廢舊塑料的分類回收與綜合利用研究

范望喜，陸欣如，王鑫杰

（江蘇理工學(xué)院材料工程學(xué)院，江蘇常州213001）

近日，日本準(zhǔn)備將核廢水排入大海讓全世界買(mǎi)單的驚天之舉再次將國(guó)際環(huán)境污染問(wèn)題推到世人面前。生態(tài)環(huán)境與人類高質(zhì)量的生存和發(fā)展息息相關(guān)，人類的生產(chǎn)生活不可能跳出環(huán)境而獨(dú)立存在。隨著人們生活質(zhì)量的提高，國(guó)際社會(huì)對(duì)環(huán)境污染治理的關(guān)注度不斷提升。我國(guó)自1979年出臺(tái)第一部環(huán)境保護(hù)法以來(lái)，陸續(xù)出臺(tái)了一系列相關(guān)政策、法律、法規(guī)，既對(duì)環(huán)境保護(hù)進(jìn)行了科學(xué)頂層設(shè)計(jì)，又對(duì)具體的環(huán)境污染治理進(jìn)行了詳盡的規(guī)定，基本建立了治理環(huán)境污染的長(zhǎng)效機(jī)制[1-4]。廢水、廢氣和固體廢棄物是導(dǎo)致環(huán)境污染的三大品種，其中，以廢舊塑料為代表的固體廢棄物導(dǎo)致的污染尤為突出。

塑料由于其成型加工性好、質(zhì)量輕、密度小、比強(qiáng)度大、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)（耐酸、耐堿、耐油、耐鹽）、導(dǎo)熱系數(shù)低、電絕緣性高等眾多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于日用化工、交通運(yùn)輸、建筑家裝等各行各業(yè)，甚至在某些特殊應(yīng)用行業(yè)已經(jīng)逐漸開(kāi)始取代金屬材料或無(wú)機(jī)非金屬材料，是重要的基礎(chǔ)材料之一。同時(shí)，塑料由于易老化、易燃、耐熱性差、剛度小等缺陷導(dǎo)致其使用范圍受到一定限制，使用壽命不夠長(zhǎng)，從而容易產(chǎn)生大量廢舊塑料制品。

不規(guī)范生產(chǎn)、使用塑料制品和回收處置塑料廢棄物，會(huì)造成能源資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，加大資源環(huán)境壓力[4]。廢舊塑料制品作為“城市礦山”中的重要一員，來(lái)源廣泛、種類繁多、數(shù)量巨大。一方面，大量的廢舊塑料帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，另一方面，大部分廢舊塑料可作為資源進(jìn)行再生、循環(huán)利用。因此，廢舊塑料制品的分類回收與綜合利用具有極大的社會(huì)效益和實(shí)際意義。

1 廢舊塑料的危害

廢舊塑料對(duì)環(huán)境的污染往往是多方面、多環(huán)境因素的。廢舊塑料不加利用時(shí)，一方面需占地堆放，從而占用了大量土地，這對(duì)于日趨緊張的城市土地資源來(lái)說(shuō)，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失；另一方面，大量堆放的廢舊塑料，還嚴(yán)重破壞了地貌、植被和自然景觀，造成“白色污染”，甚至某些廢舊塑料能釋放出有害氣體，散發(fā)毒氣，造成嚴(yán)重空氣污染，引起居民的不適，對(duì)人們的健康構(gòu)成潛在威脅[5]。

廢舊塑料任意堆放或沒(méi)有適當(dāng)?shù)姆罁P(yáng)散、防滲漏、防流失的填埋會(huì)嚴(yán)重污染處置地的土壤，廢舊塑料若直接排入地表水系（海洋、湖泊或河流），大量漂浮物不僅減少水體面積，還會(huì)對(duì)水生植物的生存造成威脅，嚴(yán)重影響水資源的利用。

2 廢舊塑料治理相關(guān)法律支撐

1995年我國(guó)頒布《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》（以下簡(jiǎn)稱“防治法”）。在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合我國(guó)近年來(lái)發(fā)展實(shí)際，在經(jīng)過(guò)了多次的修訂與修正后，又于2020年9月開(kāi)始實(shí)施全新的防治法。其中，對(duì)以廢舊塑料為主要代表的固體廢棄物，從產(chǎn)生、收集、貯存、運(yùn)輸、利用、處置等各個(gè)環(huán)節(jié)做了詳細(xì)的法律規(guī)定，為廢舊塑料的分類回收和綜合利用提供了法律保障[1]。2008年6月，“限塑令”（國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于限制生產(chǎn)銷售使用塑料購(gòu)物袋的通知》）在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)始實(shí)施，從源頭上減少了廢舊塑料制品的產(chǎn)生，也一定程度上限制和減少了塑料袋的使用，對(duì)“白色污染”的緩解起到了積極作用。2015年，以吉林省、海南省為代表的部分省份直接發(fā)布通知禁用不可降解塑料購(gòu)物袋和塑料餐具等，被業(yè)內(nèi)稱為“禁塑令”，對(duì)廢舊塑料制品的減產(chǎn)起到了極大的推進(jìn)作用。2020年1月，國(guó)家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部鑒于當(dāng)前我國(guó)塑料污染治理面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，再次聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見(jiàn)》，為塑料廢棄物資源化利用提出了更科學(xué)的要求，指出了“規(guī)范化、集中化和產(chǎn)業(yè)化”的發(fā)展方向[3]。2020年11月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等十二部委聯(lián)合發(fā)布《進(jìn)一步推進(jìn)生活垃圾分類工作的若干意見(jiàn)》，也對(duì)廢舊塑料類生活垃圾的分類回收和綜合利用提出了明確的要求。

3 廢舊塑料的成因

除了正常的使用壽命到期形成廢舊塑料外，廢舊塑料的形成主要有以下幾個(gè)方面的原因。

3.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理

塑料用途非常廣泛，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)λ芰现破酚兄煌囊螅虼丝梢栽O(shè)計(jì)成各式各樣的塑料制品。然而，產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致在不能滿足應(yīng)用的同時(shí)，還會(huì)帶來(lái)大量廢舊塑料制品。對(duì)塑料制品進(jìn)行科學(xué)、合理的綠色設(shè)計(jì)是塑料制品質(zhì)量控制的起點(diǎn)。對(duì)塑料制品的設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品功能定位，從配方、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝或成型方法、工藝條件、使用性能、回收利用等環(huán)節(jié)著手，力爭(zhēng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)中都體現(xiàn)“提升塑料產(chǎn)品的可回收性”，使其在廢棄后盡最大可能地被回收再利用[6]。

3.2 生產(chǎn)工藝不嚴(yán)謹(jǐn)

成型加工性能極佳是塑料得以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)不同的使用要求，可以采用吹塑成形、模壓成型、擠出成型、壓延成型、注塑成型等多種技術(shù)成熟、工藝先進(jìn)的成型方式，將塑料加工成管狀、塊狀、條形、棒狀、板狀、膜狀甚至異形等多種形狀的產(chǎn)品。相對(duì)于金屬材料的加工，塑料加工條件容易實(shí)現(xiàn)，工藝簡(jiǎn)單,成本低廉，非常適合采用機(jī)械化、連續(xù)性、規(guī)?；a(chǎn)。然而，生產(chǎn)工藝的水平直接決定著塑料制品的質(zhì)量。如若工藝條件例如加工溫度、工作壓力、成型時(shí)間等設(shè)置不嚴(yán)謹(jǐn)，極易導(dǎo)致殘品、次品甚至廢品的出現(xiàn)。當(dāng)然，若加工的是熱塑性塑料，尚可進(jìn)行重新加工、成型，再次獲得所需產(chǎn)品；但若加工的是熱固性塑料，則只能進(jìn)入廢品回收、使用環(huán)節(jié)，既提高了產(chǎn)品成本，又降低了經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 維護(hù)使用不規(guī)范

塑料在其加工、貯存和使用過(guò)程中容易發(fā)生老化，這是由于塑料分子鏈在一定條件下發(fā)生裂解或交聯(lián)，引起塑料制品性能變差或失效。導(dǎo)致塑料老化的主要因素有化學(xué)（強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等）、物理（如高溫、紫外光、電流、應(yīng)力等）和生物（霉菌）等。對(duì)塑料產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，老化是正常現(xiàn)象，也是必然現(xiàn)象。但是，塑料制品的使用還是應(yīng)該在規(guī)定的使用條件下進(jìn)行，例如合適的溫度范圍、壓力范圍等，耐候性差的塑料制品應(yīng)盡量避光使用并及時(shí)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，以延長(zhǎng)使用壽命，否則會(huì)因?yàn)榉浅Ｒ?guī)性老化而導(dǎo)致廢舊塑料的產(chǎn)生。

4 廢舊塑料的分類回收與綜合利用

4.1 廢舊塑料處理原則

對(duì)于廢舊塑料處理，我國(guó)采取的是“減量化、資源化和無(wú)害化”的原則，簡(jiǎn)稱“三化”原則。它從塑料制品的全生命周期進(jìn)行了規(guī)劃：從源頭上予以產(chǎn)量控制，能減不增；從使用上進(jìn)行資源深度配置，能用不丟，可用盡用；最后，在終端進(jìn)行無(wú)害化處理，降低固體廢物的危害性。這與國(guó)際污染處理行業(yè)通行的“3C”原則（即Clean，避免產(chǎn)生；Cycle，綜合利用；Control，妥善處置）是實(shí)質(zhì)等效的，也是目前為止最為合理、最為科學(xué)的處理原則。

4.2 廢舊塑料的處理流程

我國(guó)對(duì)廢舊塑料的集中處理起步較晚。目前，我國(guó)的廢舊塑料一般通過(guò)人工收集（如拾荒者、廢品回收人員）、人工分揀，最后進(jìn)入再生系統(tǒng)。而美國(guó)、日本和歐洲部分國(guó)家已基本實(shí)現(xiàn)分類收集、機(jī)械分揀、綠色再生的處理工藝。相對(duì)來(lái)說(shuō)，我國(guó)對(duì)廢舊塑料制品的處理流程效率較低，效果不夠顯著。因此，近年來(lái)，國(guó)家大力推行塑料制品綠色設(shè)計(jì)，提升塑料制品的安全性和回收利用性能。

4.3 廢舊塑料的分類回收和綜合利用

工業(yè)上，塑料制品通常按其材質(zhì)可分為熱塑性塑料和熱固性塑料，其中熱固性塑料通過(guò)增強(qiáng)改性后可得到增強(qiáng)塑料。還可以按照其使用性能分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。塑料的具體分類如圖1所示。

圖1 塑料的分類

4.3.1 熱塑性塑料

熱塑性塑料是指加熱可軟化、加工（即具有可塑性），冷卻后固化成型且能重復(fù)上述過(guò)程的塑料。熱塑性塑料一般均為不含活性基團(tuán)的線型高分子化合物，所以受熱時(shí)不發(fā)生線型高分子鏈間交聯(lián)，主要包括聚烯烴（聚乙烯PE，聚氯乙烯PVC，聚丙烯PP、聚苯乙烯PS 等）、有機(jī)玻璃、氟塑料、聚酰胺類、聚酰亞胺、聚甲醛、聚苯醚及聚碳酸酯等。理論上說(shuō)，所有的廢舊熱塑性塑料制品都可以回收后重新加工為新的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

目前，PE 薄膜類塑料制品（例如塑料購(gòu)物袋）在日用化學(xué)品中的占比極其龐大，廢舊PE 薄膜類塑料制品數(shù)量數(shù)以噸計(jì)，是造成白色污染的罪魁禍?zhǔn)字弧?duì)于從固體廢棄物中分選出來(lái)的PE 薄膜類塑料的處理，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出較為完善、較為成熟的造粒系統(tǒng)進(jìn)行再生造粒，實(shí)現(xiàn)回收再利用。其工藝流程主要分為9 個(gè)工段，如圖2所示。

圖2 回收塑料造粒流程

4.3.2 熱固性塑料

熱固性塑料是指將線型或帶支鏈的活性樹(shù)脂加熱到一定溫度，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，交鏈固化而變硬得到的確定形狀和尺寸的塑料，主要包括酚醛樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、不飽和聚酯、聚氨酯、DAP 樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂類等。它們一般都具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且不溶解不熔化，所以熱固性塑料很難重新加工為新的產(chǎn)品，通常加工成粒狀或粉末狀作為添加劑來(lái)降低成本，改善主材的耐熱性、耐磨性、耐蠕變性、阻燃性、尺寸穩(wěn)定性等；或通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂類、酚醛樹(shù)脂類、聚氨酯和異氰酸酯類膠黏劑將其粉末粘結(jié)成塑料制品加以循環(huán)利用；或者裂解成小分子、降解為低聚物、制備活性炭另作他用[7]。

此外，焚燒和衛(wèi)生填埋可作為廢舊塑料處理的補(bǔ)充措施?；祀s型的廢舊塑料，其材質(zhì)難以鑒別，分選也較為困難，可以通過(guò)焚燒進(jìn)行處理，同時(shí)回收一定的熱能。但是，這類處理方式容易導(dǎo)致二次污染，盡量少用。衛(wèi)生填埋是在陸地上選擇天然/人工場(chǎng)所，將廢舊塑料埋入其中的處置方法，具有方法簡(jiǎn)單，一次性投資小的特點(diǎn)，甚至可以實(shí)現(xiàn)將某些特殊資源貯存到資源缺乏時(shí)再開(kāi)發(fā)利用的目的。但是，此法存在監(jiān)管周期長(zhǎng)、后期費(fèi)用高等缺陷[8-9]。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們生活需求的不斷提高，新材料、新產(chǎn)品會(huì)越來(lái)越多，塑料制品的使用也會(huì)越來(lái)越廣泛，隨之而來(lái)的便是海量廢舊塑料的回收和處理。應(yīng)該從塑料制品的全生命周期進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，在綠色設(shè)計(jì)、規(guī)范生產(chǎn)、合理使用、分類回收、綜合利用等各個(gè)環(huán)節(jié)，都引入環(huán)保因素和資源意識(shí)，為塑料制品的推廣使用、高效回收循環(huán)利用創(chuàng)造條件。但是，很明顯，這是一項(xiàng)任重而道遠(yuǎn)的系統(tǒng)工程。尤其是在全球化日益深入的當(dāng)今社會(huì)，更需要國(guó)際社會(huì)群策群力，共同努力，而不是像日本這樣一意孤行，反向而行。