“黑色污染”及其防治對策探析

曹婷雨 黃 燁 左明波 董 杰 李順強(qiáng) 龐建峰

(淮陰工學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003)

隨著我國經(jīng)濟(jì)實力的增強(qiáng)及汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車已經(jīng)走進(jìn)了尋常百姓家。在輪胎生產(chǎn)量逐年上升的同時，廢舊輪胎的產(chǎn)生量也不斷增加。據(jù)統(tǒng)計，2017年我國汽車輪胎總產(chǎn)量約6.53億條，廢舊輪胎的產(chǎn)生量約3.4億條，重量超過1300萬噸，預(yù)計到2020年廢舊輪胎的產(chǎn)生量將超過2000萬噸[1]。廢舊輪胎具有抗熱、抗生物性，在自然狀態(tài)下極難降解，長期露天堆放不僅占用土地資源，而且容易滋生蚊蟲傳播疾病，甚至引發(fā)火災(zāi)；廢舊輪胎燃燒還會產(chǎn)生大量濃煙及有毒有害氣體，對周邊大氣、水體及土壤產(chǎn)生嚴(yán)重污染。因此，由廢舊輪胎帶來的污染被人們形象的稱為“黑色污染”，對廢舊輪胎的處理及資源化利用也引起了越來越多研究學(xué)者的關(guān)注。

1 “黑色污染”的來源

“黑色污染”主要是指廢橡膠(主要指廢舊輪胎)對環(huán)境所造成的污染。我國是世界上廢橡膠產(chǎn)量最大的國家，每年產(chǎn)生的廢橡膠材料接近500萬噸，但回收利用率僅為50%左右[2]。廢橡膠按來源可分為天然橡膠和合成橡膠；按用途可分為外胎類、內(nèi)胎類、膠管膠帶類、膠鞋類、工業(yè)雜品類。廢橡膠主要來自報廢的汽車輪胎，不合理的安裝方式、駕駛方式，不恰當(dāng)?shù)墓ぷ鳉鈮骸⑤喬ヘ?fù)荷、行駛速度等都會造成輪胎報廢。如果平時多注意輪胎保養(yǎng)以延長其使用期限，則可減少廢舊輪胎的產(chǎn)生量。另外一些廢橡膠來自日常用品，如膠鞋、膠帶、醫(yī)療用的橡膠手套、橡膠器械等，工業(yè)生產(chǎn)橡膠制品時產(chǎn)生的邊角料及報廢的產(chǎn)品等。鞋子是每個人日常生活中的必需品，不同于早先的布鞋，現(xiàn)在的鞋大多以橡膠為底，如球鞋、帆布鞋和運動鞋等。由于橡膠良好的物理力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，常常被用來制作電纜、膠質(zhì)水管等。醫(yī)生使用的一次性橡膠手套，還有一些醫(yī)療用品，如血壓負(fù)壓球、聽診器的連接管、按摩墊和綁扎帶等也屬于橡膠制品?？傊钪谐Ｓ玫南鹉z制品需求量較大，由此帶來的“黑色污染”也不容小覷。

2 “黑色污染”的危害

我國廢舊輪胎的產(chǎn)生量逐年增加，但只有少部分通過正規(guī)渠道回收利用，大多數(shù)被隨意堆放、填埋甚至焚燒，對自然環(huán)境及人體健康帶來極大的危害[3]。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)對土壤的危害。廢舊輪胎屬于人工合成的高分子聚合物，具有很強(qiáng)的抗熱、抗機(jī)械和抗降解性，棄于地表或埋在土壤里幾十年都不會腐爛變質(zhì)，會影響土壤的透氣性，阻礙水分流動及植物根系的發(fā)育，使土壤環(huán)境逐步惡化。(2)對大氣及人體健康的危害。廢舊輪胎內(nèi)因含有51%碳?xì)浠衔铩?6%炭黑、13%油類、2%ZnO、1%硫以及7%的其他成分，從而導(dǎo)致其在利用及處理過程中釋放出多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物[4]；廢舊輪胎在露天焚燒會產(chǎn)生大量黑煙、氯化氫、二噁英及揮發(fā)性有機(jī)物等有毒有害物質(zhì)，氯化氫是有毒且有腐蝕性的氣體，二噁英屬于致癌物，這些物質(zhì)不但嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，而且還會對人體產(chǎn)生較強(qiáng)的毒性和致癌作用。(3)對景觀環(huán)境的影響。廢舊輪胎等橡膠制品隨意堆放，不僅占用大量土地，滋生蚊蟲傳播疾病，而且還容易引發(fā)火災(zāi)；雜亂堆放的廢舊輪胎與周邊的環(huán)境景觀格格不入，破壞了環(huán)境的整體性及美觀性，且廢舊輪胎散發(fā)出刺鼻的氣味也會降低人體的舒適度。

3 解決“黑色污染”問題的策略

3.1 建立并完善相關(guān)法律法規(guī)

許多發(fā)達(dá)國家通過立法對廢舊輪胎的回收處理建立了完整的法律法規(guī)體系，如美國的《輪胎回收利用法》、法國的《廢棄物及資源回收法》、德國的《循環(huán)經(jīng)濟(jì)與廢物管理法》及日本的《促進(jìn)循環(huán)型社會基本法》等。日本自1993年起就制定了再循環(huán)法，執(zhí)行廢舊輪胎管理卡制度，規(guī)定輪胎生產(chǎn)和銷售的回收責(zé)任與義務(wù)，禁止非法丟棄輪胎。我國在廢舊輪胎回收利用方面與發(fā)達(dá)國家相比差距較大，至今也沒有建立關(guān)于廢舊輪胎回收利用的具體立法[5]。為有效治理“黑色污染”造成的環(huán)境污染和資源浪費問題，我國應(yīng)盡快建立和完善廢舊輪胎回收利用管理的法律法規(guī)，明確生產(chǎn)者、銷售商及消費者的責(zé)任和義務(wù)，在廢舊輪胎的全生命周期內(nèi)進(jìn)行科學(xué)定位及監(jiān)管；建立健全廢舊輪胎回收處理費的征收、繳納、使用及管理辦法，規(guī)定行業(yè)的組織管理和協(xié)調(diào)監(jiān)督、規(guī)劃及優(yōu)惠政策，對廢舊輪胎回收利用企業(yè)實行資質(zhì)認(rèn)證制度等，通過依法管理來規(guī)范行業(yè)的發(fā)展。

3.2 建立規(guī)范、正規(guī)的回收管理體系

廢舊輪胎是具有高再生利用價值的固體廢棄物，如何對其回收再進(jìn)行重新利用以減少橡膠資源的消耗，是緩解我國橡膠資源緊張局面和解決廢舊輪胎污染問題的關(guān)鍵舉措。為改變廢舊輪胎回收利用的無序局面，應(yīng)依照《再生資源回收管理辦法》中的規(guī)定盡快建立規(guī)范、正規(guī)的廢舊輪胎回收管理體系，為利用企業(yè)提供合理的進(jìn)項發(fā)票。在全國各地建立廢舊輪胎回收處理網(wǎng)點，負(fù)責(zé)本地區(qū)廢舊輪胎集中回收及分類，再將其交給有資質(zhì)的輪胎加工企業(yè)進(jìn)行后續(xù)的處理及再生利用。同時，還應(yīng)在回收網(wǎng)點設(shè)置相應(yīng)的安全系統(tǒng)，避免發(fā)生火災(zāi)，及時將廢舊輪胎轉(zhuǎn)移到當(dāng)?shù)丶⒔灰资袌?，防止由于堆積時間過長引起病菌滋生。在集散交易市場對廢舊輪胎進(jìn)行集中、分揀、分解、貯存、交易，從而完善回收體系，提高回收效率。此外，還可以借鑒國外的成功經(jīng)驗，在政策上與國際接軌，建立廢舊輪胎回收利用的專項資金，開展對輪胎生產(chǎn)、銷售、使用者的責(zé)任延伸制試點，對廢舊輪胎產(chǎn)生實行收取處理費的試點，解決廢舊輪胎回收利用企業(yè)長期穩(wěn)定的原料來源和專項資金補(bǔ)貼。日本政府曾經(jīng)對廢舊輪胎引進(jìn)特例制度，實行廢舊輪胎責(zé)任延伸制，對輪胎生產(chǎn)者和輪胎消費者收取一定的費用來補(bǔ)貼廢舊輪胎回收處理企業(yè)，以此調(diào)動輪胎回收處理企業(yè)的積極性，使廢舊輪胎的回收處理逐步走上了良性循環(huán)的道路。

3.3 廢舊輪胎的資源化利用途徑

目前，我國對廢舊輪胎資源化利用的方式分為物理法和化學(xué)法兩種，物理法主要包括舊胎翻新、生產(chǎn)再生膠、生產(chǎn)膠粉及原型改造等；化學(xué)法主要包括熱解、焚燒及氣化等方法。

舊胎翻新是輪胎資源循環(huán)利用的首選[6]，主要是指將已經(jīng)磨損失去使用性能的輪胎經(jīng)翻修加工恢復(fù)其使用價值的過程。預(yù)硫化翻新法是目前最先進(jìn)的翻胎技術(shù)，它是將預(yù)先經(jīng)過高溫硫化而成的花紋胎面膠粘在磨銼處理過的胎體上，再將胎體安裝在充氣輪輞上，然后套上具有伸縮性的耐熱膠套置入100℃以上的硫化室內(nèi)進(jìn)行硫化翻新。這種方法可以提高輪胎的翻新次數(shù)，使輪胎的行駛里程更長，使用也更為安全[2]。舊輪胎經(jīng)翻新后其壽命一般為新胎壽命的60%～90%，平均行駛里程為新胎的75%～100%，而翻新所耗原材料僅占新胎的15%～30%，價格也僅為新胎的20%～50%[7]。舊胎翻新已成為國際公認(rèn)最有效的廢舊輪胎減量化、資源化和無害化的方法。

利用廢舊輪胎生產(chǎn)再生膠是我國對其循環(huán)利用的另一條主要途徑。再生膠是指把橡膠生產(chǎn)中的廢料和廢舊橡膠制品經(jīng)過粉碎、加熱、機(jī)械處理等物理化學(xué)過程，去掉硫化膠的彈性并恢復(fù)其塑性和粘性，使其重新獲得與生膠混合和硫化的能力，從而重新應(yīng)用于橡膠工業(yè)中的一種橡膠原料[8]。對廢舊輪胎進(jìn)行脫硫生產(chǎn)的再生膠可用于制作膠管、膠墊，也可以將再生膠添加到人工合成橡膠中生產(chǎn)其他橡膠制品。

通過機(jī)械方式將廢舊輪胎粉碎或研磨可制成不同粒徑的膠粉。目前膠粉的生產(chǎn)方法包括常溫粉碎法、低溫粉碎法和濕法或溶液法，其中常溫粉碎法是目前使用最廣泛的方法[2]。不同方法生產(chǎn)的膠粉粒徑范圍不同，且膠粉的表面結(jié)構(gòu)及形態(tài)也略有不同。將膠粉與瀝青、水泥等鋪裝材料混合用于鋪設(shè)高速公路、飛機(jī)場等路面，具有耐磨、防凍、防滑、穩(wěn)定性好及維修費用低等優(yōu)點，并且能明顯改善路面質(zhì)量和降低噪音。膠粉還可以作為補(bǔ)強(qiáng)劑和填充材料用于汽車輪胎的生產(chǎn)，可使輪胎的性能得到大幅度提升；再生精細(xì)膠粉也可用于生產(chǎn)自行車車胎、橡膠運輸帶、橡膠鞋底等橡膠制品。

對廢舊輪胎進(jìn)行原型改造是最直接的循環(huán)利用方法，主要是采用捆綁、裁剪、沖切等方式將其改造成有利用價值的物品。比如利用廢舊輪胎可以設(shè)計出休閑桌椅、公路交通墻屏、橡膠鞋底等實用物品。美國每年產(chǎn)生廢舊輪胎約2.5億條，通過原型改造可使其中500萬～600萬條廢舊輪胎變廢為寶，化害為利[9]。將廢舊輪胎的胎圈與胎身分離，再根據(jù)需要將胎身裁成不同尺寸的膠條，用這些膠條編織成彈性防護(hù)網(wǎng)、防撞擋壁、防滑墊排等，可用于建筑和爆破工地上阻擋飛石落物、保護(hù)船塢、臨時加固路面等。從廢舊輪胎上截取下來的胎圈，還可以被加工成城市排污管道，既耐用又環(huán)保。韓國藝術(shù)家Yong Ho Ji以獨特的視角為廢舊輪胎找到了更好的重生之路，他以廢舊輪胎為原料，以鋼材、木頭、泡沫等為輔材打造出了一件件形態(tài)逼真的動物雕塑作品[10]；比利時藝術(shù)家WimDelvoye用普通的手柄刀在廢舊輪胎上雕刻出復(fù)雜而精細(xì)的花紋，使本應(yīng)被丟棄的廢輪胎變成了可以掛在墻上的裝飾品，賦予其新的生命力[10]。對廢舊輪胎進(jìn)行原型改造是一種非常有價值的回收方法，但該方法處理的輪胎量僅占廢舊輪胎總量的1%，只能作為一種資源化利用的輔助途徑。

當(dāng)輪胎經(jīng)過多次翻新使用后不能再作為生產(chǎn)膠粉及再生膠的原料時，可采用熱解的方式進(jìn)行處理[11]。將廢輪胎在無氧或缺氧的條件下加熱、蒸餾，再經(jīng)冷凝后會產(chǎn)生燃料氣、燃料油、炭黑等高附加值的產(chǎn)品，燃料氣多作為能源使用，返給熱裂解裝置供熱或為其他工廠供能；燃料油作為燃料或通過催化裂解生產(chǎn)橡膠軟化油或汽油；炭黑則用于橡膠/瀝青混合物、固體燃料，也可作為瀝青和密封產(chǎn)品的填充劑和添加劑[12]。利用熱解法處理廢輪胎用量大、效益高、無二次污染，是一種極具潛力的方法，但單純廢輪胎熱解時存在傳熱效率低和熱解不充分等問題[13]。

廢輪胎具有熱值高、水分和灰分含量低等優(yōu)點，將廢舊輪胎單獨或與其他燃料混合焚燒以蒸汽或電力的形式回收能量是發(fā)達(dá)國家目前較為普遍的利用方式。據(jù)美國環(huán)境保護(hù)局的數(shù)據(jù)表明，廢舊輪胎燃燒產(chǎn)生熱能的熱值比煤高出25%，比木材高出100%，而排放的溫室氣體和其它污染物則與煤相當(dāng)[9]。因此，利用廢舊輪胎作為工業(yè)燃料可以替代部分煤炭，如美國、英國、日本等國家通過焚燒廢舊輪胎產(chǎn)生的熱量用來發(fā)電或供熱。利用焚燒的方式雖然可以消納大量的廢舊輪胎，但資源利用率不高，造成輪胎資源浪費的同時還對周邊大氣環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染[14]。因此，焚燒法并不是處理廢舊輪胎時優(yōu)先考慮的方法。

開展對廢舊輪胎的資源化利用，不僅可以緩解我國橡膠資源緊張的局面，減少對進(jìn)口橡膠資源的依賴，更可以解決由“黑色污染”造成的環(huán)境污染問題，這對于促進(jìn)我國橡膠工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

4 結(jié)語

如今，汽車已成為現(xiàn)代人日常生活中不可或缺的代步工具，輪胎生產(chǎn)量逐年上升的同時廢舊輪胎的產(chǎn)生量也隨之增加。由于大量的廢舊輪胎得不到有效處理或資源化利用而隨意堆放，不僅造成橡膠資源的大量浪費，而且還引起了嚴(yán)重的“黑色污染”問題。因此，需要建立并完善相關(guān)法律法規(guī)，建立規(guī)范、正規(guī)的回收管理體系，積極拓展廢舊輪胎的資源化利用途徑，減少橡膠資源的浪費，才能從根本上解決我國“黑色污染”帶來的環(huán)境問題。