Переработка пластика: основные способы утилизации отходов

Переработка пластика — это процесс трансформации пластиковых отходов во вторичное сырьё, энергию, а также  продукцию с определёнными потребительскими свойствами. В современном мире вопрос об утилизации пластиковых отходов стоит очень остро. Это полиэтиленовые пакеты,  упаковочная пленка, стройматериалы, ПЭТ-бутылки, игрушки и многое другое.

К сожалению, в большинстве регионов нашей страны нет возможности своевременно утилизировать такой мусор, поэтому  он быстро накапливается на городских свалках. Накопление таких отходов может привести к сильным загрязнениям окружающей среды из-за длительного периода разложения и выделения токсичных испарений при нахождении в открытом пространстве.

Только качественная переработка поможет спасти природу и улучшить экологию в мире.

Зачем перерабатывать пластик

Все существующие отходы можно разделить на две категории:

• Органические. Под действием тепла, света, влаги разлагаются и перегнивают, тем самым обогащая почву (другими словами компостируемые отходы).
• Неорганические. Не разлагаются в естественной среде и требуют дополнительной переработки человеком (пластик, стекло, отдельные виды текстиля и другие).

Именно для сохранения экологии и защиты окружающей среды так важно перерабатывать пластик.

Можно отметить еще  несколько значимых причин для этого:

• уменьшение общего объема отходов, которые привозят на полигон;
• сохранность экосистемы;
• правильное распределение природных запасов;
• уменьшение зависимости производственных мощностей от объема добычи природных ресурсов;
• открытие новых заводов по сортировке и переработке полимеров – соответственно, появление новых рабочих мест и дополнительных возможностей для населения;
• стимуляция экономического роста.

Сбор пластиковых отходов

Почти во всех развитых странах сбор мусора осуществляется раздельно – пластик отделяют от основного мусора и выбрасывают такие отходы в отдельный контейнер. Это можно назвать первым шагом в сортировке, в котором принимает участие каждый человек. Так, мы можем отделить основную массу вторичного сырья от не перерабатываемого мусора.

Если мы с вами хотим  уберечь нашу природу от загрязнений и сократить количество бытовых отходов, давайте начнем приобретать продукты в одноразовой упаковке и после их употребления сдавать тару на переработку, выбрасывая ее в специальные, обозначенные маркировкой, контейнеры.

Некоторые города работают по  муниципальным программам по сбору и переработке пластмасс. Городские службы собирают и перевозят пластиковые отходы на специализированные перерабатывающие предприятия.

Сбором пластика занимаются организации, которые осуществляют непосредственно его переработку и утилизацию. Далее сортировка проходит на предприятиях, где отходы  распределяют по группам в зависимости от материала.

Например,  Всемирный фонд дикой природы (WWF), проводит мероприятия по сбору пластика с целью последующей переработки изделий.

Существуют узконаправленные компании, занимающиеся сбором и переработкой пластиковых изделий и отходов (на региональном  и международном уровне).

Сортировка и маркировка пластика для переработки

После сбора на заводе следует дальнейшая сортировка – мусор разделяют в зависимости от типа пластика. Известно много видов с различными свойствами, требующие определенных условий для обработки. Самые распространенные виды пластмассы обозначаются аббревиатурой PET (полиэтилентерефталат), HDPE (высокомолекулярный полиэтилен), PVC (поливинилхлорид), LDPE (низкомолекулярный полиэтилен) и PP (полипропилен).

Пластмассу привозят на специальные пункты сбора, где проходит сортировка по видам пластика.

Сортировка, как правило, проходит вручную или автоматически с помощью специализированных машин.

• Ручная сортировка. Пластиковые отходы разделяют на группы по типам пластика, используя специальные маркировки и обозначения на упаковке. После этого происходит упаковка каждого вида пластика в отдельные мешки или специальные контейнеры для переработки пластика.
• Автоматическая сортировка. Используется специализированное оборудование, распознающее вид пластика по его физическим свойствам и цветовому диапазону. Материал попадает на конвейерную ленту, где происходит облучению ультрафиолетом для определения прозрачности (непрозрачности). Далее необходимо прохождение через систему камер, которые анализируют цвет и форму поступившей пластмассы, и сортировка по контейнерам в зависимости от типа пластика.

Маркировка помогает определить тип пластика, его свойства, возможность переработки и степень биоразлагаемости. Выделяют  7 видов материала. Возможна переработка всех отходов, кроме №3 и №7.

Не все заводы принимают пластик от бытовой мебели, трубы, изоляторы от проводов и непищевую тару. Не подлежат сбору и утилизации изделия, происхождение которых установить не удалось.

Основные способы переработки

Для повторного использования пластика он должен пройти определенную обработку, его переплавляют на изготовление новой тары, игрушек или изделий для бытового или профессионального использования. После сбора и сортировки отходы отправляют для производства нового материала.

В настоящее время выделяют несколько способов переработки полимеров.

Механический метод (механический рециклинг пластмасс)

Первичная (механическая)  переработка представляет собой механические процессы, при которых пластиковые отходы перерабатываются в новые продукты путем физического изменения формы или размера материала, без изменения его химического состава.

Выделяют следующие стадии механического рециклинга пластмасс:

• Измельчение. Отходы измельчаются в шредерах или дробилках (реже в мельницах), чтобы получить более мелкие фракции. Измельченная пластмасса используется в качестве сырья для производства новых изделий.

Обычно измельчение используют перед дальнейшим расплавлением пластмассы для получения качественного материала.

Для формовки подходят только термопластичные полимеры, которые при воздействии высоких температур и пресса сохраняют молекулярный состав и принимают необходимую форму.

• Плавление (экструзия). Измельченная пластмасса нагревается, плавится, проходит через специальные формы (шнеки) для получения новых форм.
• Формование (прессование). Пластмасса разогревается, заливается в формы, где под давления принимает новую форму, затвердевает, образуя новые изделия.
• Инъекционное формование. Пластмасса нагревается, впрыскивается под высоким давлением в специальные формы, где затвердевает, принимает новую форму (при производстве пластиковой продукции высокой сложности – деталей автомобилей, бытовой техники).
• Вакуумное формование. Материалы нагреваются, заливаются в форму, после этого создается  вакуум, который вытягивает массу, придавая ей новую форму (в отраслях автомобильной промышленности, изготовлении упаковки, строительстве, производстве бытовой техники).
• Гранулирование. Сырье подается в спец. оборудование – грануляторы. Это дробилки или шредеры, в которых отходы измельчаются на мелкие части определенного размера (гранулы выходят через фильтры или сито).

Современные установки для получения вторсырья лучшего качества включают дополнительные этапы: сортировку и распределение на однородные фракции, переплавку и изготовление однородных гранул (аналогично работе мясорубки).

• Агломерация. Применяется для пленочных и других эластичных отходов (пакеты, упаковки). Сырье загружается в камеру с вращающимся барабаном с ножами, после чего весь материал режется на равные части.

Термический метод

Для разложения полимерных отходов иногда применяются термические методы, при которых сырье под воздействием тепла распадается на несколько частиц.

Для термической обработки сырье загружается в печь (даже без предварительной сортировки и очистки), где на него воздействует высокая температура и ускоряет его разложение.

Самые распространенные виды термического воздействия:

• Сжигание (распространенный способ утилизации пластмассы). При таком методе выделяются вредные частицы, попадающие в атмосферу.

Установленные фильтры  улавливают крупные частицы, однако эти фильтры сложны в производстве и использовании и не всегда обеспечивают необходимую степень очистки.

Пластмассы содержат множество добавок и пигментов, в состав которых входят соли тяжелых металлов. При температуре более 700 °С они переходят в газообразное состояние, и их последующее улавливание чрезвычайно затруднено.

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

• Пиролиз отходов из пластика – термическое разложение органических веществ с учетом  отсутствия кислорода для получения полезных продуктов. Более безопасный метод, чем сжигание для окружающей среды, потому что горение происходит в ограниченной камере с откачанным кислородом.

При температурах до 600 °С образуются жидкие продукты, а выше 600 °С — газообразные. В твердом остатке происходит образование технического углерода и соединения металлов. Пиролиз позволяет переработать смешанные и загрязненные отходы. В отличие от сжигания, дает возможность получать промышленные продукты, используемые для дальнейшей переработки.

Процедура проводится в трех температурных режимах:

• до 350 °C – это крекинг, когда меняется октановое число у горючего или у новых полимеров;
• 450-900 °C – полное сжигание продукта с выделением большого количества тепла;
• более 900 °C – аналогичный процесс, в ходе которого образуется минимум твердого осадка.

Химический метод

Вторичная переработка (химическая) представляет собой процессы, при которых пластиковые отходы подвергаются химическому разложению или трансформируются в более простые соединения. Химические способы чаще направлены на использование ПЭТ-отходов потребления, которые потеряли основные  свойства и усложнили процесс  для переработки материальными способами.

Отходы помещают в специальный резервуар, в котором проходят химические реакции. Добавляют  жидкости и катализаторы, ускоряющие процесс разложения,  в результате чего можно получить продукты вторичной переработки, которые отправляют на производство новой пластмассы.

К химическим способам переработки полимеров относятся:

• Гидролиз. Метод, основанный на расщеплении полимеров при наличии воды и кислоты с единовременным нагревом реактива  до высоких температур. Пластик расщепляется на мономеры, которые могут применяться для синтеза новых полимеров.
• Метанолиз. Метод взаимодействия отходов пластмассы с метанолом в присутствии катализаторов, что способствует разложению материала на мономеры, метанол. Мономеры используют для производства новых пластиков, а метанол - рециклирован и применен повторно в процессе.
• Сольволиз. Метод воздействия на пластик растворителями и катализаторами при определенных значениях давления и температуры. В качестве катализаторов используют спирты и сверхкритические жидкости.
• Гликолиз. Воздействие на полимер специальными спиртами с гидроксильными группами в составе. Полимер, полученный в результате гликолиза, нельзя использовать для производства изделий пищевого назначения.

Биологические методы

Использование биологических методов  утилизации полимеров – новый этап развития технологий. Применение метода затруднено необходимостью  производить полимерные товары с биологическими добавками. Наличие в составе полимеров биокомпонентов ускоряет разложение отходов в естественных условиях.

Для наиболее безопасной и быстрой утилизации создается среда с высокой концентрацией микроорганизмов, способных поглощать биополимеры.

Какое оборудование используют для переработки пластика

При обработке полимерных отходов обычно используется стандартное оборудование, позволяющее выполнить ряд операций: сортировку, очистку, измельчение, переработку, сушку. Выбор оборудования зависит от параметров производимой вторичной продукции, от того, какой пластик идет на переработку, от его состояния, требований к конечному продукту и другие факторы.

• Прессы для литья под давлением (пластиковые корпуса, бутылки, контейнеры).
• Экструдеры (трубы, профили, листы, пленки).
• Грануляторы (измельчения пластикового материала в гранулы или стружку).
• Шредеры (измельчение и раздробление пластиковых отходов).
• Мельницы (измельчения пластикового материала в порошок или мелкую стружку).
• Оборудование для переработки PET-пластика (дробилки для измельчения бутылок PET, мойки для удаления загрязнений и отходов, экструдеры и грануляторы для производства гранул PET).
• Оборудование для вакуумной формовки (пластиковые лотки, упаковочные контейнеры).
• Оборудование для сварки пластика - ультразвуковые сварочные машины, сварочные экструдеры, горячий воздух или лазерные сварочные установки (в производстве пластиковых труб, контейнеров).

А также используется следующее оборудование:

• конвейер для сортировки;
• моющие камеры;
• печи для сжигания или переплавки;
• прессы;
• сушилки;
• фильтры.