Переработка отходов ПВХ: Технологии и перспективы

Проблема загрязнения окружающей среды пластиковыми отходами становится все более острой в современном мире. Пластики - удивительная группа материалов с самыми разнообразными свойствами, давно служащие человеку. Изобретение первого искусственного материала, целлулоида, относится к 1855 году. Вторым прорывом был бакелит, изобретенный в 1907 Лео Бакеландом. С тех пор пластик проник абсолютно во все стороны человеческой жизни и сделался совершенно незаменимым. И, как обычно происходит, начал потихоньку диктовать условия.

Мировое потребление поливинилхлорида или ПВХ превышает 50%. Постоянно растущий спрос на материал в промышленности приводит к массовому скоплению пластиковых отходов на свалках и даже в океане. Эту проблему во всем мире и России в частности решает переработка ПВХ методом вторичной трансформации. Он позволяет сократить объем выброса вредных веществ в атмосферу, в отличие от технологии захоронения на полигоне или сжигания, при котором токсичные яды вредят экологии. Мусор из поливинилхлорида полностью разлагается в почве за 500 лет.

Для того чтобы наобещать цивилизации всякие виды мучительной гибели, сегодня вовсе не обязательно заглядывать в «Откровения Иоанна-богослова». С этим может справиться простой пластиковый пакет об руку с ПЭТ бутылкой. Ведь в мировом океане уже к 2025 году, до которого осталось каких-то 5 лет, секунда по историческим понятиям, на одну тонну рыбы придется 3 тонны пластика - это 600 бутылок на каждые 10 кг рыбы. Остров в Тихом океане, целиком состоящий из пластиковых отходов по площади, занимает примерно три Франции.

И не стоит думать, что пластиковый мусор в нем плавает лишь на поверхности: постепенно разрушаясь, до 70% его падает на дно, зависает на глубине и совершенно невозможно оценить, насколько загажен на этой огромной площади Тихий океан.

Отходы из пластика, количество которых нарастает со скоростью снежного кома, плохо поддаются утилизации: например, с помощью различных технологий перерабатывается всего 7% пластиковой упаковки. Хотя если проанализировать эти цифры, выяснится, что, например ЕС отправляет такие отходы в низкодоходные страны и считает их утилизированными, в то время как реальную судьбу этих отходов проследить просто невозможно.

Проблема переработки пластиковых отходов встали перед Россией гораздо позже, чем перед Европой: в Советском Союзе в качестве упаковочного материала гораздо больше использовали бумагу, утилизация которой была достаточно хорошо отработана. Не было ни правовой базы, ни технологий, ни даже интереса к проблеме утилизации пластика. Только в конце XX века об этой проблеме заговорили, ориентируясь на мировой опыт.

Несмотря на то, что по данным журнала «ТБО» пластиковые отходы составляют всего 6% от общего количества ТКО, это особый вид отходов, требующий различных подходов как по типу, так и по региону образования.

Виды пластиков и их переработка

Коды переработки пластика - специализированные обозначения материала, из которого изготовлено изделие. Маркировка, состоящая из идентификаторов в виде цифр и букв, значительно облегчает процесс сортировки пластиковых отходов и последующей переработки.

ПВХ является относительно недорогим материалом, что позволяет наладить крупнотоннажное производство и обеспечить стабильные поставки на рынки сбыта. В общем производстве крупнотоннажных полимеров ПВХ занимает 17% от общей доли материалов по состоянию на 2020 год. При этом основные направления использования ПВХ - строительные материалы (оконный профиль и профильно-погонажные изделия, трубопроводы и кабельная изоляция.

Поливинилхлорид (ПВХ) может быть жестким и гибким. Он обладает высокой прозрачностью, прочностью и устойчивостью к химикатам, жиру и маслу. Однако, ПВХ тонет в воде и при нагревании выделяет канцерогенные вещества, негативно влияющие на организм человека (гормональный баланс, репродуктивную и иммунную системы). Он содержит фталаты, бисфенол А, винилхлорид, ртуть и т.д. При сжигании выделяет диоксины! ПВХ не подлежит переработке!

Чаще всего ПВХ применяют для производства строительных изделий, которые можно отнести с долгоживущим эксплуатационным элементам: оконный профиль, трубы, фитинги, профильно-погонажные изделия (профнастил, панели, молдинги), отдельные виды тары, гибкая пленка, кабели, напольные покрытия, подошвы, искусственная кожа.

Особенности переработки ПВХ

Переработка ПВХ профиля является сложным технологическим процессом, так как поток оконного профиля имеет крупногабаритные размеры с наличием посторонних включений. Это стеклопакеты, уплотнительные резинки, армирующие элементы, деревянные элементы и т. д. Кроме того, при термической обработке происходит выделение хлористого водорода, поэтому требуется соблюдать определенные условия рециклинга для обеспечения условий работы персонала и получения высокого качества ПВХ регранулята.

Рециклинг ПВХ включает в себя этапы предварительной обработки, измельчения, основной сортировки и фракционирования, мойки, экструзии с фильтрацией расплава.

В связи с этим в состав ПВХ добавляют различные компоненты для увеличения срока службы изделий в условиях климатического воздействия. При этом добавки могут по-разному вести себя при переработке. Например, при уменьшении ресурса стабилизатора возникает разрыв цепи полимера, провоцирующий процесс дегидрохлорирования с последующей деградацией всех свойств материала.

Этапы переработки ПВХ:

• Этап предварительной обработки: отделение частей из сторонних материалов (стеклопакетов, уплотнительных резинок, деревянного профиля и т. п.) и контроль уровня загрязнения; отбраковку сильно пожелтевшего и темного оконного профиля.
• Этап измельчения: многоэтапное измельчение и подачу потока крупногабаритной фракции на повторное измельчение до достижения предпочтительных размеров для основной сортировки и фракционирования; подачу воды для минимизации пыления; применение мойки для удаления загрязнений на поверхности ПВХ материала.
• Этап основной сортировки: отделение прочих материалов (черных и цветных металлов, резины, дерева, стекла и т.п.); отделение мелкой фракции (имеющей более высокий уровень загрязнения, например стеклом); выделение в отдельный поток сильно пожелтевшего и темного ПВХ, цветного ПВХ; сортировку с использованием оптических машин, грохота и воздушной сепарации.
• Этап экструзии: максимальное удаление влаги из ПВХ дробленки перед экструзией; фильтрацию расплава с целью предотвращения сгорания мелких частиц и удаления посторонних примесей; использование экструдера с дегазацией для отвода хлористого водорода.

Выполнение указанных условий позволит значительно повысить качество получаемого вторичного сырья и его безопасность для потребителя, расширить возможности его повторного использования и продлить жизнь материала за счет многократной переработки.

Результат рециклинга ПВХ

Применение вторичного сырья, получаемого из ПВХ в новых оконных профилях или аналогичных продуктах сравнимого качества в строительном секторе («замкнутые циклы») должно быть предпочтительнее иных направлений использования. К вторичному ПВХ предъявляются высокие требования по прочностным характеристикам, термостабильности и цветовым характеристикам. Требования, близкие к конструкционным элементам, но не такие строгие, даже по изменению цвета. К декоративным элементам не предъявляются строгие требования по прочностным и цветовым характеристикам.

Определенный интерес представляет термический способ переработки отходов ПВХ с восстановлением соляной кислоты, который находится в разработке.

Европейская торговая ассоциация поставщиков оконных профилей из ПВХ (англ. EPPA) разработала руководство по проектированию оконных профилей из вторичного ПВХ с соблюдением принципов замкнутого цикла, то есть внедрение переработки «оконный профиль - в оконный профиль». При реализации такой технологии предъявляются высокие требования к вторичному сырью.

Современные технологии переработки пластика

Современные технологии переработки пластика позволяют получать высококачественный ресурс. Одной из таких технологий является пиролиз. Эта технология заключается в нагреве пластика до высокой температуры, при которой пластик расщепляется на молекулы и превращается в газообразное состояние. Затем газы конденсируются и получается масло. Другой современной технологией является гидролиз. Она заключается в превращении пластика в водорастворимую форму и дальнейшей очистке.

Преимущества использования технологий переработки пластика:

• Сокращение количества пластиковых отходов.
• Получение новых сырьевых ресурсов.
• Экономия ресурсов и уменьшение нагрузки на природную среду.

Несмотря на множество преимуществ, переработка пластика также имеет свои проблемы. Одной из них является высокая стоимость оборудования, которое используется для переработки пластика. Другой проблемой является низкая эффективность и ограничения некоторых технологий переработки.

Организации вкладывают внушительные суммы в развитие технологий переработки пластика, но на данный момент все ещё не нашли способы переработки тары, состоящей из нескольких видов пластика (например, переработка гибкой пленки, другое название «снековая» упаковка).

Обзор современных технологий переработки пластика

Технологии переработки пластика продолжают развиваться и совершенствоваться. В ближайшем будущем ожидается появление новых технологий, которые будут более эффективными и экономически выгодными. Одной из таких технологий может стать технология переработки пластика на молекулярном уровне, которая позволит получать новые материалы с улучшенными свойствами.

Современные подходы к утилизации и переработке:

• Переработка пластика: технологии вторичного сырья
• Органические отходы и компостирование
• Энергия из мусора: путь от отходов к электричеству
• Пиролиз и производство биогаза: инновационные методы преобразования
• Рециркуляция в дизайне и архитектуре
• Взгляд в будущее: отходы как катализатор перемен

Современные заводы по переработке пластика демонстрируют, как грамотное управление ресурсами помогает решать проблему мусора. Например, в Германии компания Interseroh и другие лидеры отрасли ежегодно перерабатывают миллионы тонн пластиковых отходов.

По данным Евросоюза, переработка упаковочного пластика в Европе в 2019 году достигла порядка 42% - показатель, который постоянно растёт за счёт новых технологий и систем сбора.

Сортировка, тщательная очистка и измельчение превращают старые бутылки и упаковочные материалы в первичное сырьё, позволяющее выпускать новые изделия.

Пищевые и растительные остатки, которые раньше отправлялись на свалки, сегодня служат основой для получения компоста. В Сан-Франциско, где действует программа обязательного компостирования, городу удалось перенаправить около 80% бытовых отходов с полигонов. Этот подход не только снижает объёмы захоронения, но и создаёт качественный компост, обогащающий почву для сельского хозяйства и озеленения городских пространств.

Одним из самых ярких примеров инновационного подхода является опыт Швеции, где переработка мусора достигла почти полного цикла. В этой стране около 99% отходов используются повторно: они либо перерабатываются, либо сжигаются для производства энергии.

Шведские мусоросжигающие заводы, оснащённые современными технологиями очистки дымовых газов, вырабатывают электричество и тепло, минимизируя выбросы вредных веществ. Интересно, что Швеция даже импортирует отходы из соседних стран для обеспечения работы своих установок, что подчёркивает успешность и востребованность этого подхода.

Пиролиз - термическое разложение органических материалов в условиях ограниченного доступа кислорода - позволяет извлекать синтетические газы и масла, используемые в качестве топлива или сырья для химической промышленности.

Наряду с этим, Германия остаётся мировым лидером в производстве биогаза: по данным отраслевых аналитиков, в стране функционирует более 9 000 биогазовых установок, ежегодно генерирующих значительные объёмы энергии, способной обеспечить работу как городских, так и сельских районов. Эти технологии не только демонстрируют потенциал отходов, но и помогают снижать зависимость от ископаемых источников энергии.

В Амстердаме реализован проект «De Ceuvel», где заброшенный промышленный район превращён в инновационное рабочее пространство и коворкинг, полностью построенный с использованием переработанных материалов.

Здесь старые металлоконструкции, битое стекло и переработанные древесные элементы находят своё новое применение, создавая уникальные архитектурные образы. Такие проекты показывают, что отходы могут стать не просто сырьём, а источником эстетического и культурного обновления.

Переосмысление отношения к отходам способно радикально изменить наше представление о ресурсах. Вместо того чтобы воспринимать мусор как проблему, мы можем увидеть в нём безграничный потенциал для инноваций и экономического роста. Новые технологии переработки и энергетического восстановления отходов продолжают развиваться: пилотные проекты, подобные датскому опыту пиролиза, или успешные инициативы в Германии и Швеции, открывают двери к новой модели устойчивого развития.

Проблема отходов из пластмасс является актуальной для современных городов. В настоящее время большинство развитых стран осуществляют сбор мусора по-отдельности - пластик отделяется от общего мусора и выкидывается в отдельные контейнеры. В случае, если вы приобретаете многоразовые контейнеры, важно обратить ваше внимание на маркировку (стрелочку), которая указывает на возможность сдачи такой упаковки в пункты приема пластика.

Сбор пластиковых отходов

Первым шагом к переработке является сбор материалов. Такой процесс организуется на нескольких уровнях.

• Сбор в жилых домах, ЖК комплексах и в офисах: граждане собирают изделия из пластмассы в контейнеры, которые обычно устанавливаются в общественных местах или на территории предприятий. Также, например, для удобства используются яркие и разноцветные контейнеры, и на каждом есть маркировка с указанием типа пластика.
• Сбор в торговых точках: многие магазины и предприятия организуют сбор изделий из пластика, предоставляя покупателям и сотрудникам возможность сдать пластиковую тару для переработки.
• Муниципальный уровень: в некоторых городах существуют муниципальные программы по сбору и переработке пластмасс. Муниципальные службы обеспечивают сбор и транспортировку пластиковых отходов на специализированные перерабатывающие предприятия.
• Международные организации: некоторые международные организации, такие как Всемирный фонд дикой природы (WWF), проводят кампании по сбору пластика с целью последующей переработки изделий.
• Специализированные компании: существуют узконаправленные компании, занимающиеся сбором и переработкой пластиковых изделий и отходов. Такие компании работают как на региональном, так и на международном уровне.

Следует заметить, что для успешной организации сбора пластика необходима активная позиция граждан и предприятий, а также поддержка со стороны муниципальных и региональных властей. Последующим этапом в процессе обработки пластмассы является сортировка и определение вещества по категориям. Существует много видов пластмасс, имеющих разные свойства, и требующих разных условий для обработки.

Самые активно распространенные виды пластмассы обозначаются аббревиатурой PET (полиэтилентерефталат), HDPE (высокомолекулярный полиэтилен), PVC (поливинилхлорид), LDPE (низкомолекулярный полиэтилен) и PP (полипропилен).

Пластмассу собираются на специальных пунктах сбора, где они проходят сортировку по видам пластика. Сортировка может осуществляться вручную или автоматически с помощью специализированных машин.

Процесс переработки включает несколько этапов, важных для получения качественного нового материала. Один из основных этапов - это чистка. Клей, грязь, пыль, а также остатки пищевых продуктов. Помимо моющей очистки, важно обеспечить максимально возможную свободу от всевозможных примесей перед использованием и утилизацией пластика.

Пластик поступает в специальные измельчители, разбивающие его на мельчайшие кусочки. Эти фрагменты используются на последующих этапах переработки для повторного использования. Кроме того, пластиковые измельченные изделия могут найти применение в других отраслях, например, их добавляют в асфальт или используют как сырье после измельчения.

Дробленный пластик проходит проверку на определение класса. Благодаря этому можно точно выбрать оптимальные методы последующей переработки.

Экструзия пластмассы - это технологический процесс, во время которого вязкий и пластичный полимер продавливается сквозь специальное формующее отверстие. На выходе получается изделие нужной формы - лист, труба, профиль или что-то другое. После этого происходит компаундирование - смешивание различных видов пластмасс или других добавок для изменения его свойств. Это могут быть красители, стабилизаторы, наполнители и т. д. Благодаря этому получается материал с улучшенными характеристиками, который затем снова подвергается экструзии.

Переработка представляет несколько методов с разными технологиями. Один из них - физический, также известный как механический ресайклинг, что является наиболее активно применяемым методом. Процесс включает в себя несколько этапов: сортировку по виду, количеству загрязненности, а также качеству и состоянию материала, затем происходит дробление, повторная сортировка, мытье и сушку.

Существуют также химические технологии переработки пластмасс, которые имеют свои преимущества, если сравнивать их с предыдущим способом. Химическая технология обычно используется для обработки загрязненного пластика. Существуют два основных вида: P2P (преобразуется в полимер) и P2F ( преобразуется в сырье), например, топливо и синтетическую нефть.

Есть еще термические способы переработки, причем они разделяются на кислородные и инертные. Первый такой метод - пиролиз. При этой технологии пластик разлагается без доступа кислорода термическим путем. Результатом процесса являются по большей части жидкие продукты, а при температуре свыше 600 градусов - газообразные. Твердые вещества включают технический углерод и металлы. Такой метод помогает переработать загрязненные пластики, обеспечивая разрушение 99% вредных соединений, содержащихся в пластмассе.

Еще один вид термической переработки - газификация, при которой отходы обрабатываются большим количеством плазмы при огромных температурах. Этот метод способствует разрушению токсичных элементов и позволяет минимизировать выделение смол . При использовании этого метода образуется синтетический газ, используемый для выработки большого количества электрической энергии, а также тепловой энергии.

Многие страны применяют все эти методы и этапы переработки пластика для получения различных типов пластмассового сырья. Тем не менее, есть и граждане, которые осознанно используют бытовые изделия из этого материала повторно, обходя процесс переработки пластмассы.

Одним из важных аспектов нашего времени является утилизация пластика. И это не просто модное слово, а неотъемлемая часть нашей экологической ответственности. Конечно, можно просто выбросить пластик, но это может привести к серьезным последствиям. Ведь его разложение в природе занимает сотни лет!

Организация утилизации пластмассы обладает рядом преимуществ. Во-первых, это позволяет уменьшить количество отходов, которые попадают в мусор и в окружающую среду. Это способствует снижению загрязнения и сохранению природы. Во-вторых, переработка пластика помогает экономить энергию и сырье, так как при производстве новых продуктов используется меньше первичного материала.

В целом, утилизация пластика играет очень важную роль в борьбе с повсеместным загрязнением атмосферы и сохранении природы. Однако, для достижения более эффективной и развитой модели утилизации, необходимо решить ряд проблем, включая улучшение инфраструктуры, повышение осведомленности населения и разработку новейших технологий, которые сделают переработку пластмассы доступной для каждого.