（环境科学专业论文）基于系统论的废旧轮胎资源化模型研究.pdf

基于系统论的废旧轮胎资源化模型研究东牛人学硕士学位论文 以确定其优先顺序，为后续研究提供依据。 该回收一再利用系统不仅充分考虑了系统的宏观层面的战略目标，即废旧轮 胎的回收与再利用的资源和环境的双重可持续发展，还着眼于微观层面的各主体 要素的目标与诉求，联系与协调废旧轮胎产生方、回收站、回收集散中心以及再 利用企业之间的物质流和信息流，因此该系统具有较高的现实可实施性和运行通 畅高效的优点。本文还从系统外部宏观环境的角度提出了法律、技术、经济和教 育四种政策措施。这些政策措施能夯实其生存和发展的基础，起到重要的支撑和 服务作用。在履行市场宏观调控职能时，如果政府能够正确和有效地运用它们， 就能真正地营造良好的外部宏观环境，使得系统健康地运行，为解决黑色污染问 题和高效优化资源配置，实现经济效益与环境效益共赢的环境管理目标起到至关 重要的作用，也为废旧轮胎资源化循环利用行业的可持续发展提供相关指导和建 议。 关键词：废旧轮胎：系统论；循环经济；系统模型：可持续力 r e c l a m a t i o nm o d e lo fv 泊s t et i r e sb a s e do ns y s t e mt h e o r y a b s t r a c t c h i n ah a sb e c o m em ew o r l d s1 a 唱e s tc o n s u m e ro fr u b b e rr e s o u r c e si n218 1 c e n n yh o w e v e r ，d u et ol a c ko fm b b e rr e s o u r c e s ，t h e 九j b b e ri n d u s 时i nc h i n ah a sa s 甜o u sd 印e n d e n c yf b 肌f o r e i 印i m p o n s a tt h es 锄et i m e ，t h er a p i dd e v e l o p m e n to f a u t o m o b i l ei n d u s 仃yl e a d st oa l a 昭en u m b e ro ft i r e sp r o d u c e da j l dd i s c a r d e di nc h i n a b e c a u s ed i 伍c u l tt od e g r a d e ，t l l ew a s t et i r e sw h i c hh a v ev e 巧h i 曲v a l u eb e c o m en e w p o l l u t a n ts o u r c e so fs o l i dw a s t e ，a i l dt h e ya r ek n o w na s “b l a c kp o l l u t i o n ”i th a l sa h u g er i s kt op e o p l e sh e a n ha n dt h eb u i l d i n go faha r r n o n i o u ss o c i e t y ：b u ti ti s o n e 。s i d e dt oo i l l yk g l l l i 曲t t h ed a i l g e ro fw a s t et i r e sa n di 鲈o r e l er e s o u r c e ，a n di t i n e v i t a b l ym a l ( e sa1 0 to fr e s o u r c ew a s t e n a t i o n a ls 仃a t e g yo fs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e l l tr e q u i r e s t h ee s t a b l i s h m e n to f r e c y c l i n g - b a s e ds o c i e t ya 1 1 dv i g o r o u sd e v e l o po fc i r c u l a re c o n o m yt oa c h i e v e “r e d u c e ”，“r e u s e a n d “r e c y c l e ( s i m p l y “3 r ) o fw 嬲t em a t e r i a l s s ot h eb e s tw a y t oa l l e a t em ec u r r e n t s h o r t a g eo fr u b b e rr e s o u r c e sa i l di m p r o v et 1 1 ee c o l o 百c a l e n v i r o 】【1 i i l e n ti sr e a s o n a b l er e c y c l i n ga 1 1 de 伍c i e n t - e u s i n go fw a s t et i r e s i nd e v e l o p e d c o u n t r i e s ，t h er e c y c l i n ga n dr e u s i n go fw a s t et i r e sh a v eb e e nc a m e do u tf o rm a j l y y e a r s t h e i r9 0 v e m m e n t se n c o u r a g et 1 1 ew h 0 1 es o c i e t yt ou s ew a s t et i r e s 舶e l y ，柚d 百v el e g a l ，t e c h m c a l ，e c o n o m i ca n de d u c a t i o n a lp o l i c ys u p p o r t 柚dg u i d a i l c e 1 1 1 e y a c h i e v eg o o dr e s u l t s i i lc o n n a s t ，t 1 1 ei n d u s 时o f r e c y c l i n ga n dr e u s i n go fw a s t et i r e s h a sl o wt e c l l l l o l o g y ，s c a t t e r e dm a l l a g e m e n t ，s m a us i z ea n dl o wr e s o u r c eu t i l i z a t i o ni n c h i n a f u r t l l e n n o r e ，t l l eg o v e m m e n th a sn o t 舀v e nt h er e l e v a n tp r e f e r e n t i a lp o l i c i e s a n d1 a w sa i l dr e g u l a t i o n st oe n c o u r a g ea i l dg u i d et h ew h o l ei n d u s t 阱t l ei n d u s 仃yi s s 丽o u s l yl a 画n gb 出n dt l l ed e v e l o p e dc o u l l t r i e sn o w t l l e r e f o r e ，i th a sp r a c t i c a l s i 鲥f i c a n c et os t u d yr e c y c l i n ga 1 1 dr e u s i n gs y s t e mn e t w o r ko fw a s t et i r c sa 1 1 d e v a l u a t i n gm e t l l o d so fr e s o u r c eo fw a s t et i r e s 1 t i o nt l l eb a s j so fn a t i o n a lp 0 1 i c yo fr e s o u r c e - s a v i n ga j l de n v i r o m e n t 衔e n d l y t h i s p a p e rr e s p e c t i v e l yd e s 田b e sv 撕o u sr e s o u r c i n gw a y sa 1 1 dc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n o fw a s t et i r e sa th o m ea 1 1 da b r o a d t h et h e o r yo fc i r c u l a re c o n o m yi se l a b o r a t e df 而m t h ep e r s p e c t i v eo fs y s t e mt h e o i yf o ri t i st h eb o t t l e n e c ki nt h ed e v e l o p m e n tt h a t r e c y c l i n ga i l dr e u s i n gs y s t e mn e t w o r ki sn o tp e r f e c ta n di n e f ! e i c i e n t ，t h i sp 印e r l e 锄s 如1 l yt h es u c c e s s m le x p 嘶e n c ea th o m ea 1 1 da b r o a d ，a j l dm a l ( e st h eb a s i cp m c i p l eo f b e i n gs y s t e m a t i c ，i n s t i t l l t i o n a l i z e d ，c o o p e r “v ea j l dl o w e s t a n dt h e nb a s e do ns y s t e m t h e o wa i l dc i r c u l a re c o n o m yt h e o r y t h er e c y c l i n ga j l dr e u s i n gs y s t 锄o fw a s t et i e r s a i l di t s r e s o w c i n gm o d e la r ee s t a b l i s h e d t h es t m c t u r e ，如n c t i o n ，o p e r a t i o n 锄d i n t e 鲥t yh a v eb e e ns t u d i e da j l dd i s c u s s e d t h i sp 印e ri n 们d u c e st 1 1 e c o n c 印to f “s u s t a i n a b l ea b i l i 妒t oe x p r e s s 廿l ew h o l ec o l l a b o r a t ee 伍c i e n c yo ft h e s y s t e mi n q u a n t i z a t i o n a n db u i l dm et r i a l l g u l a rp y r 锄i di nt l u e e - d i m e n s i o n a lq u a d 姗tb a s e d o ne n 唱yu t i l i z a t i o ni n d e x ，c a r b o ne m i s s i o nr c d u c t i o ni n d e xa j l de c o n o m i ce 伍c i e i l c y i n d e x t l l c nu s et l l ev o l u m ev a l u e st o c a l c u l a t es u s t a i n a b l ea b i l i t vo fv 撕o u s r e s o u r c i n gw a y st od e t e n n i l l ep r i o r i t ya j l dp r o v i d es u p p o r tf o rf o l l o w i n gr e s e a r c h t h i s s y s t e mn o to n l y m l l yc o n s i d e r st h e s y s t 锄sm a c r o - l e v e ls 仃a t e 百c o b j e c t i v e s ，n 锄e l y 廿l ed u a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fr e s o u r c e 锄de n v i r o n m e n t ，b u t a l s of o c u s e so nm eg o a l s 锄da s p i r a t i o n so fm a i ne l e i i l e n t s o n l em i c r 0 1 e v e l ， c o n t a c t sa i l dc o o r d i i l a t e sm em a t e r i a lf l o wa i l di n f o 册a t i o nn o wb e t w 嘲t i r e p r o d u c e r s ，r e c y c l i n gb i n s ，d i s t r i b u t i v ec e n 仃es t a t i o n sf o rr e c y c l i n g 柚dr e u s i n g t h u s t l l e s y s t e mh a st l l ea d v a l l t a g e so fb e i n gi m p l e m e n t e da i l dr u m i n gs m o o t h l ya i l d e 衔c i e n t l y f r o m l ev i e wo fo u t s i d em a c r o - e n v i r o l l l l l e n to fs y s t e m ，l e g a l ，t e c h i l i c a l e c o n o m i ca i l de d u c a t i o n a lp o l i c ym e a s u r e sa r ep u tf - o 州a r dt op r o m o t et h e h e a l t h ya i l d r 叩i dd e v e l o p m e n to fm es y s t e i l l t h e s ep o l i c i e sa i l dm e a s u r e sc a j lr e i n f o r c em eb a s i s o fi t ss u r v i v a la j l d d e v e l o p m e n t ，a n dm e yp l a ya ni i n p o r t a l l tr o l ei nt l l es u p p o r ta j l d s e i c e i i lc a r r y i n go u tt h e 如n c t i o n so fm a c r o - c o n t r o l i nm a r k e t ，m eg o v e m m e n t m a y u s et l l e m c o r r e c t l y 柚d e a e c t i v e l y t o t m l y c r e a t eaf a v o r a b l ee x t e m a l m a c r o 。e n v i r o 啪e n t ，m a k et l l es y s t e mr u n n i n gh e a l t l l ya i l dp l a yac r u c i a lr 0 1 ei n s o l v i n gm ep r o b l e n lo f b l a c kp o l l u t i o n ，o p t i m i z i n ge 伍c i e n t l yr e s o u r c ea l l o c a t i o na n d a 出e v i n gw i n w i no b j e c t i v e so fe n v i r o m e n t a lm a i l a g e i t l e n tb e 俩e e ne c o n o m i c t v b e n e 6 ta i l de n v i r o i l i l l e n t a lb e n e f i t ，a j l dp m v i d eg u i d a l l c ea 1 1 da d v i c eo f r e c y c l i n ga i l d r e u s i n gi n d u s t 叮o fw a s t et i e r sf o rs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t z h uj u n ( e n v i r o 胁e n t a ls c i e n c e ) l ( e yw o r d ：w 瓠t et i r e ；s y s t e mt h e o 叫；c i r c u l a re c o n o m y ；s y s t e mm o d e l ；s u s t a i n a b l e a b i l i t y v 基于系统论的废| h 轮胎资源化摸犁研究 东华大学硕：j ：学位论文 1 1 研究背景与意义 1 绪论 在发达国家的经济发展中，汽车工业起着重要支柱的作用，其原因是：在 产值和销售收入中，汽车工业占较大比重。汽车工业的发展必然会推动许多相 关工业部门的发展。因为汽车工业是综合性的组装工业，一辆汽车由千万种零、 部件组成，每一个汽车主机厂都有大量的相关配件厂，所以汽车工业和许多工业 部门具有密切的联系。汽车工业是高度技术密集型的工业，它集中着许多科学 领域里的新材料、新设备、新工艺和新技术【l 】。2 0 0 9 年上半年，中国汽车市场 销售量已跃居世界第一，占全球总消费量比例已达1 2 。到2 0 2 0 年，中国本 土汽车产量将达到2 0 0 0 万辆左右，其中两成产品将进入国际市场【2 1 。 在我国汽车工业飞速发展壮大的同时，伴随而来的废旧轮胎的产生量也越 来越大。目前，我国的轮胎总生产量已达到3 6 亿条以上，已经产生了大约2 5 亿条的废旧轮胎，与2 0 0 5 年的1 5 亿条相比，我国废旧轮胎已经增长近1 亿条【3 】。 “黑色污染”的产生是由于具有很强的抗物理机械性、抗热性、抗生物性而难以降 解的废旧轮胎被大量丢弃或者长期露天堆放【4 1 ，所产生的化学物质和有毒气体对 水体、土壤和大气造成了严重的危害，也极容易引发不安全的火灾事故。而另一 方面，废旧轮胎被人们称为“黑色金矿”，具有极高的利用价值。这是因为含有6 2 左右橡胶的废旧轮胎的完全回收与高效率的再利用，可以明显地缓解我国橡 胶资源的匮乏，尤其是消耗了我国6 5 以上的橡胶资源总量的高度依赖于橡胶 的轮胎产业更是需要大量的橡胶资源【5 】。可以说，橡胶是我国关系国计民生的一 项重要的国家战略性资源储备物资，其重要程度丝毫不亚于石油。此外，轮胎中 约1 6 的尼龙等合成纤维和2 0 的钢丝都是宝贝【6 1 ，可以广泛地应用于交通设 施、橡胶、建筑以及涂料等领域。因此，科学合理地资源化回收与再利用废旧轮 胎不仅对于防治“黑色污染”有着重大作用，而且对于积极有效地实现“减量化、 再利用、再循环”的循环经济发展目标、建立资源节约型社会和环境友好型社会、 促进国民经济的可持续性地又快又好发展都将起到积极的推动作用。 废旧轮胎的资源化回收与再利用，是我国建设资源节约型和环境友好型社 基于系统论的废旧轮胎资源化模型研究 会、实现可持续发展的重点任务之一。作者在了解国内外废旧轮胎资源再利用的 状况后，综合阐述循环经济的概念、原则、基本思想以及它与系统论的有机联系， 在此基础上建立一套废旧轮胎回收与再利用系统和基于该系统的资源化系统模 型，并且根据我国的国情，提出推进我国废旧轮胎的资源化回收与再利用产业发 展的法律、技术、经济和教育政策措施，以期为有关机构提供一些促进我国循环 经济长足发展的研究参考。 1 2 研究内容 论文在研究和比较国内外废旧轮胎处置现状的基础上，针对我国废旧轮胎的 回收量少，能源与资源的利用效率低以及回收与再利用行业中存在的问题，试图 采用基于系统论的循环经济思想对废旧轮胎资源的回收与再利用的过程进行分 析。论文内容框架设计如下： ( 一) 绪论：介绍论文选题的背景与意义、论文主要内容和技术路线； ( 二) 国内外废旧轮胎资源的综合利用现状：详细介绍以旧轮胎翻新和原形改制 利用为代表的废旧轮胎的直接利用现状、以再生胶生产和胶粉生产为代表的废旧 轮胎的再生利用现状、以热分解和热能利用为代表的废旧轮胎的热利用现状以及 国内外对废旧轮胎回收与再利用的管理情况； ( 三) 循环经济的概述：具体介绍循环经济的概念、国内外发展概况与“3 r ”基本 原则。总结循环经济研究的主要社会特点和技术特点，提出循环经济实施的基本 必要保障。着重阐述基于系统论的循环经济理论及其主要的系统性特征； ( 四) 废旧轮胎回收与再利用的资源化研究：介绍我国废旧轮胎回收与再利用行 业所暴露的主要问题基础。在阐述必要性、原则和基本思想后，构建废旧轮胎回 收与再利用系统，并且分析废旧轮胎回收与再利用系统的运行情况。再是构建基 于系统论和循环经济理论的废旧轮胎资源化系统模型，探讨如何强化该系统模型 的整体性，为废旧轮胎的资源化回收与再利用行业的可持续发展提供有价值的研 究参考。 ( 五) 废旧轮胎回收与再利用系统环境的调控与管理：阐述废旧轮胎回收与再利 用系统与外部宏观环境的相关性，并且从法律、技术、经济激励和教育方面提出 如何进行调控与管理系统的外部宏观环境的政策建议； 肇于系统论的废f h 轮胎资源化模型研究 ( 六) 结论：说明论文的主要研究结论，并指明存在的局限性，需要进一步努力 的方向，以进行后续研究工作。 1 3 本文研究创新点 本文的创新点在于： 用系统论思想来阐述循环经济理念，并且把基于系统论的循环经济思想应 用于废旧轮胎的资源化回收与再利用行业中进行研究探讨，建立并分析废旧轮胎 回收与再利用的系统和资源化系统模型，以及系统适宜的外部宏观环境，为废旧 轮胎资源化综合利用的深入研究提供参考。 引入可持续力( s u s t a i n a b l ea b i l i t y ) 的概念，来定量表示系统的整体协同效 益。并根据碳减排指数、能量利用指数和经济效益指数在三维象限内所形成的三 棱锥的体积值，计算各种资源化途径的可持续力大小，以确定其优先顺序，为后 续研究提供依据。 1 4 技术路线 1 概念、发展历程、特点 2 。3 r 原则 3 基于系统论的循环经济 1 构建系统的必要性、原则、 基本思想 2 系统的构建、运行 3 构建资源化模型 1 系统与外部环境的相关性 2 系统外部环境的调控与管 理政策 l 国内外废旧轮胎综合利用现状 i 循环经济概述 上 废旧轮胎 回收与再利用的资源化研究 上 废旧轮胎回收与再利用 系统环境的调控与管理 j i结论 l 琏于系统论的废l h 轮胎资源化模型研究 东华大学硕士学位论文 2 国内外废旧轮胎资源的综合利用现状 目前，经粗略估计世界上每年大约有1 5 亿条以上的废旧轮胎产生【7 】。这些废 旧轮胎呈现出了利弊两面性，既被人们称作“黑色污染”又被称为“黑色金矿”。这 是因为废旧轮胎是由难熔和不熔的高分子化学材料构成的【8 】，在自然界难以降解 且污染环境，同时自身又具有极大的能源和资源再利用的价值。因此，怎样高效 率地利用我国废旧轮胎资源，最大限度地节约橡胶资源，最低程度地污染环境等 等都是我国环境、经济和社会可持续发展急需解决的重大问题。 针对不能再翻修的废轮胎和可以经过翻修再次使用的旧轮胎，当前主要的废 旧轮胎综合利用方法有：以旧轮胎翻新和原形改制利用为主的直接利用；以生产 再生胶和胶粉为主的再生利用；热解提取燃料油、炭黑和热能的热利用等【9 】。 废旧轮胎的资源化循环再利用图如图2 1 所示。 图2 1 废1 日轮胎的资源化循环再利用图 f i g 2 1r e s o u r c i n ga n di k c y c l i n go fw a s t et i r e s 这些技术或者工艺是废旧轮胎资源化再利用产业发展的基石，对于循环经济 起着极其重要的支撑、推进和提升的作用。为了达到最大限度和最高效率地利用 目的，废旧轮胎的资源化再利用应该针对不同资源化的产品，从材料的循环( 如 翻新旧轮胎) ，化学循环( 如生产胶粉) ，能量再利用( 如燃烧发电) 的综合角度考虑 4 基于系统论的废i h 轮胎资源化模型研究 【1 0 】，选择最合适的技术手段，以符合循环经济的主旨和要求。以下对这些综合 利用废旧轮胎的技术进行详细阐述。 2 1 废旧轮胎的直接利用 2 1 1 旧轮胎翻新 轮胎在使用的过程中最普遍、最容易受损的是胎面部位，最佳的办法是对轮 胎受损局部进行重新贴覆胎面胶的初级修补，再进行深级的硫化加工【l l 】。这就 是通过翻新旧轮胎来恢复其使用价值的简要过程，它是利用旧轮胎的最普遍、最 有效的方式，既可以减少旧轮胎的废弃量和能源的消耗，降低对环境的污染，又 可以保存轮胎原有的性能和形状，延长车辆轮胎的使用寿命，促进了汽车轮胎行 业的循环健康的发展。 一条旧轮胎可以反复多次地翻新。在众多不同类型的轮胎中，翻新次数最多 的当属钢线子午线轮胎，平均可以翻新3 6 次。旧轮胎每通过一次翻新，一般可 以延长使用寿命的l 2 倍，平均的行驶距离达到约5 万至7 万公里。除了在使用价 值上有巨大的潜力，翻新在资源和经济方面也有不错的潜力空间。一条旧轮胎的 原料消耗量仅仅只为生产同一条新轮胎的1 5 3 0 ，价格仅为新轮胎的2 0 5 0 1 2 】 o 世界上翻新旧轮胎量最大的国家是美国，目前旧轮胎的翻新量约占世界翻新 总产量的4 0 以上【l3 1 。尽管我国旧轮胎的翻新产量数年来不断呈现上升的势头， 但是，我国在翻新轮胎的产量、技术、装备、管理和安全保障等方面都远远落后 于以美国为代表的西方发达国家的先进水平，在短期内差距难以缩短。在废旧轮 胎资源化行业欣欣向荣发展的浪潮下，目前我国轮胎翻新企业约有5 0 0 多家，中 小型企业占到了总数的9 0 ，平均年翻新能力在1 5 0 0 万条。但是，旧轮胎的翻新 量仅占到了废旧轮胎产生量的1 0 上下。在新轮胎的生产量中，翻新量只占到5 左右的份额，两者产量比例约为1 ：2 6 ，远远低于世界整体的平均水平l ：1 0 【l4 1 。 而且，迫于翻前翻后检验的技术、翻新轮胎的企业经济成本、市场上轮胎供求关 系等原因，我国在轮胎翻新的品种类型方面存在空白，仅仅以客运车和载重车为 翻新对象，轿车的轮胎基本上不翻新，翻新几乎为零，相关市场难以拓展开来i l 5 | 。 螭于系统论的废j h 轮胎资源化模型研究 东华大学硕：l 二学位论文 我国轮胎翻新行业要取得实质性的突破发展，必须注意并且加以根治解决的 问题很多。尤其需要认识到的，由于整个社会各阶层没有形成对废旧轮胎循环再 利用的基本意识，消费者对轮胎的使用超过了其极限，而不注重维护与保养，再 加上轮胎质量原本就不好，致使轮胎严重受损而无法进行翻新。 2 1 2 原形改制利用 原形改制利用是通过裁剪、切割、捆绑废旧轮胎，使其恢复利用价值。原形 改制后，轮胎可以被广泛地用于运动场、交通设施、港口码头、人工鱼礁等，这 种利用起到了减少物力、人力和变废为宝的作用。目前被原形改制利用的废旧轮 胎的数量只占废旧轮胎总数的1 左右，依然有很大提升空间【1 6 1 。 废旧轮胎的原形改制利用给人类提供了广阔的利用空间，表2 1 介绍了世界 上比较成功的原形改制利用实例。 表2 1 世界各国废旧轮胎原形改制利用实例 t a b l e2 1e x a m p l eo fp r o t o 帅er e s t r u c t i l r eo fw a s t et i r e s 国家原形改制利用法 美国 法国 日本 胶条法：制成防护网、防滑垫等 收集雨水法：减少灌溉次数和成本 消音法：吸音效果极佳 固坡法：节约水泥又增强坡面坚固程度 美国某废旧轮胎原形改制利用的专业公司，把得到的废旧轮胎进行切割，把 胎身裁成不同尺寸大小的胶条。这些胶条可以被广泛地用于防护网、防滑垫等 【j 川。一位美国加利福尼亚州人将废旧轮胎改制成的雨水收集器，以减少高尔夫 球场草坪灌溉次数和经济费用。具体做法是切割废旧轮胎成条型，把它埋入高尔 夫球场草地的地下。若遇到下雨，雨水不会流失浪费，完全能够汇聚到条型轮胎 内，从而确保草地有充足水分，既减少灌溉次数又减少了灌溉经济成本【l 7 1 。日 本有人利用废旧轮胎进行坡面的加固，节约水泥。加固法是把废旧轮胎齐整地压 放在坡面上，为了使坡面与废旧轮胎连结成一个整体，空隙用水泥填补【l 引。而 在法国，废旧轮胎的吸音效果被证明极佳，2 5 0 2 0 0 0 h z 的噪音的吸收率达到 8 5 以上。消音法是把废旧轮胎切割成两半，把它倾斜2 0 度左右地层层叠放，使 基于系统论的废旧轮胎资源化模型研究东华大学硕：七学位论文 之成为绿色环保的消音墙【1 引。 2 2 废旧轮胎的再生利用 2 2 1 生产再生胶 再生胶是废旧轮胎经过粉碎、高温、高压、加热等物理处理和化学反应过程 后所制成的，主要分为脱硫再生制法和简易再生制法。它完全可以再硫化，且具 有塑性和黏性，因此再生胶被广泛用于轮胎、胶板和胶带等制品的生产中以降低 经济生产成本，并且通过加入一定量的胶料来改善胶料的生产加工性能【l9 1 。由 于再生胶的生产被认为是最环保、最适用的废旧轮胎循环再利用的重要方法之一， 因此在全世界民众的环保意识不断提升和我国政府大力推广循环经济的大背景 下，我国再生橡胶工业已经进入提速时期，生产规模与工艺技术都取得重大突破。 但是最近几年，生产再生胶的弊端不断地被发现。再生胶的生产过程中的动态脱 硫工序会使其产生大量的硫化氢、二氧化硫等有害气体，对大气造成严重的污染。 以德国为代表的西方发达国家对再生胶的生产持谨慎的态度，已经逐年缩减再生 胶的规模和产量，而改为精细胶粉的生产来渐渐代替再生胶的生产【2 0 1 。 目前，我国的再生胶生产企业已经超过千家，再生胶行业的平均生产能力突 破2 0 0 万吨的大关，再生胶的生产量已经达到世界总产量的8 5 以上，一跃成为 当今世界第一大再生橡胶生产国，废旧轮胎综合再利用量的9 5 是用于再生胶的 生产。迫于我国贫乏的橡胶资源量的约束和相当比例的斜交胎的存在，从再生胶 生产的所需原料和经济市场的角度来看，再生胶的生产依旧是我国废旧轮胎的主 要利用方式之一【z 。 2 2 2 生产胶粉 胶粉是把废旧轮胎进行机械粉碎后得到的粉末状物质。水冲击法、低温冷冻 粉碎法、常温粉碎法等都是其主要的生产工艺。在很多领域胶粉都得到了广泛的 应用。例如加入精细胶粉的塑料具有弹性好、耐磨、强度高、使用范围广等突出 优点；添入精细胶粉的天然橡胶具有较好的静态性能和抗疲劳等优点；掺入胶粉 的水泥沥青用于建筑的吸声和减震效果极佳；掺入胶粉的轮胎制品的耐磨性大 基于系统论的废旧轮胎资源化模型研究 增；加进胶粉后的生产胶料成本降低。如此广泛应用的优点，再加上无须脱硫的 低耗能的生产工艺，胶粉生产已经在引导着废旧轮胎的资源化综合再利用的发展 走向，具有广阔的市场前景【2 2 1 。 西方发达国家在胶粉的生产方面已经投入了巨大精力，并且取得了不错的成 果。当今世界范围内越来越多的制造商放弃原生材料而采用胶粉，这样做的实际 意义在于对环境的有效保护的同时还可以最大限度地降低经济生产的成本、提升 利润空间和产品的使用性能，这些都是生产胶粉远远高于其他同类原料的优势所 在，更是制造商愿意生产胶粉的原因所在。在北美地区，胶粉工业的发展已经进 入了飞跃期，如加拿大把来自废旧轮胎粉碎深加工产生的胶粉投入大量的橡胶制 品的生产和沥青改性后的铺设公路中，其比例高达5 0 以上。而添加2 5 以上的 胶粉的法律规定使得美国高速公路的物理静态性、动态性和承载能力大幅提高， 还可以防滑、防水、防冻等【2 3 1 。 而在我国，胶粉生产行业的发展只处在萌芽起步期，既无较高的性能和相当 的产量，也无较大的产业规模。与西方发达国家相比，我国已经遥遥落后了，经 粗略估计，仅仅废旧轮胎的资源化再利用总量的5 的份额是胶粉生产【2 4 1 。考虑 到我国的产业结构和民众的消费结构等综合因素，废旧轮胎制成胶粉依旧是国家 和各级政府鼓励、引导的一种废旧轮胎资源化方法，也是我国发展循环经济的必 由之路。 2 3 废旧轮胎的热利用 2 3 1 热分解 由于废旧轮胎在缺氧或无氧的高温情况下极不稳定，人们利用废旧轮胎的该 性质，将其在大约6 0 0 左右的高温中裂解、蒸馏、冷凝，再提纯出具有极高利 用价值的产品进行更广的利用，如所得的粗炭黑经过特殊处理后完全可以用于吸 附剂的制备；所得的以甲烷和氢气为主的可燃气体可以作为燃料供热使用；所得 的油除了可以当作橡胶加工软化剂来使用，还可以取代商业燃油，进行直接的燃 烧或者与相应的商业燃油混合后使用【25 1 。 在废旧轮胎热分解利用领域的世界范围内，以日本为首的发达国家走在了世 基于系统论的废j 日轮胎资源化模型研究 界的前列。早在1 9 9 3 年，日本就开始了全社会集中性的回收再利用废旧轮胎。经 过两年来的实践探索和经验积累，到了1 9 9 5 年，日本的环境专业技术部门在如何 从废旧轮胎中回收燃料和炭黑的领域内，取得重大突破。该技术是在液相分离法 的基础上，使有机溶剂萘与被机械粉碎后的轮胎进行液化化学反应。其收益是平 均每吨废旧轮胎中可以回收的炭黑在3 5 0 始左右，燃油在5 5 0 k g 左右，回收率超过 9 0 【2 6 1 。 在我国，传统的废旧轮胎热裂解工艺是先对废旧轮胎进行机械粉碎，再在 4 2 0 高温下，进行裂解回收冷却的循环连续过程，从中得到不同性质和功能 的热解产品，如钢丝、高馏残渣以及油品等。但是由于我国的热裂解技术过于简 单，使得生产设备的成本增高，回收的产品性能差，对环境极易造成二次污染， 因此我国废旧轮胎资源化热裂解行业的发展仅仅停留在起步阶段，社会上更多的 是民间的土法炼油的小作坊的蓬勃发展，这些在我国中南部地区，如湖南、安徽、 江西、广西等地的非法的个体或者企业只是追求利润的最大化，而不管周围水体、 大气、土壤的严重破坏，同时对生态环境和市场经济造成恶性冲击【2 7 】。 2 3 2 热能利用 作为高热值物质，废旧轮胎的热能利用价值极大。在与相同重量的燃烧材料 的比较中发现，废旧轮胎的每公斤的发热量比木材高6 9 ，比焦碳高4 ，达到 了2 9 m j l ( g 3 7 m j l ( f 2 引。当前，世界各国企业为了降低生态环境成本和经济生 产成本，已经在废旧轮胎的热能利用方面花费了大力气，并且生成了较大规模的 系统产业。在北美、东亚和西欧各地，废旧轮胎已经被钢铁厂、发电厂、造纸厂、 冶炼厂和水泥厂等广泛地用作燃料，并且取得了显著的成效。以德国的水泥厂为 例，因为通过水泥窑中的化学反应，废旧轮胎中的钢丝可以转化为氧化铁，硫磺 也可以转化为石膏，从而获得新的水泥熟料组分，因此水泥厂的大约2 0 油和煤 可以被废旧轮胎代替。另一方面，焙烧水泥所需的铁矿石成分完全可以被来自废 旧轮胎中的胎圈、钢丝和帘线代替，以减少生产成本。此外，把废旧轮胎燃烧焚 化垃圾以产生热能动力供发电所用，可以成为发电厂不错的选择，完全可以与常 规燃料相抗衡竞争【2 引。随着世界各国的循环经济的进一步发展，热能利用技术 将会得到长足的提升，并且成为未来资源化综合利用废旧轮胎的重点发展领域。 基于系统论的废旧轮胎资源化模型研究东华大学硕士学位论文 以上所述的六种资源化综合利用废旧轮胎的技术的优缺点概括于表2 2 中。 总的来说，这六种技术对于发展循环经济都有一定作用，但是也都存在利弊两面。 翻新轮胎能在无污染、低能耗和低成本的条件下，最大程度地恢复轮胎的原有功 能，但是对技术和投资的要求较高；原形改制在充分利用废旧轮胎的同时却不能 大量消耗废旧轮胎；再生胶的使用价值很大，但是也存在二次污染大、工艺流程 复杂、耗能多等诸多问题；胶粉的用途广泛，但是设备投资高、技术操作难度大； 热解技术能获得能量的利用，可是经济成本高，二次污染大；热能利用也能获得 热量，可是却使废旧轮胎失去了原有的橡胶所具有的性质和功能。 表2 2 各种废旧轮胎循环利用技术的优缺点 t a b l e2 2a d 、恤n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fv a r i o u sr e c y c i i l i gt e c h n o l o g i e so fw a s t et i r e s 2 4 国内外对废旧轮胎回收与再利用的管理 2 4 1 发达国家对废旧轮胎回收与再利用的管理经验 随着世界经济和社会的飞速发展，全球各地每年产生的废旧轮胎累计总数已 经突破1 5 亿条大关【2 9 1 。越来越多的国家对废旧轮胎的再生利用价值高度重视， 不少的发达国家通过制定有针对性的政策体制、建立完善的法律法规体系、建立 废旧轮胎回收与再利用系统，研究开发先进资源化再利用的工艺与技术来大力地 积极地推动废旧轮胎资源化回收再利用产业的大发展。但是，全世界的总计的回 收再利用的数量仅仅只是占到废旧轮胎总量的1 5 2 0 【z 圳。 在北美的加拿大，各级政府对废旧轮胎的资源化回收再利用持非常严肃的态 基于系统论的废旧轮胎资源化模型研究 度。针对不同省份废旧轮胎回收与再利用的不同情况，各省先后都成立了该产业 的协会或者民间组织，以便制订和实施废旧轮胎资源化回收再利用的计划和区域 性规章机制，明确行业的相关各方，如轮胎生产商、分销商、运输商、废旧轮胎 再利用商和政府各部门的任务和职责。此外，各省的协会统一在一起成立了废旧 轮胎资源化回收与再利用管理委员会，并且以立法形式向轮胎生产商收取一定数 额的废旧轮胎处理与处置费用，同时要确保收到的资金再次投入废旧轮胎的资源 化再利用项目的实行中【3 0 】。 作为资源匮乏的超级大国，亚洲的日本在废旧轮胎资源化再利用领域走到了 前列，其废旧轮胎的回收率高达9 0 ，在国际上遥遥领先。以基本国策的形式来 确定循环经济的重要地位后，日本政府建立了废弃物资源化再生利用行业协会， 其中废旧轮胎的再生利用成为协会工作的重中之重。该行业协会明确规定了回收 废旧轮胎的义务属于轮胎生产商和销售商。两者分别派出专业人员收购废旧轮 胎，以政府部门专门颁发的收购许可证为准。分类与筛选收购后的废旧轮胎，有 针对性地进行废旧轮胎的翻新、原形改制、生产再生胶、生产胶粉、热裂解以及 热能利用等【3 l 】。 对于制定废旧轮胎资源化回收与再利用的政策与法律法规，美国一直持着高 度重视的态度。美国政府详细规定了严格的行业准入制度、废旧轮胎回收再利用 的专项资金管理制度、废旧轮胎资源化回收与再利用五年计划、相关企业财政补 贴、企业的免税优惠政策等措施，全方位大力度地支持与推动废旧轮胎资源化回 收与再利用产业的大发展，促进资源配置和市场的健康有序发展。根据美国的橡 胶生产联合会的粗略统计，在2 0 年的时间里，美国的废旧轮胎回收率提升了5 0 ， 已经达到了8 0 左右【3 2 】。 目前在全球范围内，北欧的国家芬兰成为了废旧轮胎回收与再利用率最高的 国家。芬兰政府相继出台了专门的法律法规以规定轮胎生产商、轮胎零部件供应 商、轮胎分销商和消费者的责任与义务。为了统一管理废旧轮胎的回收、存储、 再利用和处理处置，芬兰国内近2 0 0 家汽车轮胎生产制造商专门成立了轮胎回收 委员会，同时它也负责开展和监督全社会的循环经济理念的宣传教育工作。目前， 芬兰的废旧轮胎资源化回收与再利用的水平已经远远超过了欧洲整体水平的 6 0 以上j 。 肇于系统论的废i h 轮胎资源化模型研究 2 4 2 我国的废旧轮胎回收与再利用概况 作为世界上的轮胎生产和消费大国，我国在当前面临着橡胶工业发展的巨大 瓶颈，即橡胶资源的不足与市场日益增长的需求产生了激烈的矛盾。我国的橡胶 消耗量因为对橡胶利用的极低效率，尤其是在轮胎生产方面而一直保持非常大的 数量，数年来一直处在全球前列。面对橡胶原料一半以上必须从国外进口的事实， 我国急需资源化与再利用数量巨大的废旧轮胎资源，以缓解橡胶原料不足的窘 垃 境。 当前我国废旧轮胎回收与再利用行业的市场竞争能力低，没有形成一定的产 业规模。废旧轮胎资源被大量地丢弃，仅仅是民间的小作坊进行旧轮胎翻新、再 生胶和胶粉的生产。社会上大量的非正规的小作坊呈现出“散兵游勇”的态势，整 个废旧轮胎回收与再利用市场的秩序非常混乱，再加上政府没有出台鼓励与优惠 政策、缺乏必要的监督和管理手段，致使该行业没有充足的动力和坚定的支持， 发展十分缓慢。为了达到以美国、日本、英国为代表的发达国家的废旧轮胎资源 化综合再利用的先进水平，也为了实现循环经济和可持续发展，我国亟需要认清 已经存在的以下三方面问题： ( 1 ) 行业的监督与管理机构缺失 如何统一协调、监督与管理行业是世界各国发展循环经济，资源化再利用废 旧轮胎需要优先解决的问题。诸如“废旧轮胎回收与再利用协会”和“废旧轮胎管 理与监督委员会”等机构就是为了解决这些问题而建立的。这些机构统一协调、 监督与管理废旧轮胎市场，使之健康、有序、高效地运行。 但是，由于我国缺乏强有力的行业监督与管理机构和健全的废旧轮胎回收与 再利用体系，废旧