基于大數(shù)據(jù)分析的廢舊塑料利用率算法

呂苗苗

（江蘇醫(yī)藥職業(yè)學院 醫(yī)學技術學院，江蘇 鹽城 224005）

隨著我國資源綜合利用產(chǎn)業(yè)政策的加快實施，廢舊塑料回收利用進程也不斷推進［1］。首先，必須對廢舊塑料回收和再利用工藝進行分析，制定產(chǎn)品的檢驗標準，增大整體生產(chǎn)規(guī)模，提高產(chǎn)品質量，從根本上解決環(huán)境問題，實現(xiàn)可持續(xù)性優(yōu)化發(fā)展［2］。現(xiàn)階段，云計算服務技術正在加速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心成為業(yè)務發(fā)展的核心內容，所以其擴張速度急劇增加［3］。在大數(shù)據(jù)背景下，塑料再生資源企業(yè)對數(shù)據(jù)越來越重視，通過分析、統(tǒng)計、挖掘大量數(shù)據(jù)，為企業(yè)提供經(jīng)營決策的支撐［4］。目前，塑料回收和再生資源利用率較低，造成資源浪費，因此，本工作基于大數(shù)據(jù)分析，對廢舊塑料利用率算法進行研究。

1 我國廢舊塑料再生利用現(xiàn)狀及應用領域

1.1 利用現(xiàn)狀

塑料具有較好的成型性［5］。通用塑料主要有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。其中，產(chǎn)量最大的是PP，PE，《2019年中國塑料工業(yè)年鑒》顯示，2019年，我國生產(chǎn)PP和PE共4 251 Mt。中國物資再生協(xié)會再生塑料分會數(shù)據(jù)顯示，2019年，回收再生利用塑料量為9.45 Mt，廢舊塑料利用率為15.1%，利用率較低。

1.2 應用領域

1.2.1 涂料

涂料的基體材料可以選擇廢舊塑料。彈性防水涂料可以使用廢舊PS泡沫塑料［6］，該涂料的優(yōu)點是耐酸堿、耐候、耐高溫，表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能，以及較大的滲透力和分散度等，廣泛用于管道防腐、渠道防滲以及地下防潮等。由于其制作比較簡單，成本低廉，因此，廢舊PS的循環(huán)再利用具有極大的可行性?；厥諒U舊PE時，在反應釜中均勻攪拌各種原料和添加劑，形成黏稠狀膏體，于常溫放置10～24 h，形成固體，即為非常重要的建筑涂料。其表現(xiàn)出的特點為安全、無污染，與PS泡沫相比，其保溫效果和防雨效果更好。粉碎處理廢舊PP，PE，PS，使其顆粒粒徑為2.0～3.0 mm，與粒徑為8.5～13.0 μm的陶瓷顆粒、顏料按質量比1∶1∶1混合，加溫處理后將其放入模具中，一定溫度條件下制備了仿漢白玉的建筑裝飾涂料，實現(xiàn)了資源的有效利用，并節(jié)約了成本。

1.2.2 建筑材料

建筑材料是我國應用廢舊塑料的重要領域［7］。在制備建筑材料時，采用廢舊塑料泡沫成本低，成品性能（如保溫、防水、常溫速干等）良好，且冬天不會出現(xiàn)結露、反霜現(xiàn)象；采用廢舊PS泡沫塑料制成的鋁塑板操作簡便，工程造價低，損耗量小。將石墨、粉煤灰、碳酸鈣以及廢舊塑料充分混合，制備了建筑瓦料，提高了瓦料硬度，并有效降低了生產(chǎn)成本［8］。利用廢舊PE，PP可改性防水瀝青，使其具有更高的抗沖擊性能、高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能［9］。

1.2.3 作為能源回收利用

廢舊塑料燃燒會產(chǎn)生大量的熱量。將廢舊塑料作為能源是目前非常重要的回收手段。廢舊塑料燃燒可為鍋爐供熱，并進行發(fā)電。老化降解的塑料制品、復雜結構的聚合物制品等適合作為燃料回收［10］；但塑料焚燒會帶來燃燒灰塵、有毒氣體，污染環(huán)境，因此，需注意灰塵、廢氣的合理處理。

1.2.4 制備再生粒子

我國廢舊塑料再生粒子的需求量很大。蘇州某中型農(nóng)膜廠，每年需要超過1 kt的再生粒子，而一家中型鞋廠則需要大于2 kt/a的再生粒子。對于供給方面來說，蘇州每年會產(chǎn)生350 t廢舊塑料，可制備塑料再生粒子300 t，無法滿足廠家的需求。

2 廢舊塑料利用率算法

2.1 廢舊塑料利用率算法模型

可回收塑料包括PE，PP，PVC，PS，ABS等，結合實踐分析和理論基礎，構建了資源能耗模型，以優(yōu)化廢舊塑料利用率的算法模型。資源能耗模型見式（1）～式（2）。

式中：P（u）表示單個塑料品種回收量；k表示單個塑料品種與塑料最高回收量百分比；u，Pmax分別表示單個塑料品種的回收利用率以及塑料最高回收率；u（t）為時間函數(shù)，在很大程度上可以反映廢舊塑料利用率；E表示一定時間內（t0～t1）塑料最高回收總量。

結合線性回歸分析，確定了廢舊PE，PP，PVC，PS，ABS的利用率以及實際回收量的關聯(lián)性，最終確定線性多資源回收模型［見式（3）］。

式中：y表示塑料的實際回收量；β0～β5為回歸系數(shù)；x1～x5分別表示廢舊PE，PP，PVC，PS，ABS的利用率。

通過大數(shù)據(jù)回歸分析，可獲得回收模型［見式（4）］。對于該模型來說，在實際生產(chǎn)過程中，結合實踐基礎分析并驗證廢舊PE，PP，PVC，PS，ABS利用率的大數(shù)據(jù)，得到廢舊塑料利用率的具體參數(shù)。

2.2 塑料回收統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源

以我國2009—2019年廢舊塑料再生資源利用為研究尺度，數(shù)據(jù)包括物質流分析領域相關科技文獻及各職能部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)，《中國再生資源行業(yè)發(fā)展報告》提供的廢舊塑料再生資源的利用量、進口量等年度數(shù)據(jù)。對于廢棄電器電子產(chǎn)品的塑料回收利用量，其數(shù)據(jù)通常采集于拆解利用企業(yè)，拆解后的塑料流向資源再生終端企業(yè)，實際已計入廢舊塑料再生資源的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，本文未做計算。

2.3 塑料回收數(shù)據(jù)分析方法

在計算廢舊塑料利用率時，對于目前相關塑料行業(yè)協(xié)會以及職能部門尚未定期采集的數(shù)據(jù)進行以下假設：計算當年回收利用量不考慮存量的增減。因進入小、低、散回收作坊的塑料再生資源量目前均缺乏統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因而在計算廢舊塑料利用量時此部分不計入。目前，我國廢舊塑料再生資源類型未見有物質流分析的科技文獻。參考現(xiàn)狀調查數(shù)據(jù)，假定廢舊塑料回收量占總廢舊塑料量的50%，本工作對該數(shù)據(jù)進行了不確定性分析。其過程為：廢舊塑料再生資源回收比例系數(shù)在±20%時，分析廢舊塑料再生資源比例系數(shù)波動對再生資源利用率指標的影響。假定廢舊塑料再生資源回收比例系數(shù)取最高值（+20%）、最低值（-20%）時的塑料回收利用率指標波動范圍，采用式（5）～式（6）對我國廢舊塑料利用率進行測算。

式中：R表示廢舊塑料利用率，%；Mlandfill表示填埋處理量，Mt；Mincineration表示焚燒處理量，Mt；Mcompost表示工業(yè)處理量，Mt；Muntreated表示非無害化處理量，Mt；Mgenerate表示未回收的塑料量，Mt；Mi表示某廢舊塑料利用量，Mt。

3 結果與討論

3.1 我國塑料回收利用量分析

從圖1可以看出：2009—2019年，我國塑料回收利用量從3.80 Mt增至9.45 Mt。2009—2015年，我國塑料回收利用量處于持續(xù)增長的趨勢，2016年有所下降，2017—2019年增長較快，其中，2017年塑料回收利用量最高，為9.60 Mt。2019年較2018年有小幅增長，從2018年的9.16 Mt增加到2019年的9.45 Mt，說明我國塑料回收再生資源利用量不斷增大。

3.2 我國廢舊塑料利用率

圖1 我國廢舊塑料利用量Fig.1 Plastic recycling in China

我國2009—2019年的塑料總生產(chǎn)量約6.1億t，從圖2可以看出：2009—2014年，我國廢舊塑料利用率從12.0%升至16.0%；2015—2019年，我國廢舊塑料利用率則總體呈現(xiàn)下降趨勢，2016年，廢舊塑料利用率降為14.5%，2017年有所增加，為15.3%，2018年小幅下降，為14.6%，2019年再度增加，為15.1%。廢舊塑料利用率下降的可能原因包括兩個方面：一是雖然我國塑料再生資源回收量略有上升，但進入焚燒廠、填埋場的廢舊塑料處理量增長速度更快；二是塑料再生資源受到回收成本、原材料價格等方面的影響，近幾年的廢舊塑料回收利用量降低。

圖2 我國廢舊塑料利用率Fig.2 Plastic recycling utilization rate in China

3.3 塑料再生資源比例系數(shù)波動對其利用率的影響

本工作假定塑料再生資源的回收比例系數(shù)為50%，研究結果可能存在一定不確定性。在圖2的基礎上進一步分析了塑料再生資源回收比例在±20%波動下，對廢舊塑料利用率的影響。結果表明：塑料再生資源回收比例系數(shù)在±20%波動時，2019年廢舊塑料利用率為11.3%～20.5%。假定每項計算參數(shù)在±20%波動，分析對廢舊塑料利用率不確定性影響。從表1可以看出：塑料再生資源比例系數(shù)對計算結果的影響幅度最大，為-2.65%～2.51%；塑料再生資源比例系數(shù)的不確定性影響由大到小依次為PE，PVC，PP，PS，ABS。

表1 塑料再生資源比例系數(shù)波動對其利用率計算結果的影響Tab.1 Influence of fluctuation of proportion coefficient of plastic renewable resources on calculation results of recycling efficiency %

4 結論

a）通過大數(shù)據(jù)收集PE，PP，PVC，PS，ABS等使用情況，使用物質流科技文獻和塑料再生資源利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)測算我國2009—2019年的廢舊塑料利用率，其中，廢舊塑料利用率從2009年的12.0%上升至2014年的16.0%，2015—2019年利用率下降。

b）2009—2015年，我國廢舊塑料利用量持續(xù)增長，2016年，總回收利用量有所下降， 2017—2019年增長較快，說明我國塑料再生資源利用量需求不斷增大。

c）借助模型分析了廢舊塑料利用率，塑料再生資源比例系數(shù)對計算結果的影響幅度最大，為-2.65%～2.51%；塑料再生資源比例系數(shù)的不確定性影響由大到小依次為PE，PVC，PP，PS，ABS。