廢舊農(nóng)膜再利用的發(fā)展

鄭同鑫 闞麗虹

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

0 引言

我國(guó)干旱地區(qū)對(duì)于農(nóng)膜的使用較為成熟，農(nóng)膜的推廣也不斷提升。無(wú)論土地表面覆蓋的地膜，還是搭建起來(lái)的蔬菜大棚棚膜，隨著老化過(guò)程最終要被更換。這些廢舊農(nóng)膜實(shí)為白色污染，長(zhǎng)期不能降解，危害自然環(huán)境。近年來(lái)，越來(lái)越多的人關(guān)注塑料白色污染，尤其是廢舊農(nóng)膜對(duì)土壤和環(huán)境的影響。有研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)致力于廢舊農(nóng)膜的回收，對(duì)于難以清除干凈的地膜也不斷有創(chuàng)新的方法和機(jī)械進(jìn)行回收，后續(xù)環(huán)節(jié)還包括將回收的廢舊農(nóng)膜進(jìn)行清洗、再加熱、造粒、成型，處理方法日益成熟，更加綠色環(huán)保循環(huán)的回收處理方法也不斷出現(xiàn)。

1 廢舊農(nóng)膜污染狀況

被丟棄的廢舊棚膜或地膜埋在土壤里對(duì)農(nóng)田、環(huán)境造成巨大污染[1]，主要有以下情況：

1）破碎棚膜、地膜殘留埋沒(méi)在土壤中導(dǎo)致水分難以滲透，土壤含水量逐漸下降，土地逐漸干旱難以進(jìn)行耕種。

2）破碎殘留農(nóng)膜破壞了土壤理化性狀，植物發(fā)育生長(zhǎng)被抑制。由于殘留農(nóng)膜的阻擋，植物難以扎根、向下生長(zhǎng)，根部發(fā)育受到很大影響。

3）殘留埋沒(méi)在土壤中的農(nóng)膜處理不干凈，農(nóng)膜碎片隨風(fēng)到處飄揚(yáng)，白色污染帶來(lái)巨大隱患。飄揚(yáng)的廢舊農(nóng)膜會(huì)在田間地頭、公路、樹(shù)枝、電線上到處都是，可能造成安全事故。

4）動(dòng)物對(duì)于白色污染沒(méi)有防范，經(jīng)常有動(dòng)物吃下土地里的廢舊塑料薄膜，危害動(dòng)物生命。

廢舊農(nóng)膜的不利影響比較嚴(yán)重，如不及時(shí)處理，會(huì)產(chǎn)生大量白色污染，因此需要不斷發(fā)展農(nóng)膜回收利用技術(shù)[2]。

2 分類(lèi)分揀

分類(lèi)分揀主要包括兩個(gè)步驟，第一步是田間地頭回收舊棚膜、地膜，第二步是對(duì)已經(jīng)回收集中堆放的廢舊農(nóng)膜進(jìn)行分類(lèi)分揀。第一步主要以人工為主，這里詳細(xì)介紹第二步分類(lèi)分揀。

集中堆放的廢舊農(nóng)膜中含有各種雜質(zhì)。大棚農(nóng)膜回收較為整齊干凈，其分揀并不繁瑣。但回收堆放的地膜分揀量和難度較大，存在許多雜質(zhì)土塊、石子、木渣、雜草等，需將廢舊地膜中的雜質(zhì)盡可能全部分揀出來(lái)，因?yàn)閺U舊地膜中含有的少量雜質(zhì)會(huì)對(duì)后續(xù)處理過(guò)程中機(jī)械齒輪等造成危害。

2.1 人工分揀

人工分揀可以將纏繞堆放的地膜中的大小雜質(zhì)完全分揀出來(lái)，分揀干凈程度高，是普遍采用的方法。但人工分揀速度慢，機(jī)械化程度低，難以達(dá)到高效的分揀效果。人工分揀的局限性使得分揀方式需要繼續(xù)發(fā)展。

2.2 振動(dòng)篩式分揀

將集中堆放含有雜質(zhì)的廢舊農(nóng)膜破碎分段，裝入振動(dòng)篩中進(jìn)行振動(dòng)分揀。通過(guò)篩子轉(zhuǎn)動(dòng)可將廢舊農(nóng)膜中密度大于農(nóng)膜的雜質(zhì)，石塊、土塊等篩到底層，不斷漏出振動(dòng)篩。大密度雜質(zhì)篩出后，剩余與廢舊農(nóng)膜密度相差不大的雜質(zhì)通過(guò)叉形設(shè)備及靜電方式挑出，雜草等雜質(zhì)被分離出來(lái)。振動(dòng)篩式純機(jī)械分揀方式速度快，機(jī)械化程度高，可進(jìn)行大批量分揀，但仍會(huì)存在少量雜質(zhì)破壞后續(xù)加工機(jī)械。

2.3 振動(dòng)篩結(jié)合人工分揀

振動(dòng)篩分離出的廢舊碎片地膜進(jìn)入皮帶式輸送帶，被緩慢輸送到人工分揀區(qū)，此區(qū)域輸送速度慢，廢舊農(nóng)膜堆疊厚度小幾乎處于平鋪狀態(tài)，兩側(cè)的工人可通過(guò)肉眼觀察分揀出其中的雜質(zhì)。這種半機(jī)械化半人工方式一定程度上既提高了分揀速度，又可以保證分揀的干凈程度。

3 清洗除水

分揀完畢的廢舊農(nóng)膜進(jìn)入清洗環(huán)節(jié)。農(nóng)膜回收之初覆蓋了灰土等，分揀環(huán)節(jié)無(wú)法將粘附在農(nóng)膜表面的灰塵去除，因此接下來(lái)需要進(jìn)行水流攪拌沖洗。廢舊農(nóng)膜被輸送到清洗池中，經(jīng)破碎設(shè)備破碎后的農(nóng)膜的清洗效果會(huì)更好。清洗池中安裝有攪拌棒等，采用在水流中攪拌、不同方向水壓沖洗等方式除去農(nóng)膜表面灰土等。清洗過(guò)程可做到全程機(jī)械化，清洗速度快，但粘附在農(nóng)膜表面的灰土需要大量水才能清洗干凈，做好蓄水池水循環(huán)重復(fù)利用尤其重要。

清洗完畢的廢舊農(nóng)膜被輸送入吹風(fēng)烘干通道，隨著含水分較多的廢舊農(nóng)膜進(jìn)入通道，吹風(fēng)及加熱功能開(kāi)啟，帶走廢舊農(nóng)膜中殘留的水分。這一過(guò)程需要較長(zhǎng)通道和時(shí)間，以盡可能完全去除農(nóng)膜中殘留的水分。

4 熱塑性及再加熱造粒

農(nóng)膜主要為L(zhǎng)DPE、HDPE、LLDPE等，其結(jié)構(gòu)分別為支鏈結(jié)構(gòu)、線型結(jié)構(gòu)、線型短支鏈結(jié)構(gòu)。農(nóng)膜的線性結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其具有熱塑性質(zhì)，農(nóng)膜可以反復(fù)加熱熔化冷卻成型。聚乙烯線性微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為可受熱軟化具有流動(dòng)性，類(lèi)似于將面條下入開(kāi)水中，這些線性分子鏈段（面條狀）受熱軟化后可流動(dòng)，溫度降低冷卻成型[3]。

圖1 受熱軟化的流動(dòng)性

圖2 廢舊農(nóng)膜的熱塑性

經(jīng)分揀、清洗干凈的廢舊農(nóng)膜被輸送入高溫熔融設(shè)備中加熱、熔融。熔融后的流動(dòng)高分子聚合物通入擠出管道，擠出孔拉動(dòng)聚合物冷卻凝固成型。凝固成型的絲狀聚乙烯材料經(jīng)過(guò)切粒機(jī)截?cái)喑深w粒，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

熔融再加熱過(guò)程中，混煉機(jī)對(duì)廢舊塑料進(jìn)行粉碎、混合、著色、低溫造粒，不破壞分子鏈段的結(jié)構(gòu)，不產(chǎn)生熔融流動(dòng)?；鞜捦戤?，進(jìn)入喂料機(jī)熔融泵進(jìn)行加熱，溫度達(dá)100℃以上。

圖3 熔融過(guò)程

5 二次成型應(yīng)用技術(shù)

已制備成型聚合物顆粒裝袋，以備開(kāi)發(fā)利用。農(nóng)業(yè)中使用的大棚農(nóng)膜、地膜等為一次性材料，具有透光性好、化學(xué)成分固定的特性。而回收再造聚合物顆粒成分復(fù)雜，純凈度降低，透光性差，因此，一般不用于透明薄膜類(lèi)產(chǎn)品，而是主要應(yīng)用在有色高分子聚合物中，在有色高分子材料中加入二次成型聚合物顆粒，可降低其成本。

二次成型聚合物顆粒在其他方面的應(yīng)用也較為廣泛，工程類(lèi)如排水管道PVC、工程塑料、有色塑料展示品等都可加入二次造粒顆粒。此類(lèi)應(yīng)用中，對(duì)于高分子材料化學(xué)成分、透明度、顏色等要求不高。這種方式可以很大程度上降低成本，又不影響使用的效果[4]。

6 反復(fù)循環(huán)利用技術(shù)

廢舊農(nóng)膜通過(guò)熔融再造粒開(kāi)拓了較好的循環(huán)利用道路，同時(shí)其回收利用方法也在不斷創(chuàng)新，如熱裂解利用、化學(xué)分解等。

6.1 熱裂解技術(shù)

熱分解技術(shù)是將原高分子聚合物及廢舊塑料分子鏈進(jìn)行分解，使其成為低分子狀態(tài)。熱裂解過(guò)程如圖4所示。

圖4 熱裂解過(guò)程

由圖4顯示，將分揀清洗干凈的廢舊農(nóng)膜塑料進(jìn)行熱裂解，轉(zhuǎn)化為低分子聚合物，可得到化工原料或燃料等。熱裂解機(jī)理為高聚物大分子轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿恿康奈镔|(zhì)，C-C鍵和C-H鍵斷裂或斷裂聚合形成化工原料、燃料等。機(jī)理式如下：

熱裂解過(guò)程主要有三種反應(yīng)：①裂解產(chǎn)生單體；②無(wú)規(guī)則裂解斷裂形成低分子物；③消除取代基或官能團(tuán)產(chǎn)生小分子，伴隨有不飽和化合物的生成和聚合物交聯(lián)乃至結(jié)焦。整個(gè)熱裂解過(guò)程較為復(fù)雜，高溫裂解過(guò)程所需能量較高，且會(huì)產(chǎn)生一定的有害物質(zhì)。裂解設(shè)備有不同類(lèi)型，如槽式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、螺旋管式反應(yīng)器、硫化床反應(yīng)器等，各有優(yōu)缺點(diǎn)?？傮w來(lái)說(shuō)，熱解技術(shù)投資大，研發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，還有很多技術(shù)性問(wèn)題亟待解決[1]。

6.2 化學(xué)分解技術(shù)

化學(xué)分解技術(shù)指通過(guò)水解或醇解將高分子量的廢舊農(nóng)膜塑料降解為低分子量聚合物或單體的方法。化學(xué)分解技術(shù)能耗低，分離純度等較好，設(shè)備簡(jiǎn)單。但化學(xué)分解技術(shù)分解的材料要求干凈，混合型廢舊農(nóng)膜塑料部分無(wú)法化學(xué)降解?；瘜W(xué)降解應(yīng)用產(chǎn)品主要為熱塑性聚合物塑料。

7 綠色可降解農(nóng)膜的發(fā)展

不可降解農(nóng)膜的使用造成嚴(yán)重的土壤污染和白色污染，后續(xù)回收再加工或熱分解、化學(xué)分解會(huì)消耗大量能源，同時(shí)產(chǎn)生污染?？山到廪r(nóng)膜技術(shù)為農(nóng)膜發(fā)展提供了新的革新平臺(tái)?？山到廪r(nóng)膜分為三大類(lèi)：光降解農(nóng)膜、微生物降解農(nóng)膜、光-微生物降解農(nóng)膜[5-6]。

近年來(lái)，農(nóng)膜使用回收處理逐漸改善，通過(guò)綜合降解提高了農(nóng)膜的降解效率。未來(lái)可降解農(nóng)膜技術(shù)的提高將逐漸取代農(nóng)膜的二次造粒成型、熱裂解、化學(xué)分解等。