塑料處理廢棄塑料是一種新型的處理方法，其熱利用效率高達80%，其中有50%作為還原劑被利用，這是其它方法無法進行比較的，就是在焚燒爐中作為傳熱和發(fā)電時的利用率也只有30%～40%焦炭是高爐煉鐵的能源和還原劑，是煉鐵工業(yè)不可缺少的主要原料。在煉鐵工業(yè)的實踐中，人們?yōu)榱私档蜔掕F成本，采用噴吹煤粉代替部分焦炭的工藝，這早已是一項成熟的技術。目前，我國寶鋼已達到每噸鐵水噴吹200kg煤粉的水平。世界先進國家每噸鐵水噴吹煤量遠大于我國。而被稱為“白色污染”的廢塑料和煤的化學組成基本相同，主要成分都是碳氫化合物。將廢塑料分類、清洗、干燥等處理后，制造成粒徑為6mm的顆粒，可以代替部分煤粉用于高爐煉鐵。噴吹進高爐的廢塑料粒子在爐內高溫和還原氣氛下，被氣化成H風口區(qū)：氣體上升過程：式中：Q而且，廢塑料在氣化中產生的H5高爐噴吹廢塑料國外對高爐噴吹廢塑料的研究其起步比較早，德國和日本已經實現工業(yè)化。德國的不萊梅鋼鐵公司是第一家把高爐噴吹廢塑料的設想付諸實施的廠家收集→分選→粉碎→磁選去金屬→再粉碎→再中間磁選去金屬→造?！郀t料倉。最后一般要求粒度小于6mm。它的試驗結果表明：廢塑料的熱利用效率達80%以上；廢塑料與焦炭的配置比為1:1；噴吹量為200kg/t.h,CO與國外相比，我國在高爐噴吹廢塑料這方面實際上還處于理論研究階段，很多工作者做了大量的可行性研究，現就其中的一些作簡要介紹。張崇民等對6種廢塑料的燃燒過程進行了實驗室研究，并計算出它們的動力學參數。研究結果表明：這些樣品的燃燒符合一級反應規(guī)律，低溫段活化能低于高溫段活化能6高噴軸技術的新課題6.1高爐噴吹廢塑料技術國內外研究結果均表明：高爐噴吹過程中必須嚴格控制氯含量；對噴吹的廢塑料有一定的粒度要求，粒度過大，塑料的表面積變小，與熱空氣的接觸表面即燃燒表面相對較小，在風口前的有限時間里可能會出現反應不充分的現象，所以燃燒效果不好，從而影響塑料的燃燒率和還原效果；粒度過小，容易阻塞噴槍。由于噴槍槍口與風口高溫區(qū)接觸，其溫度也是相當高的，假如廢塑料的粒度很小的話，它們可能會在還沒有來得及被噴入風口的時候就可能在噴槍內軟化，粘結在噴槍內壁，嚴重時堵死噴槍。為此本文提出了高爐噴吹廢塑料新思路，即煤與廢塑料共熔噴吹技術，以期能為解決這一問題提供一些理論依據。該技術基本工藝流程如圖1所示。該工藝流程主要分為以下幾個步驟：6.1.1對收集的廢塑料進行分類，將含氯（主要為PVC）選出，可以通過重力或其它方式完成。6.1.2將收集和分類好的廢塑料破碎到一定的粒度。6.1.3預熱粗煤粉。6.1.4將粗破碎的廢塑料均勻混入預熱煤粉里并與其熔融，然后自然冷卻到一定的溫度。6.1.5將煤與廢塑料共熔體粉碎到達到高爐噴吹的粒度要求后噴入高爐。6.2煤與廢塑料共熔噴吹的對比煤與廢塑料共熔噴吹技術與傳統(tǒng)高爐噴吹廢塑料技術相比，具有有以下優(yōu)點：6.2.1煤與廢塑料共熔噴吹只需要簡單對廢塑料分選洗滌后，直接混入預熱的煤粉中，然后自然冷卻后進入傳統(tǒng)的煤粉粉碎系統(tǒng)，避免了在傳統(tǒng)噴煤高爐的基礎上需要添加塑料分選、洗滌和破碎一整套設備．6.2.2煤與廢塑料共熔噴吹技術不是破碎后混合，而是混合后破碎，在破碎機里既達到了破碎的目的，同時也達到均勻成分的效果，這種方式絕對比分別破碎后從不同的噴口噴入高爐這種傳統(tǒng)方式的熱和成分的均勻性高得多，因為它的原料均勻性高，不至于由于成分的偏析而影響高爐爐況正常運行，提高了爐況的穩(wěn)定性和生產的連續(xù)性6.2.3煤與廢塑料共熔噴吹技術的塑料和煤是一起進行破碎的，粒度均勻性很高，運用傳統(tǒng)的噴槍就行，而傳統(tǒng)高爐噴吹廢塑料和煤粉的粒度有很大的差別，所以需要兩種噴槍進行分別噴吹，然而單獨噴吹廢塑料時候如果粒度不恰當會出現塑料粘結槍口，嚴重時產生噴槍阻塞現象而對生產造成威脅?？傊?，煤與廢塑料共熔噴吹技術比傳統(tǒng)高爐噴吹廢塑料技術的基建投資少，流程簡單，煤與廢塑料的混合均