Организация системы сбора и переработки полимерных отходов в городе Сургуте

 

2.2.3 Разложение  полимерных отходов методом пиролиза

 

Пиролиз — термическое разложение органических веществ в отсутствие кислорода с целью получения полезных продуктов. При низких температурах (до 600 °С) образуются в основном жидкие продукты, а выше 600 °С — газообразные. В твердом остатке образуются в основном технический углерод и соединения металлов. Пиролиз позволяет переработать смешанные и загрязненные отходы. Несмотря на ряд недостатков, пиролиз, в отличие от сжигания, дает возможность получать промышленные продукты, используемые для дальнейшей переработки.

По данным британских ученых, пиролиз ПЭТ при 550°С дает продукты, представленные в таблице 2:

 

Таблица 2 – Продукты пиролиза ПЭТ при 550°С

Получаемый продукт	Доля, %
Масло	23,1
Воск	15,9
Кокс	12,8

Продолжение таблицы 2

Водород	0,06
Этилен	1,27
Пропилен	1,6
Диоксид углерода	24,3
Оксид углерода	21,5

 

Эти вещества используются как топливо или как сырье для нефтехимической промышленности. Затраты на пиролиз не превышают затраты на сжигание отходов.  ООО «Железно» производит установки для переработки резинотехнических изделий и пластмасс методом низкотемпературного пиролиза производительностью  4, 6, 9 тонн в сутки. При переработке 1 тонны отработавших шин, соотношение продуктов переработки будет следующее: газ – 70 кг, жидкое топливо – 400 кг, углерод – 430 кг, металлокорд – 100 кг. Пиролизный газ полностью используется на обеспечение работы установки. Возможна перегонка жидкого топлива на фракции. Установка работает г. Новосибирске, г. Магнитогорске, г. Кирове, г. Софии, г. Бургусе и др.

Данный метод, как и сжигание, эффективен для утилизации большого количества полимерных отходов и резинотехнических изделий. Метод является малорентабельным.

 

2.2.4 Разложение  полимерных отходов методом гидролиза

 

Гидролиз является реакцией, обратной поликонденсации. С его помощью при направленном действии воды по местам соединения компонентов поликонденсаты разрушаются до исходных соединений. Гидролиз происходит под действием экстремальных температур и давлений. Глубина протекания реакции зависит от pH среды и используемых катализаторов.

Этот способ использования отходов энергетически более выгоден, чем пиролиз, так как в оборот возвращаются высококачественные химические продукты.

 

2.2.5 Разложение  полимерных отходов методом гликолиза

 

По сравнению с гидролизом для расщепления отходов ПЭТ более экономичен другой способ – гликолиз. Деструкция происходит при высоких температурах и давлении в присутствии этиленгликоля и с участием катализаторов до получения чистого дигликольтерефталата. По этому принципу можно также переэтерифицировать карбонатные группы в полиуретане.

 

2.2.6 Разложение  полимерных отходов методом метанолиза

 

Самым распространенным термическим методом переработки отходов ПЭТ является их расщепление с помощью метанола – метанолиз. Процесс протекает при температуре выше 150 °С и давлении 1,5 МПа, ускоряется катализаторами переэтерификации. Этот метод очень экономичен. На практике применяют и комбинацию методов гликолиза и метанолиза.

До сих пор  деполимеризация остается весьма дорогим способом переработки вторичных пластмасс, в основном из-за значительных энергетических затрат и использование дорогих химических продуктов [22, 27].

 

2.2.7 Механическая  переработка полимерных отходов

 

В настоящее время наиболее приемлемым для России является вторичная переработка отходов полимерных материалов механическим рециклингом, так как этот способ переработки не требует дорогого специального оборудования и может быть реализован в любом месте накопления отходов.

Основные процессы переработки полимерных отходов требуют их отделения от других отходов, а также сортировки их по видам и очистки. Это ведет к росту издержек производства, которые могут достигать 40–50 % общих затрат на получение вторичной продукции.

Успешнее всего в мире перерабатывают отходы ПЭТ, главным образом, бутылки из-под шипучих напитков, соков, масла и т. д.

Практически каждый метод механической переработки полимерных отходов во вторсырье включает следующие этапы: сбор, сортировка, измельчение, отмывка, сушка. Порядок некоторых этапов может меняться в зависимости от выбранной технологии [27].

Наиболее прогрессивной является переработка полимерных отходов во вторичное полимерное сырье. Особенно это касается отходов ПЭТ, цена 1 т которого достигает 1200 долларов США.

Суть рециркуляции «бутылка к бутылке» в том, что использованные ПЭТ бутылки перерабатываются в сырье для изготовления таких же бутылок. Метод развивается в США в течение многих лет; в Европе это направление осваивается сравнительно недавно. Причиной тому  послужило ограничение в законодательстве Европейском союзе относительно переработанного материала, предназначенного для контакта с пищевыми продуктами.  Упаковка, изготовленная из вторичного сырья, не допускалась к контакту с продовольствием. Производитель мог разливать в такие бутылки технические  жидкости, но не имел право разливать напитки.

Иногда при переработке по принципу «бутылка к бутылке» вторичный ПЭТ «зажимается» между двумя слоями первичного полимера. Этот способ получил название «многослойной технологии». Многослойные бутылки могут содержать до 50 % вторичного ПЭТ, причем отдельные емкости могут включать и большие количества вторичного материала. Многослойные бутылки используют для розлива напитков во многих странах, например в Швейцарии, Швеции и США [27].

Данная технология актуальна вблизи заводов по производству ПЭТ бутылок. Кроме того, необходима высокая степень чистоты вторичного ПЭТ.

 

2.2.3 Технология  получения полимерно-песчаной продукции

 

Технология "Очистка окружающей среды от отходов вторичного полиэтилентерефталата на основе развития ресурсосберегающего производства высококачественных изделий", которую еще в 2006 году разрабатывал коллектив ученых под руководством профессора Олега Смирнова, в реализации довольна проста. Сначала полиэтилентерефталат (ПЭТ) и материалы наполнители нужно измельчить. Затем измельченное сырье перемешивается и подогревается до 180оС так, чтобы ПЭТ размягчился, но не расплавился. Затем к смеси полимеров добавляется наполнитель (песок) и, при необходимости, краситель, и опять перемешивается. Далее из этой массы штампуются готовые изделия, такие как: тротуарная плитка, черепица, шпалы для метрополитена и др. [9].

Данная технология отлично подходит для г. Сургута, т.к. в городе много строящихся объектов, владельцы которых закупают строительные материалы из других городов. Кроме того технология относительно проста в осуществлении, т.к. практически не требует сортировки полимерных отходов, а в качестве наполнителя используется песок, которого в г. Сургуте большие запасы.

 
2.3 Обзор методов сбора полимерных  отходов

 

Существует несколько способов сбора полимерных отходов: селективный сбор по видам полимерных отходов, нераздельный сбор полимерных отходов, выделение полимерных отходов из общей массы не пищевых отходов и выделение полимерных отходов из общей массы твердых бытовых отходов. Применение того или иного способа сбора полимерных отходов зависит от нескольких факторов: менталитет и экономическая заинтересованность населения, наличие или отсутствие законодательной базы в сфере обращения с отходами потребления, наличие материальной базы для селективного сбора отходов, целей сбора полимерных отходов.

В развитых странах сортировка бытовых отходов происходит дома. Возле домов стоят специальные контейнеры для различных видов отходов. В основном бытовые отходы делят на металл, стекло, пластмассы, бумагу и пищевые отходы. Содержимое контейнеров загружается в специальные мусоровозы и отвозится на мусороперерабатывающий завод, где происходит более детальная сортировка отходов. После сортировки отходов вторсырье отправляется на переработку. Однако, для того, чтобы эта система работала, необходима долгая и масштабная воспитательная работа с населением, подготовленная материальная и законодательная база.

В некоторых странах крупногабаритные полимерные отходы и оргтехника выбрасываются жителями в определенные дни.

Чем хуже отлажен процесс предварительной сортировки отходов на дому, тем сложнее их перерабатывать, и тем меньший процент полимерных отходов можно переработать.

В России такая система не работает по ряду причин. Сбор вторичных ресурсов обычно осуществляется заинтересованными людьми из общей массы твердый бытовых отходов. В некоторых городах России работают мусороперерабатывающие заводы, деятельность которых в основном направлена на сортировку отходов. Также отходы сортируются на некоторых мусороперегрузочных пунктах. Из-за сильной загрязненности потенциально полезных материалов процент выделяемого вторичного сырья очень мал, и не превышает 20 %.

Во многих развитых странах для сбора бутылок из популярного полимера полиэтилентерефталата установлены и эффективно работают специальные автоматы. Расчет с пользователем производится деньгами или чеками, обменять которые можно в торговом комплексе, в котором установлен автомат. Такие автоматы функционируют и в России. Однако они не нашли у нас широкого применения в силу дороговизны.

В Финляндии все супермаркеты оборудованы пунктами прима и утилизации пластиковых бутылок [28]. 

Самым простым, дешевым и эффективным способом сбора полимерных отходов в г. Сургуте, учитывая выбранную технологию переработки, будет система добровольного помещения полимеров в специальные контейнеры.

Контейнеры должны стоять возле многоквартирных домов, учебных заведений, в парках отдыха и возле развлекательных мест массового скопления людей. Должны быть предусмотрены контейнеры на колесах для их мобильности. Такие контейнеры предлагается использовать для сбора полимерных отходов на городских праздниках.

Во многих городах, как в зарубежных, так и в Российских, для сбора пластиковых бутылок используются сетчатые металлические контейнеры разной конструкции (рисунок 3).  Извлечение из таких контейнеров полимерных отходов требует много времени или спецтехники, что несет в себе экономические затраты.  Кроме того, выгрузка из таких контейнеров может быть опасна для работника. Он может просто упасть с высоты и получить травму. Эту проблему можно решить, установив на крышу контейнера-приемника ограждения. Еще одним недостатком этих контейнеров является то, что атмосферные осадки беспрепятственно проникают внутрь и повышают влажность полимерных отходов. При выбранной технологии переработки полимерных отходов это допустимо, но не желательно. По этим причинам была разработана другая схема сбора полимерных отходов, описанная в главе 3.

Рисунок 3. Использование сетчатых контейнеров при сборе ПЭТ бутылок

3. Описание системы сбора и переработки отходов пластиковой тары

3.1 Описание системы сбора отходов пластиковой тары

 

3.1.1 Выбор точек сбора отходов пластиковой тары

 

Для сбора отходов пластиковой тары предлагается использование четырех вариантов накопления и вывоза этих отходов (табл. 3). На листе БЖД 04-82.ДП.038.001.000 графической части указано расположение точек сбора на фрагменте карты г. Сургута. Также указано примерное место размещения объекта по переработке отходов пластиковой тары.

 

Таблица 3 – Описание точек накопления отходов

Точки накопления отходов	Описание
Места размещения стационарных контейнеров	Предназначены для накопления отходов пластиковой тары, образующейся в многоквартирных домах.
Объекты торговли	С торговыми компаниями подписывается договор на вывоз пластиковых отходов. Временное накопление этого мусора производится в контейнерах торговой компании.
Социальные объекты	Запускается программа сбора отходов пластика с социальных объектов, к сотрудничеству привлекаются школы, детские сады, спортивные комплексы и др. объекты.
Временные передвижные контейнеры	Устанавливаются в местах резкого кратковременного увеличения образования отходов пластика. К таким местам относятся парки отдыха в летний период, места проведения городских праздников.

 

На начальном этапе планируется охватить только часть города. По мере роста производства, будет увеличиваться и радиус размещения точек сбора отходов пластиковой тары.

 

3.1.2 Описание контейнеров для сбора полимерных отходов

 

Для сбора полимерных отходов потребления нами были разработаны специальные металлические контейнеры с крышкой, конструкция которых изображена на листе БЖД 04-82.ДП.038.004.000.ВО графической части. Контейнеры могут быть выполнены одинарными или двойными, объемом 1,27 м3 и 2,54 м3  соответственно.

В отличие от сетчатых контейнеров, используемых для сбора ПЭТ бутылок во многих городах, разработанный нами контейнер выполнен из цельных металлических листов. Из всех доступных материалов мы остановились на стали по той причине, что данный материал ударопрочный в отличие от пластика, который со временем стареет и становится хрупким. На крышке предусмотрен защитный козырек. Данная конструкция предотвращает попадание в контейнер атмосферных осадков, что помогает предотвратить их увлажнения.