废塑料的环境污染及处理

废塑料的环境污染及处理

1废塑料：世界垃圾中的垃圾在现代社会，塑料通过其良好的性能而被广泛使用，但塑料的废弃也无法避免，这给我们的生活环境带来了许多负面影响。从全球来看，塑料垃圾已占全球垃圾的8%，占海洋漂浮物的60%以上。我国废塑料占世界的10%，大约为500～600万t。其中，北京市废塑料占城市垃圾的5%，而且每年以48%增长率增加。沿海城市的塑料在垃圾中的比例更高，约为8%～10%，已达到发达国家水平2中国废塑料的组成和危害2.1由塑料组成塑料的主要化学成分是高分子碳氢化合物，密度一般很小，仅为钢的14%～25%，铝的50%左右2.2对景观的破坏废塑料对环境主要有两种危害，即“视觉污染”和“潜在危害”。“视觉污染”是指散落在环境中的废塑料制品对市容、景观的破坏。在大城市、旅游区、水体、铁道旁散落的废塑料给人们的视觉带来不良刺激，影响城市、风景点的整体美感，损害国家和国民的形象。目前人们已经对塑料的“视觉污染”有了比较深刻的认识。“潜在危害”则是指废塑料制品进入自然环境后难以降解而带来的长期的深层次环境问题。其具体表现为以下几个方面。2.2.1农作物降压药废塑料制品混在土壤中不断累积，会影响农作物吸收养分和水分，导致农作物减产。漂浮在长江中的塑料制品给水源取用带来很大困难，造成泵抽空和堵塞，给工业生产和水电站造成巨大损失。如葛洲坝水电站，每天因清理漂浮的塑料垃圾，停机损失发电200000kW.h。2.2.2细胞健康危害包装食物、饮料的塑料包装袋是蚊蝇和细菌赖以生存和繁殖的温床，极易引起病菌传播，导致公众身体的健康受到危害；废弃塑料在高温下分解的有毒物质会损害人体的肝脏、肾脏、生殖系统、神经系统。陆地上或水体中的废塑料制品，被动物当作食物吞入，塑料袋在动物胃里消化不了，导致动物肠胃肌体损伤和死亡。2.2.3土地被长期占用进入生活垃圾中的废塑料制品，若将其填埋，在自然环境下腐烂掉得需大约200年，这将导致大片土地被长期占用，加剧了土地资源的压力。由此可见，废塑料不仅对环境卫生、农业发展造成不良影响，也将给人们的身心健康构成一定的威胁。因此，如何有效处理和利用废塑料是目前亟待解决的问题。3废塑料再生利用方法和机理目前国内外处理废塑料的方法众多，有堆积和填埋、焚烧、再生利用、裂解和降解等。堆积和填埋即将废塑料集中堆放或挖地坑掩埋。这种方法不需对废塑料进行分类和预处理，直接进行填埋，但在地势比填埋场较低的地方会有一些有毒物质渗出造成二次污染，而且占地面积比较大，地表处理费用高，填埋废物所蓄存的能量得不到利用。焚烧即是将废塑料装入焚烧炉中单纯烧掉或用于加热锅炉或发电。该方法最明显的优点是有卓越的减量化效果，通常垃圾焚烧技术可使处理的垃圾减重80%和减容90%以上废塑料再生利用可分为简单再生和改性再生。简单再生指回收的废塑料制品经过分类、清洗、破碎和造粒后直接进行成型加工，如聚氯乙烯废硬质板材、管材等经过上述处理后可以直接拉成管材用于建筑中的电线护管，其工艺简单，一般生产低档次的塑料制品；而改性再生是指通过机械混合或化学方法进行改性，如经过增韧、增强复合活性粒子填充和氯化等作用或手段使再生制品的力学性能得以改善或提高。塑料的再生利用必须对废塑料进行预处理，且对废塑料的品种有严格的要求，工艺复杂、技术含量较高，投资成本大。废塑料裂解是将废塑料进行高温（600℃～900℃）隔氧或缺氧深度分解，得到化工原料，此过程中发生较为复杂的化学反应，技术要求较高。将废塑料裂解制备燃料油（汽油、柴油和液化气）的技术比较成熟，德国的Veba法和日本的富士回收法等技术较为先进，我国则限于小型生产规模的工业试验。以上几种方法属于“善后处理”型的，而降解则属于“善前处理”型，降解有光降解、微生物降解或两者兼而有之等之分。光降解和微生物降解的是指在树脂中添加光敏剂或用接枝改性技术获得树脂-淀粉的接枝共聚物，其降解机理是当聚合物链吸收紫外线时有秩序地进行光降解，继而通过分泌酶的微生物和细菌作用而进一步进行生物降解，这一类属于两者兼而有之的。而光降解和微生物降解则只具有其中的一个环节。不论是哪一类，在自然界中它们都很难在短期内降解或完全分解成水和二氧化碳，也正是因为其降解性导致不能回收，可能会产生新的困难，所以这种方法的应用不是很合理。根据资料3.1原料供应充足废塑料资源丰富，它不像煤和油等有限资源用了多少就减少多少，要恢复烧掉的煤和石油需要一个极其漫长的时期，废塑料每天都在产生，因此原料的供应不是问题。3.2地下水废水处理堆积是一种最简单的处理方法，但堆积会占用大片土地，使城市被垃圾包围不仅造成地下水和地表水的污染，同时也制约城市的发展。填埋是一种有效处理固体废塑料的方法，但是塑料不易压缩，化学性质稳定不易降解也意味着占用大量的填埋空间，也会造成地下水的污染。再生利用其污染排放量比原生塑料低得多，但多数再生利用的企业属于中小型，技术落后，布局分散，不利于环境管理和监测，同样会对人的健康造成污染和损害。裂解的技术含量比较高，推广困难。降解工艺对塑料的分类要求高，技术尚未成熟。由于塑料与重油的燃烧热值相似，所以可以采用焚烧废塑料进行热量利用，如发电和锅炉烧水等，但是一般的焚烧会产生有害气体，更为严重的是产生二口恶英等剧毒物,但是通过高炉喷吹方式就不会产生二口恶英，因为二口恶英在高温下常常大部分会分解,如果烟气出炉温度高于800℃、且烟气在炉内停留时间大于2s时,99.9%的二口恶英会分解3.3高炉喷吹废塑料堆积和填埋根本不存在能量利用和再生利用，焚烧中如果单纯把废塑料放入焚烧炉中烧掉也没有回收利用，如果作为供热和发电时的热利用率也仅有30%～40%，而废塑料在高炉中的热利用率高达80%，所以，高炉喷吹废塑料在所有处理技术中利用率是很高的3.4白色污染的治理模式高炉喷吹废塑料的应用必将给冶金企业提供廉价的燃料能源，同时也给“白色污染”的治理开辟新路线，这很明显有潜在的经济效益和社会效益。严格来说，它属于焚烧的范畴，是比较合理的废塑料处理方法，基本满足废塑料处理的“三化（无害化、资源化和减量化）”原则。4高炉焦炭的主要原料高炉喷吹废塑料处理废弃塑料是一种新型的处理方法，其热利用效率高达80%，其中有50%作为还原剂被利用，这是其它方法无法进行比较的，就是在焚烧炉中作为传热和发电时的利用率也只有30%～40%焦炭是高炉炼铁的能源和还原剂，是炼铁工业不可缺少的主要原料。在炼铁工业的实践中，人们为了降低炼铁成本，采用喷吹煤粉代替部分焦炭的工艺，这早已是一项成熟的技术。目前，我国宝钢已达到每吨铁水喷吹200kg煤粉的水平。世界先进国家每吨铁水喷吹煤量远大于我国。而被称为“白色污染”的废塑料和煤的化学组成基本相同，主要成分都是碳氢化合物。将废塑料分类、清洗、干燥等处理后，制造成粒径为6mm的颗粒，可以代替部分煤粉用于高炉炼铁。喷吹进高炉的废塑料粒子在炉内高温和还原气氛下，被气化成H风口区：气体上升过程：式中：Q而且，废塑料在气化中产生的H5高炉喷吹废塑料国外对高炉喷吹废塑料的研究其起步比较早，德国和日本已经实现工业化。德国的不莱梅钢铁公司是第一家把高炉喷吹废塑料的设想付诸实施的厂家收集→分选→粉碎→磁选去金属→再粉碎→再中间磁选去金属→造粒→高炉料仓。最后一般要求粒度小于6mm。它的试验结果表明：废塑料的热利用效率达80%以上；废塑料与焦炭的配置比为1:1；喷吹量为200kg/t.h,CO与国外相比，我国在高炉喷吹废塑料这方面实际上还处于理论研究阶段，很多工作者做了大量的可行性研究，现就其中的一些作简要介绍。张崇民等对6种废塑料的燃烧过程进行了实验室研究，并计算出它们的动力学参数。研究结果表明：这些样品的燃烧符合一级反应规律，低温段活化能低于高温段活化能6高喷轴技术的新课题6.1高炉喷吹废塑料技术国内外研究结果均表明：高炉喷吹过程中必须严格控制氯含量；对喷吹的废塑料有一定的粒度要求，粒度过大，塑料的表面积变小，与热空气的接触表面即燃烧表面相对较小，在风口前的有限时间里可能会出现反应不充分的现象，所以燃烧效果不好，从而影响塑料的燃烧率和还原效果；粒度过小，容易阻塞喷枪。由于喷枪枪口与风口高温区接触，其温度也是相当高的，假如废塑料的粒度很小的话，它们可能会在还没有来得及被喷入风口的时候就可能在喷枪内软化，粘结在喷枪内壁，严重时堵死喷枪。为此本文提出了高炉喷吹废塑料新思路，即煤与废塑料共熔喷吹技术，以期能为解决这一问题提供一些理论依据。该技术基本工艺流程如图1所示。该工艺流程主要分为以下几个步骤：6.1.1对收集的废塑料进行分类，将含氯（主要为PVC）选出，可以通过重力或其它方式完成。6.1.2将收集和分类好的废塑料破碎到一定的粒度。6.1.3预热粗煤粉。6.1.4将粗破碎的废塑料均匀混入预热煤粉里并与其熔融，然后自然冷却到一定的温度。6.1.5将煤与废塑料共熔体粉碎到达到高炉喷吹的粒度要求后喷入高炉。6.2煤与废塑料共熔喷吹的对比煤与废塑料共熔喷吹技术与传统高炉喷吹废塑料技术相比，具有有以下优点：6.2.1煤与废塑料共熔喷吹只需要简单对废塑料分选洗涤后，直接混入预热的煤粉中，然后自然冷却后进入传统的煤粉粉碎系统，避免了在传统喷煤高炉的基础上需要添加塑料分选、洗涤和破碎一整套设备．6.2.2煤与废塑料共熔喷吹技术不是破碎后混合，而是混合后破碎，在破碎机里既达到了破碎的目的，同时也达到均匀成分的效果，这种方式绝对比分别破碎后从不同的喷口喷入高炉这种传统方式的热和成分的均匀性高得多，因为它的原料均匀性高，不至于由于成分的偏析而影响高炉炉况正常运行，提高了炉况的稳定性和生产的连续性6.2.3煤与废塑料共熔喷吹技术的塑料和煤是一起进行破碎的，粒度均匀性很高，运用传统的喷枪就行，而传统高炉喷吹废塑料和煤粉的粒度有很大的差别，所以需要两种喷枪进行分别喷吹，然而单独喷吹废塑料时候如果粒度不恰当会出现塑料粘结枪口，严重时产生喷枪阻塞现象而对生产造成威胁。总之，煤与废塑料共熔喷吹技术比传统高炉喷吹废塑料技术的基建投资少，流程简单，煤与废塑料的混合均