中國生活垃圾廢塑料回收利用現(xiàn)狀

林瀚，祝漢國，葉紅，趙潔，張曉佳，張新功

(青島惠城環(huán)保科技集團股份有限公司，山東 青島 266555)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，生活、生產(chǎn)垃圾產(chǎn)生量亦出現(xiàn)持續(xù)性迅猛增長，不僅出現(xiàn)“垃圾圍城”而擠占城市發(fā)展等困境[1]，且由其引發(fā)的環(huán)境污染等問題也日益凸顯。而城市垃圾中廢塑料制品無處不在，例如家具家電、食品等包裝、農(nóng)用薄膜、汽車、快餐行業(yè)和輕工業(yè)等領(lǐng)域。這都是歸因于塑料制品有著輕便、價格便宜、耐用等特性。由于廢塑料在自然界中很難降解，同時對廢塑料的回收、再利用上經(jīng)驗相當(dāng)?shù)谋∪酰虼藭斐上喈?dāng)嚴(yán)重的環(huán)境問題[2]。國內(nèi)外現(xiàn)有的廢塑料回收方法大致有物理填埋、焚燒法、化學(xué)法等[3]。

2022 年3 月2 日，《終止塑料污染決議(草案)》在第五屆聯(lián)合國環(huán)境大會續(xù)會上由來自175 個國家的元首、環(huán)境部長和其他代表批準(zhǔn)、簽訂廢塑料決議。該協(xié)議包含了塑料制品設(shè)計、生產(chǎn)及回收、處理等全流程環(huán)節(jié)。該項決議的簽訂將從源頭上改變生產(chǎn)、消費和管理廢塑料的方式。2022 年生態(tài)環(huán)境部官網(wǎng)發(fā)布《廢塑料污染控制技術(shù)規(guī)范》，提出應(yīng)以資源利用率最大化為原則，優(yōu)選廢塑料再生利用或處置的合理可行的技術(shù)路線，其中就包括廢舊塑料化學(xué)再生。可見，廢塑料循環(huán)再生是遵循全球塑料循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，合理開發(fā)和應(yīng)用廢塑料回收技術(shù)響應(yīng)國家產(chǎn)業(yè)政策要求，符合國家環(huán)保戰(zhàn)略和行業(yè)發(fā)展需要。目前，我國在處理生活廢塑料垃圾處理中單一技術(shù)運用較多，將多種技術(shù)有機結(jié)合而形成的綜合處理工程，在國內(nèi)尚未有成熟的案例，急需發(fā)展適合我國垃圾塑料的綜合處理模式，因此，廢塑料處理技術(shù)急需獲得突破。

1 我國廢舊塑料的回收利用發(fā)展?fàn)顩r

1.1 廢塑料回收分選狀況

城鎮(zhèn)生活垃圾等物質(zhì)所具有的資源化屬性，其資源價值越來越受到國家和居民的認(rèn)可與重視。根據(jù)《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》(發(fā)改環(huán)資〔2021〕 642號)，到2025 年底，全國城市生活垃圾資源化利用率達到60% 左右。而傳統(tǒng)單一的填埋和焚燒等處置方式，已無法滿足不斷增長的垃圾量和環(huán)保需求。就發(fā)展趨勢來看，在國家垃圾處置新政策和“雙碳”新發(fā)展戰(zhàn)略等背景下，在社會再生產(chǎn)過程中加大可回收物的循環(huán)利用，更是一種實現(xiàn)碳中和效應(yīng)不可或缺的方式。未來，垃圾分類將會進一步深化，通過集中分選系統(tǒng)，挖掘城市生活垃圾中的可回收資源，再生資源回收并利用不僅是實現(xiàn)減碳的重要途徑，而且具有減排污染物的雙重效益，這對于實現(xiàn)碳達峰以及碳中和來說是一種重要的方式。垃圾的處理必將以多元化綜合處理方式為主導(dǎo)的處理模式，實現(xiàn)資源、能量和廢物的協(xié)同治理產(chǎn)業(yè)鏈模式發(fā)展為整體目標(biāo)，以更高效、有序地處理廢棄物，促進再生資源回收利用，來獲取更好的收益和減排效果。

國內(nèi)外對混合生活垃圾集中機械化分選的研究和工程應(yīng)用不多，國內(nèi)尚未見機械分選回收生活垃圾中低值塑料的成功案例公開報道。通過對生活垃圾的采用機械化分選，集中處理，資源分類利用，實現(xiàn)垃圾綜合管理才是解決當(dāng)前垃圾圍城和實現(xiàn)垃圾資源化的根本。因此，以現(xiàn)有城市生活混合垃圾或已經(jīng)前端粗分的生活垃圾為處理研究對象，以垃圾資源化為主要目標(biāo)，開發(fā)一套基于垃圾中塑料回收的分選工藝及其分選設(shè)備，集成創(chuàng)新，提升垃圾集約式機械分選效果、分選效率，回收垃圾中低值可回收資源，提高廢物資源化率，以推動生活垃圾環(huán)境治理規(guī)劃和科學(xué)管理，構(gòu)建垃圾精細(xì)化分選到資源化利用的產(chǎn)業(yè)模式，系統(tǒng)解決垃圾精細(xì)化分選的世界性難題。這將不僅具有基礎(chǔ)研究的價值，更具有工程實踐應(yīng)用的重要意義。

為了提高廢舊塑料的回收、利用以及再生產(chǎn)品的價值，最重要的就是混合塑料如何分選。廢舊塑料的分選，一般就是按照形狀不同、尺寸不同將混雜廢舊塑料分變成單一廢塑料組分。大致可分為傳統(tǒng)、近代等兩種廢舊塑料的分選方法。傳統(tǒng)分選技術(shù)主要是有人工、密度、風(fēng)力分選等方法；近代分選技術(shù)有顏色、光學(xué)分選、人工智能等分選方法[4]。

人工分選方法的效果是機器設(shè)備無法替代的，它對設(shè)備要求比較低，但是該方法對分選人員的經(jīng)驗相對較高、勞動時間、強度大，分選效率相對于機器來說低；密度分選方法的優(yōu)點是操作相對簡單，但是不能分選出塑料密度相同或相近的廢塑料，只能分選出不同密度，而且是密度相差較大的塑料顆粒，過程中還會有大量的廢水產(chǎn)生；風(fēng)力分選方法是近年來分選混合廢舊塑料最廣泛的分離方法之一，適用于密度相差大的形狀和尺寸均一的廢舊塑料顆粒，而且還可以將廢舊塑料里攜帶的金屬物質(zhì)以及砂石等去除。近代分選中的顏色分選主要用于分選不同顏色的廢塑料物品，也不能辨別分選廢塑料的種類；電磁分選和渦電流分選主要用于廢舊塑料中混雜的鐵磁性金屬雜質(zhì)的去除，德國STEINERT 公司生產(chǎn)的渦電流分選機對塑膠、玻璃以及有色金屬鋁、銅等很好的分離選出來；光學(xué)分選法大致有X 射線、近紅外光譜、中紅外光譜、激光光譜等分選[5-7]。近紅外光譜技術(shù)以其能識別大部分的廢塑料，可以不用接觸，快速掃描，分辨率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點成為目前使用最廣泛的光學(xué)分選技術(shù)，唯一的不足是不能辨別深色塑料制品。美國公司(NTR) 制造的NIR 分選機準(zhǔn)確率和純度較高。挪威公司(TOMRA)生產(chǎn)的NIR 分選機的NIR 掃描系統(tǒng)無需外部光源，可減少能耗，易于維護。人工智能分選是利用人工智能分揀機器人來進行分揀廢舊塑料。目前有美國(NTR 公司) 和法國(MACHINEX 公司)分別制造出了人工智能分揀機器人。近年來人工智能迅猛發(fā)展，相信未來智能化、自動化將會成為廢舊物資源回收的一個重大趨勢。垃圾廢塑料經(jīng)過分選后，不僅再生效率、再生產(chǎn)品、效益提高有所提高，二次污染也大幅度減小，也進一步使得再生利用體系更加規(guī)范。

1.2 廢塑料的回收在利用技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，在眾多廢塑料的處置和回收技術(shù)中，物理回收方法相對成熟，主要有原形利用和簡單再生；以改性再生、熱分解、降解及熱能回收為主的化學(xué)回收利用方法，仍在發(fā)展過程中。

物理回收利用法不能回收熱敏塑料等物質(zhì)，造成了一定的局限性。實際應(yīng)用中，只有聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚乙烯(PE)兩種類型的塑料通過物理回收實現(xiàn)了回收和再循環(huán)，其再生塑料性能受到塑料混合物的組成影響，需要通過與添加劑等物質(zhì)共混從而對再生塑料的物理性質(zhì)做出改變。某公司利用專有廢塑料回收技術(shù)，將廢舊地毯成功轉(zhuǎn)變?yōu)槌冊偕鷺渲?。該技術(shù)由寶潔公司(P&G)研發(fā)，該技術(shù)可以將廢塑料的顏色、雜質(zhì)以及氣味去除，形成的樹脂與原生樹脂類似[8]。

化學(xué)回收利用技術(shù)可以去除不需要的雜質(zhì)，將廢物轉(zhuǎn)化為可用的化工原料，該方法可以回收物理法難以回收的塑料垃圾。對于廢塑料熱裂解工藝的研究，國外在20 世紀(jì)70 年代就已經(jīng)開始，BP 公司采用流化床反應(yīng)器，反應(yīng)的溫度為500 ℃，產(chǎn)能為每年25 000 t，過程中產(chǎn)生的HCl 會腐蝕設(shè)備。有些采用多段爐液相熱裂解技術(shù)，但由于前端廢舊塑料的品質(zhì)以及來源不一致，后端加工利用難，這些項目已處于停滯狀態(tài)。目前國內(nèi)有汪傳聲教授團隊(來自青島科技大學(xué)) 和陳德珍教授團隊(同濟大學(xué)熱能所) 等研究熱解技術(shù)。國內(nèi)航天動力研究所、恒譽環(huán)保；國外有英國Plastic Energy 公司、挪威Quantafuel 公司、美國Agilyx 公司將該技術(shù)工業(yè)化，但只有英國Plastic Energy 公司有數(shù)千噸/ 年產(chǎn)能。英國Plastic Energy還開發(fā)了一種可以將被污染、壽命終結(jié)的廢塑料以及傳統(tǒng)工藝技術(shù)無法循環(huán)利用的廢塑料轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎迷系摹盁釁捬跫夹g(shù)”。此外，由RZG 公司通過將催化力、熱力、物理力組合將混合廢塑料裂解轉(zhuǎn)化為油的工藝研究，被稱為單步催化液化工藝(CTC 工藝)。林瀅等人考察了摻雜廢塑料碎料的水泥沙磚的技術(shù)性能，結(jié)果表明，當(dāng)廢塑料瓶碎料摻雜量為4% 時，水泥沙磚的各項性能有所提高[9]。福海藍(lán)天公司將劣質(zhì)塑料通過環(huán)?；幚沓晒€原為油品原料，相比“土法煉油”這項垃圾塑料柔性油化技術(shù)出油率在80% 以上，產(chǎn)出的初級油品不含硫，質(zhì)量好，通過精制可稱為高品質(zhì)燃料油，而且整個過程無“二次污染”，可以連續(xù)化、規(guī)?；奶幚?00 t/d 廢塑料[10]。為了提高液化產(chǎn)物收率，避免發(fā)生結(jié)焦，超臨界水進行化學(xué)回收可以避免以上問題，但該工藝對裝置要求高，投資成本較高?，F(xiàn)英國MURA 公司建造處理量20 000 t/a 的超臨界水化學(xué)回收工廠，2022 年下半年預(yù)計開始運營。浙江科茂現(xiàn)已建成40 000 t/a 催化裂解廢塑料化學(xué)回收工廠，該技術(shù)通過在熱裂解法中加入催化劑來提高反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時間，產(chǎn)生的油品質(zhì)高[11]。

面對塑料污染日益嚴(yán)重的問題，我國也在逐步加強廢塑料回收利用的技術(shù)研發(fā)，開展塑料循環(huán)經(jīng)濟。中國物資再生協(xié)會再生塑料分會據(jù)統(tǒng)計，我國2021 年回收廢塑料比2020 年增加300 萬噸，回收率為31%。因此進一步開發(fā)廢舊塑料的無害化循環(huán)利用技術(shù)迫在眉睫。

2 廢塑料垃圾回收利用存在的問題和建議

首先廢塑料垃圾回收體系不夠完善，廢塑料分類分選至關(guān)重要，需要提高廢塑料分選技術(shù)以及設(shè)施的開發(fā)設(shè)計。廢塑料資源化是一個很大的工程，從運輸、分選到廢塑料再利用各個環(huán)節(jié)都缺一不可。

我國關(guān)于廢塑料垃圾回收利用的相關(guān)法律法規(guī)還不夠健全，需要進一步完善標(biāo)準(zhǔn)體系，建立廢塑料回收再生利用監(jiān)管體系。國家需加大廢塑料回收政策資金的支持力度。加大科研投入，提高廢塑料處理技術(shù)水平。推動綠色技術(shù)、制造發(fā)展。加強對人民群眾的垃圾分類意識，宣傳和引導(dǎo)全民參與、人人有責(zé)的環(huán)保意識。

3 結(jié)語

在無廢城市、雙碳戰(zhàn)略和綠色生態(tài)發(fā)展的政策指導(dǎo)下，廢塑料的回收再利用技術(shù)將以減污降碳協(xié)同增效為主，推動資源回收與再利用兩網(wǎng)融合。快速推動廢舊塑料規(guī)范回收、清運、利用和處置，不斷完善塑料廢棄物收運處置體系的建立。加大塑料廢棄物再生利用，提升塑料垃圾無害化處置水平。因此，亟需一項廢塑料全流程化的無害化資源回收利用技術(shù)，徹底顛覆目前廢塑料回收行業(yè)的生態(tài)，替代填埋和垃圾焚燒，從根本上解決塑料污染的問題，從而填補廢塑料回收利用產(chǎn)業(yè)上的空白，破解全球廢塑料治理的難題，使中國技術(shù)超越和引領(lǐng)世界；同時廢塑料化學(xué)回收制化工原料相當(dāng)于節(jié)約大量的石油資源，如果可以將全國每年產(chǎn)生的5 000 萬噸廢塑料全部回收利用，可以為國家節(jié)約原油至少1.5 億噸，這對于原油對外依存度高達73% 的我國來說是保障能源安全的重要一環(huán)，具有重要的戰(zhàn)略安全意義。