废旧塑料的回收与利用

2024-04-06王文茜闫柯柯冯传意戚玉吴菊陈新李培培

再生资源与循环经济 2024年1期

王文茜，闫柯柯，冯传意，戚玉，吴菊，陈新，李培培

（皖西学院材料与化工学院，安徽六安 237012）

随着塑料工业的快速发展，塑料回收在短短几十年间形成了一个复杂多样的行业，在国民经济发展中占据重要地位。塑料使用量的增加造成了严重的环境污染，但同时塑料是重要的可再生资源。再生塑料是指已经达到使用年限并具有二次价值的各种形式的塑料，大多数热塑性塑料具有二次价值。然而，与我国塑料工业的快速发展相比，我国的废旧塑料回收和处理工作远远落后。石油、煤炭等资源是不可再生能源，是十分珍贵的，而废旧塑料可以通过加工、浓缩、分类、科学合理地利用，获得回收值。目前，各国都在高度重视塑料废弃物的回收利用，并努力开发各种塑料废弃物的回收利用技术。

1 废旧塑料回收利用十分紧迫

作为一种化学原料，塑料使人们的生活变得便利，但是对环境带来了巨大的危害。随着我国塑料制成品的使用率爆发式增长，塑料垃圾也急剧增加，一个突出的环境保护问题就是“白色污染”。倾倒在垃圾填埋场的废旧塑料，使生态环境遭到了严重污染，造成资源损耗，1 万t 的塑料垃圾占据了大约667 m2的土地，世界上最深的马里亚纳海沟也发现了塑料垃圾。塑料垃圾不容易被降解，自然界的细菌和酶无法消化塑料。如果土壤中的塑料垃圾不能被分解，就会影响土壤中的传质、热交换和微生物生长，降低土壤质量，污染地下水源。焚烧聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）和丙烯腈、氰化氢（HCN）、聚氨酯和聚碳酸酯等塑料废物会产生有毒气体，如光气，会对环境造成严重破坏[1]。

根据生态环境部的数据，2020 年，全球32%的塑料产自我国。2022 年我国塑料制品产量为7 771.6 万t，我国总体废塑料回收总量为1 800 万t。在我国，为保护环境而回收塑料垃圾是一个新兴产业，具有环境效益高，发展潜力大，成本低等优势。基于国内生产和技术发展的现状，塑料废弃物技术的发展方向是系统地进行技术研究和开发。废旧塑料的回收和再利用是塑料行业可持续发展的必经之路，也是解决塑料垃圾问题的有效途径。

2 废旧塑料回收现状及发展

当前，随着塑料工业快速得发展且环境不断恶化，塑料废弃物的回收利用已被世界公认是一种节能环保的措施。中国需要借鉴这一经验，尤其是发达国家很早就开始在这一领域开展工作，并取得了明显的成效。

2.1 国外回收现状

人们对美国的塑料回收进行了广泛的研究。美国于2020 年提出《美国塑料公约》，限制11 种与包装有关的产品生产与使用，2021 年《国家回收战略》提出了2023 年实现50%回收率目标的路线图[2]。2021 年，美国近95%的废塑料最终进入了垃圾填埋场、海洋或以微小的有毒颗粒形式散落在大气中，在这些塑料垃圾中，只有5%得到回收。

日本于2022 实施《塑料资源循环促进法》，要求大量使用一次性塑料的运营商减少该类产品的使用，便利店和住宿业等相关企业有义务削减免费提供给顾客的塑料勺子和一次性牙刷等12 种一次性塑料制品。

与2019 年相比，2020 年欧洲塑料垃圾回收能力增加了13%。2020 年，欧盟27 国和挪威、瑞士、英国3 国的总塑料回收为850 万t。2020 年欧盟地区24%的塑料垃圾被回收，其余的塑料垃圾被填埋或焚烧。2018 年，欧盟出台了《包装和包装废弃物指令》，其回收目标是到2025 年达到50%，到2030 年达到55%。而2020 年塑料包装回收为30%，与设定的目标仍有很大差距[2]。

在上述工业化国家，一方面通过立法规范公司及个体的行为，另一方面通过大型公益活动、广告提高公众对环境保护和回收的认识，来促进塑料废物的回收。

2.2 国内回收现状

我国是最大的塑料生产国和消费国。2020 年塑料制品产量7 603 万t，废塑料产生量6 000 万t，2022 年我国总体废塑料回收总量为1 800 万t，与2021 年的1 900 万t 相比降低了100 万t，同比下降5.3%。虽然整体回收率下降，但由于部分再生塑料制品价格上涨，我国废塑料回收利用在2022 年产值为1 050 亿元，与2021 年持平[3]。世界上最大的再生塑料市场是中国。在国内，中国的回收设施遍布全国，形成了一些大型的回收市场和回收配送中心。

2.3 我国废旧塑料回收存在的问题

2.3.1 回收后使用量不足

2022 年我国塑料制品产量为7 771.6 万t，但废塑料只回收了1 800 万t。塑料垃圾回收可以有效地减少能源消耗和污染，但目前我国缺乏一个全面的塑料垃圾产业的宏观规划。支持塑料垃圾产业和回收商的具体措施很少，也没有对塑料垃圾进行分类的技术规范。一些政府机构和公众认为回收的塑料制品是低质量的产品，这大大限制了回收行业的发展。

2.3.2 回收管理归属不明确

目前，参与私人回收、规范和管理的人至少有2 000 万。他们的团队是回收工作的核心。目前，废塑料行业由国家发展和改革委员会（NDRC）、商务部（MOFCOM）、海关总署（GAC）和国家质量监督检验检疫总局（AQSIQ）管理。该行业在技术指南和标准上有所欠缺。所以，应尽快明确一个主管部门，把生活垃圾分类和回收任务结合起来，从而建立一个全社会有效的回收体系[4，5]。

2.3.3 回收存在质量和环境破坏问题

废塑料行业广泛存在入行门槛很低，技术含量不高等特点。很多地方都有以店铺为单位的废旧塑料回收设施，但是生产设备落后，技术人员缺乏且缺乏相应的回收标准，从而导致产品技术含量低，质量不稳定。在废弃包装物中，纸、金属和塑料瓶的回收比较广泛，而塑料袋的回收价值低，造成环境污染。

3 废旧塑料回收利用的技术

3.1 再生利用与改性利用

再生利用技术依据处理程序难易程度，可分为两类：简单回收和改性回收，其中，简单回收主要是指对回收的塑料制品进行分类、清洗、切碎和造粒等工序，然后直接转化为模具。硬质产品，如PVC 板和硬质管道，在经过上述处理后，可直接挤压成管道，用作建筑物的导管。这种类型的回收是一个相对简单的直接处理、成型加工的过程，因此，回收的产品性能不高，一般只用于低档塑料制品。

改性回收是指对回收材料进行机械混合或化学接枝，例如通过硬化、凝固或结合填充的活性颗粒进行混合改性，或通过化学改性，如交联、接枝或氯化，以改善或提高回收产品的机械性能，有更高质量的回收产品可以发生。改造和回收过程通常需要特制的机器、设备，处理过程相对复杂，但是改造和再生塑料的技术可提升产品性能，这值得提倡和进一步研究开发，也是塑料废弃物回收利用的一个发展方向和趋势[6]。

3.2 废旧塑料的热分解技术

热解技术的基本原理是通过更彻底地将塑料垃圾中的原始树脂聚合物分解成较大的分子链（有些成分是它们的单体），使其恢复到低分子量状态，而其他成分则作为有机基础材料使用。热解过程通常分为高温热解和低温催化热解，前者的温度为600～900 ℃，后者的温度低于450 ℃或300 ℃，不过这两种技术的裂解产物是不同的。此外，热解技术可分为油化、气化和焦化过程，所用的分解反应器包括反应容器、流化床、反应管和反应塔[7]。

热解塑料垃圾的主要优点是：（1）分解产物的价值高；（2）理论上可以重复使用的次数不限，即塑料垃圾可以分解成单体，聚合成聚合物，处理后的产品可以再次分解是；（3）热解也可用于混合产品（如聚丙烯和聚乙烯产品），但需要分离成氯化物和非氯化物产品。热解的主要缺点是投资成本高，技术要求严格。

3.3 超临界水油化

与热解加油相比较，超临界水加油加快了塑料的分解，规模设备较小，主要的回收油品是轻质油，几乎没有副产品。超临界水可以作为包括塑料在内的所有有机材料的溶剂。其类似气体的渗透力将复杂废塑料的混合物分解成增值材料，这些材料是制造新塑料的原料。

3.4 废旧塑料焚烧热能利用

再利用废塑料的热能是指将废塑料作为燃料，并控制燃烧温度以充分利用燃烧过程中释放的热量。这种燃烧废塑料并将其转化为热能的方法具有明显的优势。它不需要复杂的预处理或从生活垃圾中分拣出来，特别适合于难以捡拾的混合塑料。废塑料的热值与同类型重油的热值相当，且热值可观。燃烧后，质量和体积分别减少80%和90%以上，且燃烧后的残渣密度大，便于填埋。

由于这个原因，利用塑料垃圾作为热能已经引起了人们的注意。在日本，所有塑料垃圾中约有36%是通过焚烧回收的，远远超过了简单的直接或综合回收的份额。在前联邦德国，有47 家塑料垃圾焚烧厂（未来会有更多），用于生产热能，约占总电量的6%。

在使用焚烧法进行热能利用时，燃烧各种类型的塑料会产生二恶英，这是一种致癌物，会污染大气。有效的污染预防措施也是必要的，因为燃烧PVC（聚氯乙烯）会产生氯化氢（HCl），燃烧PAN（聚丙烯腈）会产生氰化氢（HCN），而燃烧PU（聚氨酯）会产生氰化物。这种技术的投资是昂贵的，特殊燃烧设备的一次性投资也很高。如何保护环境，防止二次污染是一个重要问题。

3.5 光降解和微生物降解塑料

上述4 种废旧塑料回收处理方法属于“后处理”类型，而塑料的光降解和微生物降解则属于“前处理”类型。光降解塑料产品一旦埋入地下失去光照，降解过程就会停止。光降解反应包括塑料在阳光下吸收紫外线，随后发生光离子化，导致键能减弱，长链分解成分子量较低的碎片，聚合物完整性丧失，物理性能降低[8]。

我国当下在研究和开发的可降解塑料产品包括光降解、光/生物降解、光/氧/生物降解、光/碳酸钙降解、淀粉填充生物降解，以及按原料划分的母料和特殊高填充碳酸钙等环保材料。可提供轻质/生物降解的聚乙烯树脂地膜。可生态降解的地膜被列入国家863 计划。总而言之，除全生物降解塑料外，我国的降解塑料研发进程紧随世界大势，技术水平逼近国外先进水平。