Перспективные способы утилизации изделий из ПВХ (на примере России, США, стран Европы

ВВЕДЕНИЕ

На основе поливинилхлорида (ПВХ) получают более 3000 видов композиционных материалов и изделий, используемых в электротехнической, лёгкой, пищевой, автомобильной промышленности, машиностроении, судостроении, при производстве стройматериалов, медицинского оборудования и т.д., что обусловлено его уникальными физико-механическими, диэлектрическими и другими эксплуатационными свойствами.
Однако в настоящее время применение ПВХ постепенно ограничивается, что связано, прежде всего, с экологическими проблемами, возникающими при эксплуатации изделий, их утилизации и вторичной переработке. При старении полимеров на основе ПВХ наряду с потерей физико-механических свойств наблюдается негативное воздействие на окружающую среду и человека, обусловленное процессами дегидрохлорирования ПВХ, усиливающимися при температуре 50 — 80 °С (образуются высокотоксичные хлорсодержащие полиароматические соединения).
1 ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА. В процессе переработки полимеры подвергаются воздействию высоких температур, сдвиговых напряжений и окислению, что приводит к изменению структуры материала, его технологических и эксплуатационных свойств. На изменение структуры материала решающее влияние оказывают термические и термоокислительные процессы.
ПВХ – один из наименее стабильных карбоцепных промышленных полимеров. Реакция деструкции ПВХ – дегидрохлорирование начинается уже при температурах выше 100°С, а при 160°С реакция протекает очень быстро. В результате термоокисления ПВХ происходят агрегативные и дезагрегативные процессы – сшивание и деструкция.
Деструкция ПВХ сопровождается изменением начальной окраски полимера из-за образования хромофорных группировок и существенным ухудшением физико-механических, диэлектрических и других эксплуатационных характеристик. В результате сшивания происходит превращение линейных макромолекул в разветвленные и, в конечном счете, в сшитые трехмерные структуры; при этом значительно ухудшаются растворимость полимера и его способность к переработке. В случае пластифицированного ПВХ сшивание уменьшает совместимость пластификатора с полимером, увеличивает миграцию пластификатора и необратимо ухудшает эксплуатационные свойства материалов.
Наряду с учетом влияния условий эксплуатации и кратности переработки вторичных полимерных материалов, необходимо оценить рациональное соотношение отходов и свежего сырья в композиции, предназначенной к переработке.
При экструзии изделий из смешанного сырья существует опасность брака из-за разной вязкости расплавов, поэтому предлагается экструдировать первичный и вторичный ПВХ на разных машинах, однако порошкообразный ПВХ практически всегда можно смешивать с вторичным полимером.
Важной характеристикой, определяющей принципиальную возможность вторичной переработки ПВХ отходов (допустимое время переработки, срок службы вторичного материала или изделия), а также необходимость дополнительного усиления стабилизирующей группы, является время термостабильности.
2 ОПЫТ РОССИИ В ОБЛАСТИ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ. В России проблемы обращения с отходами являются более острыми, чем во многих развитых странах. Среди основных причин, обостряющих ситуацию с управлением обращения с отходами – слабая развитость законодательной базы, территориальная и отраслевая неравномерность развития экономики, стагнация развития важнейших отраслей промышленности, прежде всего машиностроения».
В последние годы российское законодательство существенно расширяется и обновляется в связи с перераспределением полномочий в области охраны окружающей среды между федеральными и региональными органами власти, а также между различными федеральными ведомствами.
В России количество перерабатываемых и вторично используемых материалов составляет не более 8% (тогда как процент использования в США составляет порядка 40, и 60% в странах Европейского Союза (ЕС), а оставшееся количество твердых отходов подлежит захоронению.
В Российской Федерации в настоящее время более 90% твердых бытовых отходов подвергается такому виду утилизации, как захоронение, и в связи с этим, в социуме при участии бизнеса и власти с одной стороны, и общества с другой стороны, возникают дискуссии о важности и необходимости переработки и утилизации бытовых отходов.
Сформировавшаяся в Российской Федерации обстановка в области возникновения, переработки и окончательной локализации бытовых отходов ведет к нерациональному потреблению природных ресурсов, существенному экономическому ущербу и представляет реальную угрозу экологии городов и регионов. Каждое пятое заболевание у человека связано с экологией.
По оценкам Международной финансовой корпорации (IFC), существующие и действующие в России полигоны уже загружены на две трети, а 30% из них не соответствует существующих санитарным требованиям, площадь свалок зачастую превышает 10 га.
Несанкционированные свалки отходов вызывают такие экологические проблемы, как загрязнение почвы близко расположенных к свалкам водоемов, загрязнение воздуха (неконтролируемое выделение метана на свалках, который приводит к их самовозгоранию), и как следствие развитие источников инфекционных заболеваний.
Необходимая для утилизации ТБО инфраструктура, которая была бы эффективна, и отлаженно работала, в России практически полностью отсутствует.
Основная задача переработки и утилизации ТБО – это организация современной рациональной и системной структуры. Все передовые страны ежегодно увеличивают процент переработки вторсырья, улучшают утилизационные технологии.
В России на данный момент уровень вовлечения отходов в повторный хозяйственный оборот нельзя оценить как удовлетворительный. Средний объем утилизации бытовых отходов в РФ, по расчетам специалистов, не превосходит 5 %, что приводит не только к постоянному росту количества объемов накапливаемых и в конченом итоге захараниваемых отходов, но и к невозвратимой потере до 90 % полезного сырья.
В настоящее время в России следующие наиболее часто применимые утилизационные технологии:
1. Захоронение (складирование);
2. Переработка отходов с извлечением ценных компонентов (металл, дерево, стекло, текстиль);
3. Сжигание с использованием различных видов топок;
4. Компостирование;
5. Пиролиз;
6. Газификация;
7. Производство биогаза;
Утилизационные технологии твердых бытовых отходов являются методами, которые решают санитарно-гигиенические, экономические задачи и экологические задачи.
В течение последних пяти лет «общий объем образующихся в России отходов вырос в 1,5 раза, более половины отходов, а точнее 54% от общего количества образуется при добыче топливно-энергетических полезных ископаемых (в основном – в угольной промышленности), 17% приходится на цветную металлургию, 17% – на черную, 12% – это остальные отходы,
включая коммунальные.
В настоящее время в России 95-97% образующейся массы ТБО подвергается захоронению (в Москве 80-85%). В ведущих странах ЕС (Германии, Австрии, Швеции, Нидерландах, Бельгии, Дании и др.) захоронению подвергают менее 20% образующейся массы ТБО, остальное количество вовлекают в переработку (в т.ч. 25-35% подвергают сжиганию, 40-65% используют в качестве вторсырья с производством новой продукции).
Для России очень актуальна необходимость разработки способов решения проблемы накопления и утилизации ТБО на основе их вовлечения в промышленную переработку с минимальными затратами, с одновременным решением вопросов ресурсосбережения и экологической
безопасности.

3 ОПЫТ ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН В ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК УТИЛИЗАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙВ странах Европейского Союза проблемы обращения с твердыми бытовыми отходами уже на протяжении нескольких лет решаются достаточно эффективно. Муниципальные твердые отходы (или также есть такие определения, как твердые бытовые отходы, ТБО) заслуживают особого внимания, поскольку Рамочная Директива ЕС по отходам (2008) ставит целью 50%-ную утилизацию ТБО к 2016 г.
Обращение с ТБО в зарубежных странах в основном находится в сфере ответственности муниципального сектора и текущая экономическая ситуация во многих странах ЕС требует дополнительных разработок и усилий для реализации этих шагов наиболее эффективным образом.
Эффективная экологическая политика по обращению с отходами требует последовательности и понимания реализации всех этапов, соблюдение и реализация которых на каждом этапе должна привести в целом к значительному улучшению экологической обстановки.
Одним из самых первых и общепризнанных задач для решения данной проблемы является уменьшение объемов захоронения отходов (например, ликвидация свалок и полигонов), а также сосредоточение усилий стран на предотвращении образования отходов, повторном использовании полезной части отходов, рециклинге и переработке.
В целом, в Европейских странах в 2010 г. уже вторично перерабатывалось до 35% муниципальных отходов. Также в Европейском союзе принята иерархическая схема приоритетности мероприятий по обращению с отходами, представленная в таблице 1.
Таблица 1 - Принятая в ЕС иерархическая схема приоритетности
Приоритетность Мероприятия по обращению с отходами
1 Предотвращение образования
2 Повторное использование
3 Переработка
4 Восстановление
5 Размещение
Согласно представленной таблице можно сделать вывод, что первостепенной задачей в сфере обращения с отходами является предотвращение образования отходов, как коммунальных, так и промышленных в местах их образования.
По данным на 2011 г. из всех стран Европейского Союза наибольшее количество отходов производила Дания – порядка 718 кг на человека в год, далее по иерархии расположились Люксембург, Кипр и Ирландия (600-700 кг), Германия, Нидерланды, Мальта, Австрия, Италия, Испания, Франция (500-600 кг), Греция, Португалия, Бельгия, Швеция, Литва и Словения (400-500 кг) и Венгрия, Болгария, Румыния, Латвия, Словакия, Чехия, Польша и Эстония (менее 400 кг). В относительных показателях производством муниципальных отходов в наибольшей степени выросло в Словакии, Норвегии и Хорватии (на 39, 30 и 25% соответственно), и снизилось в наибольшей степени в Болгарии, Эстонии, Словении и Великобритании (на 18, 17, 12 и 12% соответственно). В наибольшей степени объемы захоронения отходов снизились в Норвегии, Ирландии и Польше. Вместе с тем на свалках размещается 99% отходов в Румынии, 94% - в Болгарии,92% - на Мальте и 88% - в Латвии.
Такому способу, как сжигание твердых бытовых отходов, и соответственно, наибольший объем ТБО, который подвергся сжиганию, распределяется между следующими странами: Дания - 54%, Швеция - 51%, Бельгия - 42%, Люксембург и Нидерланды - по 38%, Германия - 37%, Франция и Австрия (по 35%). Переработка отходов была наиболее распространенной в Германии (45%), в других странах процент отходов, которые подверглись вторичной переработке, составил следующие показатели: Ирландия (37%), Бельгия (36%), Словения (34%), Швеция (33%), Нидерланды (32%) и Дания (31%). Такой способ переработки как компостирование в наибольшей степени использовалось в Австрии (34%), Нидерландах (28%), Бельгии и Люксембурге (по 20%), Испании и Франции (по18%).
4 ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ В США .В США также развит раздельный сбор мусора – он должен выбрасываться в строго определенные контейнеры. Действует система штрафов. В Штатах работают более 550 мусороперерабатывающих заводов – местным жителям предлагается лишь сдавать пригодные к переработке отходы. Также существует возможность сдать бытовые отходы за плату в коммерческие структуры, которые сортируют, пакуют и продают мусор предприятиям. Некоторые штаты США используют систему депозитов: при покупке товаров в таре (например, в бутылках), которую можно переработать, покупатель платит определенную сумму в качестве залога. При сдаче бутылки он получает эти деньги обратно. В последние десятилетия в США начал использоваться новый метод борьбы с отходами – их минимизация: предприниматели выпускают более экономичные упаковки, а потребители учатся многократно использовать имеющиеся в наличии предметы. Программа называется RRR – Reduce, Reuse, Recycle (Уменьшить потребление. Использовать снова. Переработать).
Основным фактором роста городских отходов является высокий уровень урбанизации в Соединенных Штатах Америки. Согласно данным Всемирного Банка, в 2019 году уровень городского населения достигнет отметки в 82,5% или 271,4 млн человек, тогда как в 1960 году доля городских жителей составляла 70% от общего числа граждан. Производство твердых городских бытовых отходов (ТБО) по итогам 2017 года, по оценкам EPA (Агентство по защите окружающей среды), составило 267,8 млн тонн. В свою очередь, в 2017 году среднедушевое производство мусора в день увеличилось на 0,7% г/г до 2,1 кг в день. Необходимо добавить, что активный прирост образования отходов произошел на рубеже веков ввиду положительной динамики промышленного производства и роста потребления в стране на фоне мировой глобализации. Ожидается, что при текущем уровне накопления твердых бытовых отходов потребуется увеличение утилизирующих и перерабатывающих мощностей в будущих периодах.
В ряде штатов США тестируют "умные" мусорные баки. Внутри помещают специальные датчики, которые следят за их наполняемостью. Сейчас производят датчики, которые долго могут работать автономно и передавать данные на большие расстояния.
В Штатах долгое время не могли решить проблему выделения метана на свалках. Этот газ взрывоопасен. Однажды в США в результате скопления газа произошел взрыв, в результате которого пострадали несколько жителей. Кроме того, метан является одной из главных проблем для глобального потепления.
Большое количество свалок в Соединенных штатах занимаются утилизацией этого газа. Его используют для подачи электроэнергии. Предполагается, что спустя несколько лет полигоны будут выдавать до 30 миллиардов киловатт ежегодно.
Фактически мусор размещают на глину (чтобы не навредить почве) в специальную емкость примерно на десять лет. Сверху укладывают слой глины и высаживают траву. Аппаратура принимает газ и транспортирует его на электростанции.
Таким образом мусор становится не только хорошим способом заработка в США, но и одним из видов альтернативной энергетики. Благодаря передовым технологиям властям и гражданам удается снизить негативное влияние на экологию.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Использование отходов производства и потребления способствует повышению экономической эффективности изготовления строительных материалов и изделий. Очевидно, что и впредь развитие производства строительных материалов в обозримый ближайший период должно осуществляться в направлении расширения использования отходов и уменьшения доли природных ресурсов. Расширенное использование технологических отходов и отходов потребления в качестве вторичного сырья в промышленности строительных материалов может служить одним из самых кардинальных направлений в создании мало- и безотходных технологических процессов, обеспечивающих наиболее рациональное использование природных ресурсов и снижение негативного влияния на окружающею среду. Несмотря на большое внимание, уделяемое методам утилизации и обезвреживания отходов пластмасс, в настоящее время еще велика доля отходов, которые вывозят на свалки.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ: 1.Дворкин, Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности / Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин. – Ростов-н/Д.: Феникс, 2007.
2.Комупак/AWS Eco Plastics – самый крупный завод по переработке пластиковых бутылок в Европе. – URL: http://www.komupak.ru.
3.Рост цен на стройматериалы зафиксировали 72 процента предпринимателей // Российская газета . – URL: http://www.rg.ru/2013/03/13/stroitelstvo-site-anons.html.
4.Переработка отходов: анализ мировых тенденций //Zelife.ru. – URL: http://www.zelife.ru/ekoplanet/utilizationworld.
5.Д.А. Арашкевич. Вторичная переработка отходов пластмасс и специальные роторные дробилки / Пластические массы, 2003, № 5, с. 13.
6.А.П. Цыганков, В.Н. Сенин. Циклические процессы в химической технологии. Основы безотходных производств. М.: Химия, 1988. С. 120 – 131.
7.Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» //Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3–33.
8.Бобович Б. Б. Переработка промышленных отходов: Учебник для вузов. - М.: "СП Интермет Инжиниринг", 1999. - 445 с.
9.Вторичное использование полимерных материалов, Под ред. Е.Г. Любешкиной.- М.: Химия, 1995. -51с.