廢舊塑料的回收與利用

王文茜，閆柯柯，馮傳意，戚玉，吳菊，陳新，李培培

（皖西學(xué)院材料與化工學(xué)院，安徽 六安 237012）

隨著塑料工業(yè)的快速發(fā)展，塑料回收在短短幾十年間形成了一個復(fù)雜多樣的行業(yè)，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)重要地位。塑料使用量的增加造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，但同時塑料是重要的可再生資源。再生塑料是指已經(jīng)達(dá)到使用年限并具有二次價值的各種形式的塑料，大多數(shù)熱塑性塑料具有二次價值。然而，與我國塑料工業(yè)的快速發(fā)展相比，我國的廢舊塑料回收和處理工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。石油、煤炭等資源是不可再生能源，是十分珍貴的，而廢舊塑料可以通過加工、濃縮、分類、科學(xué)合理地利用，獲得回收值。目前，各國都在高度重視塑料廢棄物的回收利用，并努力開發(fā)各種塑料廢棄物的回收利用技術(shù)。

1 廢舊塑料回收利用十分緊迫

作為一種化學(xué)原料，塑料使人們的生活變得便利，但是對環(huán)境帶來了巨大的危害。隨著我國塑料制成品的使用率爆發(fā)式增長，塑料垃圾也急劇增加，一個突出的環(huán)境保護問題就是“白色污染”。傾倒在垃圾填埋場的廢舊塑料，使生態(tài)環(huán)境遭到了嚴(yán)重污染，造成資源損耗，1 萬t 的塑料垃圾占據(jù)了大約667 m2的土地，世界上最深的馬里亞納海溝也發(fā)現(xiàn)了塑料垃圾。塑料垃圾不容易被降解，自然界的細(xì)菌和酶無法消化塑料。如果土壤中的塑料垃圾不能被分解，就會影響土壤中的傳質(zhì)、熱交換和微生物生長，降低土壤質(zhì)量，污染地下水源。焚燒聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）和丙烯腈、氰化氫（HCN）、聚氨酯和聚碳酸酯等塑料廢物會產(chǎn)生有毒氣體，如光氣，會對環(huán)境造成嚴(yán)重破壞[1]。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部的數(shù)據(jù)，2020 年，全球32%的塑料產(chǎn)自我國。2022 年我國塑料制品產(chǎn)量為7 771.6 萬t，我國總體廢塑料回收總量為1 800 萬t。在我國，為保護環(huán)境而回收塑料垃圾是一個新興產(chǎn)業(yè)，具有環(huán)境效益高，發(fā)展?jié)摿Υ?，成本低等?yōu)勢?；趪鴥?nèi)生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，塑料廢棄物技術(shù)的發(fā)展方向是系統(tǒng)地進(jìn)行技術(shù)研究和開發(fā)。廢舊塑料的回收和再利用是塑料行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路，也是解決塑料垃圾問題的有效途徑。

2 廢舊塑料回收現(xiàn)狀及發(fā)展

當(dāng)前，隨著塑料工業(yè)快速得發(fā)展且環(huán)境不斷惡化，塑料廢棄物的回收利用已被世界公認(rèn)是一種節(jié)能環(huán)保的措施。中國需要借鑒這一經(jīng)驗，尤其是發(fā)達(dá)國家很早就開始在這一領(lǐng)域開展工作，并取得了明顯的成效。

2.1 國外回收現(xiàn)狀

人們對美國的塑料回收進(jìn)行了廣泛的研究。美國于2020 年提出《美國塑料公約》，限制11 種與包裝有關(guān)的產(chǎn)品生產(chǎn)與使用，2021 年《國家回收戰(zhàn)略》提出了2023 年實現(xiàn)50%回收率目標(biāo)的路線圖[2]。2021 年，美國近95%的廢塑料最終進(jìn)入了垃圾填埋場、海洋或以微小的有毒顆粒形式散落在大氣中，在這些塑料垃圾中，只有5%得到回收。

日本于2022 實施《塑料資源循環(huán)促進(jìn)法》，要求大量使用一次性塑料的運營商減少該類產(chǎn)品的使用，便利店和住宿業(yè)等相關(guān)企業(yè)有義務(wù)削減免費提供給顧客的塑料勺子和一次性牙刷等12 種一次性塑料制品。

與2019 年相比，2020 年歐洲塑料垃圾回收能力增加了13%。2020 年，歐盟27 國和挪威、瑞士、英國3 國的總塑料回收為850 萬t。2020 年歐盟地區(qū)24%的塑料垃圾被回收，其余的塑料垃圾被填埋或焚燒。2018 年，歐盟出臺了《包裝和包裝廢棄物指令》，其回收目標(biāo)是到2025 年達(dá)到50%，到2030 年達(dá)到55%。而2020 年塑料包裝回收為30%，與設(shè)定的目標(biāo)仍有很大差距[2]。

在上述工業(yè)化國家，一方面通過立法規(guī)范公司及個體的行為，另一方面通過大型公益活動、廣告提高公眾對環(huán)境保護和回收的認(rèn)識，來促進(jìn)塑料廢物的回收。

2.2 國內(nèi)回收現(xiàn)狀

我國是最大的塑料生產(chǎn)國和消費國。2020 年塑料制品產(chǎn)量7 603 萬t，廢塑料產(chǎn)生量6 000 萬t，2022 年我國總體廢塑料回收總量為1 800 萬t，與2021 年的1 900 萬t 相比降低了100 萬t，同比下降5.3%。雖然整體回收率下降，但由于部分再生塑料制品價格上漲，我國廢塑料回收利用在2022 年產(chǎn)值為1 050 億元，與2021 年持平[3]。世界上最大的再生塑料市場是中國。在國內(nèi)，中國的回收設(shè)施遍布全國，形成了一些大型的回收市場和回收配送中心。

2.3 我國廢舊塑料回收存在的問題

2.3.1 回收后使用量不足

2022 年我國塑料制品產(chǎn)量為7 771.6 萬t，但廢塑料只回收了1 800 萬t。塑料垃圾回收可以有效地減少能源消耗和污染，但目前我國缺乏一個全面的塑料垃圾產(chǎn)業(yè)的宏觀規(guī)劃。支持塑料垃圾產(chǎn)業(yè)和回收商的具體措施很少，也沒有對塑料垃圾進(jìn)行分類的技術(shù)規(guī)范。一些政府機構(gòu)和公眾認(rèn)為回收的塑料制品是低質(zhì)量的產(chǎn)品，這大大限制了回收行業(yè)的發(fā)展。

2.3.2 回收管理歸屬不明確

目前，參與私人回收、規(guī)范和管理的人至少有2 000 萬。他們的團隊是回收工作的核心。目前，廢塑料行業(yè)由國家發(fā)展和改革委員會（NDRC）、商務(wù)部（MOFCOM）、海關(guān)總署（GAC）和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局（AQSIQ）管理。該行業(yè)在技術(shù)指南和標(biāo)準(zhǔn)上有所欠缺。所以，應(yīng)盡快明確一個主管部門，把生活垃圾分類和回收任務(wù)結(jié)合起來，從而建立一個全社會有效的回收體系[4，5]。

2.3.3 回收存在質(zhì)量和環(huán)境破壞問題

廢塑料行業(yè)廣泛存在入行門檻很低，技術(shù)含量不高等特點。很多地方都有以店鋪為單位的廢舊塑料回收設(shè)施，但是生產(chǎn)設(shè)備落后，技術(shù)人員缺乏且缺乏相應(yīng)的回收標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致產(chǎn)品技術(shù)含量低，質(zhì)量不穩(wěn)定。在廢棄包裝物中，紙、金屬和塑料瓶的回收比較廣泛，而塑料袋的回收價值低，造成環(huán)境污染。

3 廢舊塑料回收利用的技術(shù)

3.1 再生利用與改性利用

再生利用技術(shù)依據(jù)處理程序難易程度，可分為兩類：簡單回收和改性回收，其中，簡單回收主要是指對回收的塑料制品進(jìn)行分類、清洗、切碎和造粒等工序，然后直接轉(zhuǎn)化為模具。硬質(zhì)產(chǎn)品，如PVC 板和硬質(zhì)管道，在經(jīng)過上述處理后，可直接擠壓成管道，用作建筑物的導(dǎo)管。這種類型的回收是一個相對簡單的直接處理、成型加工的過程，因此，回收的產(chǎn)品性能不高，一般只用于低檔塑料制品。

改性回收是指對回收材料進(jìn)行機械混合或化學(xué)接枝，例如通過硬化、凝固或結(jié)合填充的活性顆粒進(jìn)行混合改性，或通過化學(xué)改性，如交聯(lián)、接枝或氯化，以改善或提高回收產(chǎn)品的機械性能，有更高質(zhì)量的回收產(chǎn)品可以發(fā)生。改造和回收過程通常需要特制的機器、設(shè)備，處理過程相對復(fù)雜，但是改造和再生塑料的技術(shù)可提升產(chǎn)品性能，這值得提倡和進(jìn)一步研究開發(fā)，也是塑料廢棄物回收利用的一個發(fā)展方向和趨勢[6]。

3.2 廢舊塑料的熱分解技術(shù)

熱解技術(shù)的基本原理是通過更徹底地將塑料垃圾中的原始樹脂聚合物分解成較大的分子鏈（有些成分是它們的單體），使其恢復(fù)到低分子量狀態(tài)，而其他成分則作為有機基礎(chǔ)材料使用。熱解過程通常分為高溫?zé)峤夂偷蜏卮呋療峤?，前者的溫度?00～900 ℃，后者的溫度低于450 ℃或300 ℃，不過這兩種技術(shù)的裂解產(chǎn)物是不同的。此外，熱解技術(shù)可分為油化、氣化和焦化過程，所用的分解反應(yīng)器包括反應(yīng)容器、流化床、反應(yīng)管和反應(yīng)塔[7]。

熱解塑料垃圾的主要優(yōu)點是：（1）分解產(chǎn)物的價值高；（2）理論上可以重復(fù)使用的次數(shù)不限，即塑料垃圾可以分解成單體，聚合成聚合物，處理后的產(chǎn)品可以再次分解是；（3）熱解也可用于混合產(chǎn)品（如聚丙烯和聚乙烯產(chǎn)品），但需要分離成氯化物和非氯化物產(chǎn)品。熱解的主要缺點是投資成本高，技術(shù)要求嚴(yán)格。

3.3 超臨界水油化

與熱解加油相比較，超臨界水加油加快了塑料的分解，規(guī)模設(shè)備較小，主要的回收油品是輕質(zhì)油，幾乎沒有副產(chǎn)品。超臨界水可以作為包括塑料在內(nèi)的所有有機材料的溶劑。其類似氣體的滲透力將復(fù)雜廢塑料的混合物分解成增值材料，這些材料是制造新塑料的原料。

3.4 廢舊塑料焚燒熱能利用

再利用廢塑料的熱能是指將廢塑料作為燃料，并控制燃燒溫度以充分利用燃燒過程中釋放的熱量。這種燃燒廢塑料并將其轉(zhuǎn)化為熱能的方法具有明顯的優(yōu)勢。它不需要復(fù)雜的預(yù)處理或從生活垃圾中分揀出來，特別適合于難以撿拾的混合塑料。廢塑料的熱值與同類型重油的熱值相當(dāng)，且熱值可觀。燃燒后，質(zhì)量和體積分別減少80%和90%以上，且燃燒后的殘渣密度大，便于填埋。

由于這個原因，利用塑料垃圾作為熱能已經(jīng)引起了人們的注意。在日本，所有塑料垃圾中約有36%是通過焚燒回收的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了簡單的直接或綜合回收的份額。在前聯(lián)邦德國，有47 家塑料垃圾焚燒廠（未來會有更多），用于生產(chǎn)熱能，約占總電量的6%。

在使用焚燒法進(jìn)行熱能利用時，燃燒各種類型的塑料會產(chǎn)生二惡英，這是一種致癌物，會污染大氣。有效的污染預(yù)防措施也是必要的，因為燃燒PVC（聚氯乙烯）會產(chǎn)生氯化氫（HCl），燃燒PAN（聚丙烯腈）會產(chǎn)生氰化氫（HCN），而燃燒PU（聚氨酯）會產(chǎn)生氰化物。這種技術(shù)的投資是昂貴的，特殊燃燒設(shè)備的一次性投資也很高。如何保護環(huán)境，防止二次污染是一個重要問題。

3.5 光降解和微生物降解塑料

上述4 種廢舊塑料回收處理方法屬于“后處理”類型，而塑料的光降解和微生物降解則屬于“前處理”類型。光降解塑料產(chǎn)品一旦埋入地下失去光照，降解過程就會停止。光降解反應(yīng)包括塑料在陽光下吸收紫外線，隨后發(fā)生光離子化，導(dǎo)致鍵能減弱，長鏈分解成分子量較低的碎片，聚合物完整性喪失，物理性能降低[8]。

我國當(dāng)下在研究和開發(fā)的可降解塑料產(chǎn)品包括光降解、光/生物降解、光/氧/生物降解、光/碳酸鈣降解、淀粉填充生物降解，以及按原料劃分的母料和特殊高填充碳酸鈣等環(huán)保材料?？商峁┹p質(zhì)/生物降解的聚乙烯樹脂地膜?？缮鷳B(tài)降解的地膜被列入國家863 計劃?？偠灾?，除全生物降解塑料外，我國的降解塑料研發(fā)進(jìn)程緊隨世界大勢，技術(shù)水平逼近國外先進(jìn)水平。

4 結(jié)語

塑料垃圾回收技術(shù)可以實現(xiàn)資源回收的真正目標(biāo)，目前，我國塑料垃圾治理制度體系已基本建立，塑料垃圾污染問題得到有效遏制。雖然塑料回收再利用取得一定成效，但塑料污染還存在一些治理難點，還需社會多元主體協(xié)同響應(yīng)，構(gòu)建長期穩(wěn)定的塑料循環(huán)經(jīng)濟體制。