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塑料污染及治理 一 定义塑料为合成的高分子化合物 又可称为高分子或巨分子 macromolecules 也是一般所俗称的塑料 plastics 或树脂 resin 可以自由改变形体样式 是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料 由合成树脂及填料 增塑剂 稳定剂 润滑剂 色料等添加剂组成的 根据美国材料试验协会所下的定义 塑料乃是一种以高分子量有机物质为主要成分的材料 它在加工完成时呈现固态形状 在制造以及加工过程中 可以借流动 flow 来造型 1 根据受热变态行为 热塑性塑料 如聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯等 和热固性塑料 酚醛树脂 环氧树脂 氨基塑料等 2 根据来源分类 天然塑料 包括松香 酪素塑料 淀粉塑料和多聚羟基烷酸等 合成塑料 以石油 大然气及煤炭的产物经化工合成的塑料聚合物 3 根据降解性能 非降解塑料与可降解塑料 塑料的分类 常用塑料原料对照表学名英文简称中文学名俗称PolyethylenePE聚乙烯PolypropylenePP聚丙烯百折胶HighDensityPol HDPE高密度聚乙烯硬性软胶yethyleneLowDensityPo LDPE低密度聚乙烯lyethyleneLinearLowDe LLDPE线性低密度聚乙烯nsityPolyethylenePolyvinylChloridePVC聚氯乙烯GeneralPurposeGPPS通用聚苯乙烯硬胶PolystyreneExpansiblePolys EPS发泡性聚苯乙烯发泡胶tyreneHighImpactPoly HIPS耐冲击性聚苯乙烯耐冲击硬胶styrene 1号PET 矿泉水瓶 碳酸饮料瓶等耐热至70 只适合装暖饮或冻饮 装高温液体 或加热则易变形 有对人体有害的物质融出 并且 科学家发现 1号塑料品用了10个月后 可能释放出致癌物DEHP 对睾丸具有毒性 不要循环使用 2号HDPE 清洁用品 沐浴产品可在小心清洁后重复使用 但这些容器通常不好清洗 残留原有的清洁用品 变成细菌的温床 不建议循环使用 3号PVC 目前很少用于食品包装这种材质高温时容易有害物质产生 甚至连制造的过程中它都会释放 有毒物随食物进入人体后 可能引起乳癌 新生儿先天缺陷等疾病 目前 这种材料的容器已经比较少用于包装食品 如果在使用 千万不要让它受热 4号LDPE 保鲜膜 塑料膜等耐热性不强 通常 合格的PE保鲜膜在遇温度超过110 时会出现热熔现象 会留下一些人体无法分解的塑料制剂 并且 用保鲜膜包裹食物加热 食物中的油脂很容易将保鲜膜中的有害物质溶解出来 因此 食物入微波炉前请先取下包裹着的保鲜膜 5号PP 微波炉餐盒唯一可以放进微波炉的塑料盒 可在小心清洁后重复使用 需要特别注意 一些微波炉餐盒 盒体的确以5号PP制造 但盒盖却以1号PE制造 由于PE不能抵受高温 故不能与盒体一并放进微波炉 为保险起见 容器放入微波炉前 先把盖子取下 6号PS 碗装泡面盒 快餐盒又耐热又抗寒 但不能放进微波炉中 以免因温度过高而释出化学物 并且不能用于乘装强酸 强碱性物质 因为会分解出对人体不好的聚苯乙烯 容易致癌 因此 您要尽量避免用快餐盒打包滚烫的食物 7号PC其它类 水壶 水杯 奶瓶 2020 3 24 塑料污染的特点 1 污染范围广 江河湖泊 田野山川无处不有 污染物增长量快 据统计 全世界每年对塑料的需求量为1亿吨 1985年我国农用薄膜为30万吨 1990年为50万吨 地膜覆盖面积达4000万亩 1995年我国的塑料需求量为600万吨 其中对环境有威胁的地膜为88万吨 包装用品为150 200万吨 美国 日本的塑料垃圾占垃圾总量的7 由于塑料价廉 又易老化 寿命较短随着塑料量的增加 导致其废弃物的迅速增加 美国专家估计每10年塑料产量将增加1倍 2 处理难 回收利用难 生态环境危害大 1 塑料具有耐酸碱 抗氧化 难腐蚀 难降解的特性 埋地处理百年不也燃烧时产生大量有毒气体 如Hel SOx 等 2 塑料制品种类多 填料 颜料多样 难以分拣回收再利用 3 地膜降低耕地质量 农作物植株矮小 抗病力差 残膜随风飘动 对周围环境 畜牧业 养殖业都有很大的影响 破坏市容环境危害人体健康影响农作物生长危害生物安全废弃塑料处理所导致相关问题 塑料污染的危害 农用薄膜的使用寿命一般较短 我国现有的棚膜使用寿命通常是1 2年 以废旧塑料材料为例 这些材料的分子量在104 105之间 分子与分子之间结合得相当牢固 在自然条件下分解速度极为缓慢 如聚乙烯 聚氯乙烯塑料薄膜 在土壤中约300 400年才能完全降解 它们能够破坏土壤的透气性能 降低了土壤的蓄水能力 影响了农作物对水分 养分的吸收 阻碍了禾苗根系的生长 从而造成农作物的大幅度减产 使耕地劣化 此外 塑料添加剂中的重金属离子及有毒物质会在土壤中通过扩散 渗透 直接影响地下水质和植物生长 实验统计 如果每亩 667m2 地有3 9kg残膜 将减产玉米11 13 土豆5 5 9 0 蔬菜14 6 59 2 也有人做过实验 当每亩农膜残片达6 9kg 小麦减产约9 当达到25kg时减产26 影响农作物生长 动物误食有害添加剂 危害生物安全 塑料废弃物对海洋生物造成的危害是石油溢漏危害性的4倍 每年仅丢弃在海洋的废弃渔具就在15万吨以上 各种塑料废品在数百万吨以上 据估计 每年至少有数百万只海洋动物因误食塑料导致丧生 目前已知至少有50种海鸟喜爱吞食塑料球 将其误认为鱼卵或鱼的幼虫 海龟也把一些塑料制品当成水母吞食 而海狗喜欢在废塑料渔网中嬉戏玩耍 常被缠绕至死 在陆地 一些反刍类动物 如牛 羊等牲畜 和鸟类因吞食草地上的塑料薄膜碎片在肠胃中累积 造成肠梗阻乃至死亡的事例已屡见不鲜 如在北京从一只死亡奶牛的胃中清出的塑料薄膜竟有13kg 塑料废弃物的焚烧还会产生有害的气体 聚氯乙烯燃烧产生氯化氢 HCl ABS 丙烯腈燃烧产生氰化氢 HCN 聚氨酯燃烧也产生氰化物 聚碳酸酯燃烧产生光气等有害气体 氯化物燃烧产生的二恶英等有毒气体能使兽类和鸟类出现畸形和死亡 它们对人体的伤害也是极为严重的 表现为肝功能紊乱和神经受损 并使癌症的发病率上升等 有些伤害是潜在的 如1992年丹麦研究人员首先发现 现代人类精子细胞的数目在过去50年间下降了50 以上 在40年代男性的平均精子量是6000万个 mL 而现在只有2000万个 mL 减少了2 3 男子性功能普遍衰退 睾丸癌患病率也较过去40年增加了一倍多 之所以产生这激素成倍增加 而雌激素增加就意味着一定程度的女性化 使男性在体能方面的爆发力 持久力等优势趋于弱化 废弃塑料处理所导致相关问题 废弃塑料处理所导致相关问题 若被填埋 将直接占用土地 且数百年内难以降解 影响土质结构 1995年 我国塑料产量为519万吨 进日塑料近600万吨 当年全国塑料消费总量约1100万吨 其中包装用塑料达211万吨 包装用塑料的大部分以废旧薄膜 塑料袋和泡沫塑料餐具的形式 被丢弃在环境中 据调查 北京市生活垃圾中的废旧塑料包装物 每年总量约为14万吨 上海市生活垃圾中的废旧塑料包装物 每年总量约为19万吨 天津市每年废旧塑料包装物也超过10万吨 北京市每年废弃在环境中的塑料袋约23亿个 一次性塑料餐具约2 2亿个 废农膜约675万平方米 德国在环境保护和包装废弃物的回收方面堪称世界的典范 他们的居民对塑料垃圾的分类既认真 又准确 再加上拆卸机上塑料分类也由手工完成 所以塑料制品仅回收这方面就超过了60 不包括焚烧获取能量等 美国对塑料的回收率达50 仅新泽西州的塑料再生中心 CPRR 建立的热塑性废旧塑料处理装置 就具有年产3500t再生塑料的能力 20世纪90年代美国的塑料再生制品已达23万吨 20世纪末达130万吨 法国1994年塑料废弃物就达89万吨 其中46万吨通过绿点系统回收 日本在1995年对塑料废弃物回收率达28 为了更好的利用再生资源 日本政府决定加大回收处理 制定了塑料废弃物再循环目标 即到21世纪总循环率要达到90 物质循环率20 热循环率达70 填埋率达10 意大利在90年代仅热塑性塑料回收 就达25 以上 他们研制了从垃圾中分离塑料的机械系统 有效地将PE薄膜 袋类分离出来进行处理 欧盟计划在2005年以前回收率达90 塑料的降解与回收 欧盟塑料废弃物处理目标表国家或组织总回收率再生利用能源回收残余 目标 欧盟90603010德国80602020法国75601525比利时10060400荷兰10060400英国10050500意大利10050500 塑料降解 塑料降解 在大多数情况下 聚合物的降解主要是高分子中主化学键断裂反应所引起的 在不同的环境条件下聚合物降解的方式和程度都不同 根据各种环境条件引发降解的原因的不同 有不同的降解方式 塑料的降解主要有热降解 在自然环境中的光降解和生物降解三种类别 光降解和生物降解的速度都比较慢 塑料降解 废塑料热解是将已清楚杂质的塑料置于无氧或者低氧的密封容器中加热 使其裂解为低分子化合物 温度要求较高 400 600 C 条件较苛刻 其基本原理是将塑料制品中的高聚物进行彻底的大分子裂解 使其回到低分子量状态或单体态 按照大分子内键断裂位置的不同 可将热解分为解聚反应型 随机裂解型和中间型 塑料热解 塑料降解 光降解是聚合物在吸收紫外线等辐射能后 容易形成电子激发态 而产生光化学过程 而使聚合物破坏 在大气环境中 聚合物往往还要同时受到氧的影响 造成光氧降解 其具体过程是 聚合物通过光的物理吸收过程而引起光化学反应 脱出聚合物分子链上的氢原子而形成自由基 直链聚合物降解后不再形成新的基团 而交联聚合物则在降解过程中又可能形成新的基团 这是简单的光降解机理 塑料光降解 塑料降解 多数合成的纯聚合物均具有抗微生物侵蚀的能力 但添加剂 如增塑剂 润滑剂 色素和抗氧剂等 则降低这种能力 增塑剂残余脂肪酸如硬脂酸酯可被微生物降解并导致聚合物表面和性能甚至基础结构的破坏 对塑料降解起作用的生物主要是真菌和细菌 水解和氧化分解作用可促进塑料的生物降解 聚合物的结构及柔顺性聚合物链含有易水解键 如酯键 酰胺键 脲键 氨酯键等 较易进行生物降解 链的柔顺性也有一定影响 柔顺性大 降解速度也大 分子量及其分布许多由微生物参与的聚合物降解都是由端基开始的 高分子量的聚合物因端基数目少 降解速度较低 对于宽分布的聚合物 总是低分子量部分先降解 聚合物的形态结构对于晶态聚合物与它的结晶度和晶形有关 对于无定形聚合物与其玻璃化温度有关 非晶态聚合物比晶态的较易进行生物降解 环境条件温度 pH值 湿度 氧含量 土质等 以及微生物生长所需的其它营养条件 微生物的分布真菌与细菌的数量 类型及相互作用 塑料降解 影响生物降解的主要因素 塑料降解 对于合成塑料的生物降解 微生物所引起的生物降解可分为 1 生物物理降解法 当微生物攻击侵蚀高聚物材料后 由于生物细胞的增长使聚合物组分水解 电离或质子化而分裂成低聚物碎片 聚合物分子结构不变 这是聚合物生物物理作用而发生的降解过程 2 生物化学降解法 由于微生物或酶的直接作用 使聚合物分解或氧化降解成小分子 直至最终分解成为二氧化碳和水 这种降解方式属于生物化学降解方式 塑料降解 高分子材料的生物降解过程也可分为4个阶段 水合作用 强度损失 物质整体化丧失和质量损失 高分子水合作用是由依靠范德华力和氢键维系的二次 三次结构的破裂引发的水合作用 其后