第二篇　废旧塑料的高值利用

第1章　废旧塑料概述

1.1　废旧塑料的来源、特性及危害

塑料是一个时代的产物。塑料的发现与发展得益于化学科学与工程的发展，尤其得益于有机高分子科学技术的发展。塑料的出现令人兴奋，它的优良性能和广泛用途促使人们大力发展塑料业。不断开发新品种、连续扩大生产规模、广泛扩展应用范围，直至如今塑料产品琳琅满目，塑料废弃物铺天盖地，以至达到地球环境难于承受而出现“塑料公害”。塑料的发展是科学技术发展的必然结果，而白色污染则源于人们经济发展战略的失误。因此可以说，塑料的发展史是人类盲目发展经济而引起资源与环境危机的典型范例[1]。

2015年，全球聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂（ABS）五大合成树脂新增产能1120万吨/年，总产能达到2.77亿吨/年，需求量为2.16亿吨，装置平均开工率维持在78.2%，产能增长集中在聚烯烃产品。我国是世界五大合成树脂主要消费国之一，受世界经济复苏和我国经济继续高速增长的影响，我国合成树脂消费量保持较快增长，内需增长和出口恢复是拉动合成树脂消费增长的主要原因。

塑料从树脂合成、成型加工到消费使用，涉及的范围很广，所以其来源也很复杂。一般把合成、加工时产生的塑料废料叫消费前塑料废料或工业生产塑料废料（preconsumer or industrial plastics waste）；而把消费使用后的塑料废弃物称为消费后塑料废料（postconsumer plastics）。消费前塑料废料产生的量相对较少，易于回收且回收价值大，所以一般其回收工作由生产工厂自己即可完成。我们通常所说的废旧塑料，主要是指消费后塑料，这也是本书的重点。

包装塑料大部分最终以废旧薄膜、塑料袋和泡沫塑料餐具等形式被丢弃在环境中，散落在农田、市区、风景旅游区、水利设施和道路两侧，从而对环境造成严重的视觉污染并对生态环境造成潜在的危害[2]。如在聚氯乙烯（polyvinyl chloride）中，邻苯二甲酸酯（phthalic acid esters，PAE）作为添加剂的使用量达到了35%～50%，PAE具有一般毒性和特殊毒性（如致畸、致突变性或具有致癌性），尤以造成人体生殖功能异常、男性精子数量减少而最受关注，在人体和动物体内发挥着类雌性激素的作用，干扰内分泌[3]。有研究表明，在陆地，一些反刍类动物（如牛、羊等牲畜）和鸟类因吞食草地上的塑料薄膜碎片，它们在肠胃中累积，造成肠梗阻乃至死亡的事例已屡见不鲜，如在北京从一只死亡奶牛的胃中清出的塑料薄膜竟有13kg[4]。

随着塑料应用领域的拓宽和使用量的急剧增加，废旧塑料污染即白色污染问题已越来越为社会所关注。各国纷纷投入大量的人力、物力解决白色污染问题，并取得了初步的成效。目前解决白色污染的措施主要集中在两个方面：一方面是从技术方面进行开发研究，以期获得不可降解塑料制品的可替代产品和对废旧塑料制品的综合回收再利用；另一方面是从宣传法律、经济政策方面进行调控，利用法律法规的强制力和市场经济的杠杆作用把废旧塑料对环境的危害降到最低点。下文将从技术研发和政策调控两个方面分别进行阐述[5]。

1.2　废旧塑料的高值利用

废旧塑料的回收循环利用符合固体废物处理的减量化、无害化和资源化的原则，为国家节约资源，缓解国内塑料原料供需矛盾。数据表明，塑料总量约70%～80%的通用塑料在10d内转化为废弃塑料，其中有50%的塑料将在2d内转化为废弃塑料。目前欧洲塑料平均回收率在45%以上，德国甚至达到60%，而我国的塑料回收率仅在20%左右。将废旧塑料回收加工，循环生产，同时减少对石油等原料的消耗，降低塑料成品价格，具有强大的市场潜力。

填埋法是目前世界上最常用的垃圾处理技术，但废旧塑料在填埋过程中并不降解，且影响土质结构，使地基松软，垃圾中的细菌、病毒等有害物质很容易渗入地下，污染地下水，危及周围环境。因此，可采用焚烧、简单再生、化学循环利用等方法对废旧塑料进行高值利用。

1.2.1　焚烧

焚烧是通过高温燃烧，减少废旧塑料，并将其变成惰性残余物。焚烧回收能量曾一度被看作是处理废塑料的理想方法，因为这些聚合材料的发热值完全可以和燃油相比：聚乙烯和聚苯乙烯的燃烧热高达46000kJ/kg，超过燃料油平均值44000kJ/kg。但焚烧处理过程中，大多不能完全燃烧，从而对环境产生严重的二次污染。焚烧废旧塑料可排放出有毒物质如多环芳烃（PAHs）、二英、呋喃（furan）等。另外，废旧塑料焚烧后会产生镉、铅等重金属，也会对生态环境产生重大影响。

废塑料焚烧利用热能的过程中，关键技术是燃烧和排烟处理。目前，各国都在开发控制焚烧二次污染的技术，例如美国开发了RDF技术（垃圾固体燃料），将废弃塑料与废纸、木屑、果壳等混合，既稀释了含氯的组分，又便于储存运输。但是其设备昂贵，不宜推广；目前日本开发了移动床气化炉，工艺采取气化加高温熔融焚烧，这种焚烧炉可从根本上解决二英和重金属污染的问题。日本研究了水泥回转窑喷吹废旧塑料技术，并成功地将废塑料代煤的比例提高到55%；德国和日本还开发了高炉喷吹废塑料炼铁技术，在把废塑料用于高炉喷吹代替煤、油和焦方面取得了良好效果。

1.2.2　再生

填埋和焚烧是处理废旧塑料较常采用的方式，但是这两种方式都容易对环境造成严重的污染，而采取净化处理的设备设施又价格昂贵。再生塑料主要是指消费后可循环利用的塑料，因其使用寿命结束后经过回收、集中、分类、处理后获得再生价值，实现循环利用。

（1）塑料的鉴别分离

对废旧塑料进行处理的前提是对塑料的回收分离分选。在我国，造成废旧塑料回收率低的重要原因是垃圾分类收集程度很低。由于不同的废旧塑料的熔点、软化点相差较大，为使废旧塑料得到更好的再生利用，最好分类处理单一品种，因此对废旧塑料的鉴别分离是废旧塑料回收的重要环节。

1）塑料的鉴别　废旧塑料的传统鉴别技术有外观鉴别法、燃烧鉴别法、溶解鉴别法和密度鉴别法等。而利用先进的设备仪器，又发展出了近代鉴别技术，包括热分析鉴别法、中红外线（MIR）光谱鉴别法、近红外线（NIR）光谱鉴别法、激光发射光谱分析（LIESA）鉴别法和X射线荧光（XRF）鉴别法等。

2）塑料的分离　对于小批量的废旧塑料，可采用人工分选法，但效率低，成本高。目前，国外开发了多种分离分选的方法。这些分离方法可分为仪器识别与分离技术、水力旋分技术、溶剂分离技术、浮选分离技术、静电分离技术和熔融分离技术。

（2）再生技术

1）熔融再生技术　熔融再生是将废旧塑料加热熔融后重新塑化。熔融再生是通过切断、粉碎、加热熔化等工序对废旧塑料进行加工的循环利用技术，是目前处理废旧塑料的重要途径。

2）化学循环利用技术　自20世纪90年代以来，世界各国，尤其是西方工业发达国家在废旧塑料的循环利用方面获得了迅速的发展，其中化学循环利用是近期研究开发的热点领域之一。它指的是在热和化学试剂的作用下高分子发生降解反应，形成了低分子量的产物，产物可进一步利用。目前化学循环的主要方法有热裂解和气化等技术。

① 热裂解。热裂解是指塑料在无氧条件下高温（＞700℃）进行裂解。随着裂解反应研究的不断深入，热裂解已经成为目前研究较多和已较多用于生产的化学深加工方法。裂解的产品一般分为两种：一种是化工原料（如乙烯、丙烯、苯乙烯等）；另一种是燃料（如汽油、柴油、焦油等）。

制取化工原料是在反应塔中加热废塑料，在沸腾床中达到分解温度，一般不产生二次污染，但技术要求高，成本也高[6]。C.Bonnans-Plaisance报道了采用间歇式反应器，将废旧塑料放进外热式热降解反应器内，升温后，废旧塑料在一定温度下裂解，生成小分子的气态烃，并通过冷凝器收集。

通过裂解，将废旧塑料制为化工原料和燃料，是资源回收和避免二次污染的重要途径。美国、日本、德国都有大规模工厂。我国在北京、西安等地也建有小规模的废旧塑料油化厂，但是目前尚存在许多亟待解决的问题，如废塑料导热性差，塑料受热产生高黏度融化物，不利于输送；废旧塑料中含有PVC导致 HCl产生，腐蚀设备，并使催化剂活性降低；生产中的油渣目前还没有较好的处理办法；等等。仍需要进一步吸收现有成果，攻克技术难点。

② 气化。气化是将废聚合材料在高温（＞1500℃）裂解成一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氢气（H2），作为有机物合成材料，用于合成甲醇（methanol）、尿素（carbamide）等工业产品。这种技术的优点在于能将城市垃圾混合处理，无需分离塑料，但操作温度非常高。德国Espag公司的Schwaize Pumpe炼油厂每年可将1700t废塑料加工成城市煤气。RWE公司计划每年将22万吨褐煤、10万吨塑料垃圾和城镇石油加工厂生产的石油矿泥进行气化。德国的 Hoechst公司采用高温Winkler工艺将混合塑料气化，再转化成水煤气作为合成醇类的原料。

另外，目前也有人采用超临界油化法对废旧塑料进行油化处理。

3）二次加工利用技术　对废旧塑料进行二次加工，可制成复合材料、木塑材料、建筑材料等多种具有优良性能的材料。

目前各国都开发出了对废旧塑料的综合利用技术，有些技术甚至已经达到工业化的规模。但是，对废旧塑料的大规模分类回收和分离，以便为废旧塑料的再利用提供优质的原料成为目前废旧塑料能够高效再利用的难点。而对废旧塑料的分类回收不仅仅依靠技术的进步，更需要各国及地方政府的政策支持和对经济杠杆的运用。

1.3　政策及综合治理

2000年4月23日国家经贸委发出《关于立即停止生产一次性发泡塑料餐具的紧急通知》，要求所有生产企业立即停止生产一次性发泡塑料餐具。2001年又先后三次以通知、紧急通知等形式，要求各地政府和有关部门加强执法力度，立即停止生产和使用发泡塑料餐具。据中华人民共和国商务部流通业发展司发布的《中国再生资源回收行业发展报告2016》显示，截至2015年年底，我国废塑料回收总量约为1800万吨，相比于2014年的回收总量2000万吨同比降低了10%，而2014年比2013年同比增长了46.4%。2015年废塑料进口735.4万吨，较2014年同比降低了10.9%。而2014年较2013年同比增长了4.7%。

1.3.1　问题

（1）技术投入不足

目前，取代不可降解塑料的材料和废旧塑料的回收再生技术仍未能够得到广泛的市场应用，由于在技术的产业化方面还存在相当多的问题，需要进一步加大研发投入。

（2）缺少全国性法规

防治白色污染不能只靠企业或个人的自觉性，应有强制性措施，约束人们的行为。我国虽然各部门和地方出台了相关的政策规定，但是在我国现行的法律、法规中目前还没有一部专门防治“白色污染”和包装废弃物的法律文件。

（3）缺少相关经济政策，促进技术转化和环保产业发展

我国的杭州、武汉等城市颁布了有关政策、法规，禁止销售、使用不可降解的一次性餐具，并对违反者予以罚款等措施。从实际执行效果来看，往往存在“重罚轻管”的问题：一方面只注重罚款，缺乏对造成环境污染的责任追究；另一方面只注重末端治理，忽略了包装产品整个生命周期的全过程监管。在市场经济条件下，仅靠行政命令，不考虑经济杠杆的调节作用，操作起来是很困难的。而上海市利用经济杠杆治理白色污染的举措，就取得了比较好的效果。

（4）管理工作与环保宣传

在治理白色污染的管理方面，目前的情况是：一方面思想上不统一，相当多的地区对白色污染的危害性认识不足，防治白色污染问题还没有提上议事日程；另一方面管理力度不够，在城市街道和旅游区的配套设施不健全，繁华路段的垃圾箱密度太低，没有设置分类垃圾箱等。

城市居民的环保观念虽然比前几年有所提高，但废旧塑料包装物乱丢乱弃的行为仍随处可见。媒体缺乏对居民日常行为的引导教育，而塑料包装的生产、经营者也缺乏履行对废旧塑料回收利用的内在动力。

1.3.2　治理对策

（1）立足循环经济，加大研发投入

21世纪是发展循环经济的时代，世界上许多国家都正在建立循环经济体系。我国资源的人均占有量在世界上处于很低的水平，发展循环经济，促进我国人口、资源、环境与社会经济的可持续发展是一项十分艰巨和长期的任务。由于我国生产和消费塑料量巨大，所以对废旧塑料的循环利用是循环经济的重要组成。所以，我们必须以立足循环经济为原则，以宣传教育为先导，以强化管理为核心，加大技术投入，以推广回收再生技术为主，并且重视可降解塑料的研究与开发，实现资源的循环利用。

在目前尚无可靠的塑料降解技术的条件下，发挥各种处理方法的优点，将多种处理、回收利用技术联合应用是实现废塑料减量化、无害化、资源化的有效途径，而先进高效的分类、分选技术设备是废旧塑料得以综合利用的基础。环境中的废塑料成分复杂，常常混有金属、沙土等其他垃圾，因此不仅应将塑料从杂物中分离出来，同时，不同种类的废旧塑料也应归类才能满足回收利用的要求。加强分选技术的研究开发和引进适合我国国情的国外先进分选设备，是现阶段废旧塑料综合治理、防治“白色污染”的根本出路。

（2）运用经济杠杆，制定适当的政策法规

制定适当的经济政策，建立在市场经济条件下消除“白色污染”的良性运作机制。体现“污染者付费”的原则，要求产生废物者自行回收利用，不能自行回收利用的企业或个人要交纳回收处理费，用于对回收利用者的补偿，并对塑料包装物的使用采取相应的征税制度，以经济杠杆减少塑料包装物的使用量。放开市场，鼓励所有有条件的社会机构与个人参与塑料的回收，参与市场竞争；放开价格，在回收行业某一段时间废品回收指导价格的指导下，由废品销售者和回收者按行情和个人意愿决定销、购价格。运用经济手段，鼓励和促进废旧塑料包装物的“减量化、资源化、无害化”。对所有参加回收工作的社会机构和个人进行资格认定和注册登记，严防无证经营废品回收；建立跨部门的覆盖全回收领域的规则，促使回收业进入有序、公平竞争的轨道。

（3）加强宣传教育

统一思想，强化管理。尽快制定颁布国家防治白色污染的有关法规，明确生产者、销售者和消费者对于回收利用废旧塑料包装物的义务和责任。对塑料包装物的生产经营和消费等环节，分别制定具体的控制措施和引导政策，控制不易回收利用的废旧塑料包装物的产生量。

加强对白色污染危害性的宣传，提高公民的环境意识和道德修养，引导和教育市民从自身做起，自觉减少塑料袋使用以及分类丢弃。

伴随着我国塑料工业的快速发展，塑料材料的使用对环境带来的负面影响日益加剧。在废旧塑料的数量、种类急剧增长的今天，我们应从充分利用地球上有限资源的角度，大力做好废旧塑料回收及再生利用的工作，努力做到塑料工业与环境保护协调发展。然而，废旧塑料回收再利用市场发展表明，废弃塑料再生利用不单纯是技术和经济问题，一方面需要研究废旧有机高分子材料再生利用技术，提出现行废塑料再生工艺的改进方法，在解决与处理技术的基础上，借鉴国外先进经验，研究推广适合我国国情的废塑料再生技术，以提高产品性能和质量；另一方面需要建立起全社会全方位科学合理的综合回收处理体系，需要政府有关部门和行业协会有效配合制定相关条例加以保证。培育一些对行业发展有示范作用的规模化企业和规范的加工交易市场应当成为工作重点，特别是要注意回收过程的集中化和处置过程的规范化。