由于技术真空,世界上还没有针对城市塑料垃圾进行工业实践的成熟技术和项目。城市塑料垃圾的出路目前主要依靠焚烧和填埋,即使是一个先进的焚烧发电技术,也通过焚烧塑料垃圾获得电能。但是其能源的耗费,由于温度、压力、环保等的要求,远远超出塑料本身的能源价值。焚烧炉的出口烟气温度必须达到1000度左右,同时确保在1300度以上的条件下物料保持2秒以上。流行的各类焚烧和涉及焚烧的裂解技术、汽化技术主流,都需要极高温度和压力。
大量的国际会议、学术报告、专业刊物、网站介绍浏览不难发现:对已经分类的城市塑料垃圾进行能源化的工业实践很少见。而把城市塑料垃圾作为一个混合的对象进行工业实践的几乎是零。
全世界将近90%的城市塑料垃圾都被无可奈何的倾倒进填埋厂和焚烧(发电)厂。投入到填埋和焚烧(发电)的能源代价,远大于人们所应得的能源回报。因此,填埋和焚烧发电不能作为一种新兴的技术方向,只能是未来城市塑料垃圾能源化处理技术的一种过渡。它们所进行的能源化努力虽然值得赞赏,但是其根深蒂固的技术经济弊端和社会负面效果,已经使得各国政府对它们开始警惕,并加以限制。由于城市塑料垃圾的能源化意义巨大,沿着能源化的道路发展城市塑料垃圾的处理方向是毫无疑义的。在国际上,除了焚烧和填埋,涉及城市塑料垃圾的处理技术五花八门,但基本上可以分成一下三个方面:
(一) 以生产生产单体等精细化工产品为对象的技术
由于生产单体或精细化工产品的前提是必须要求他的原材料洁净度高,杂质逾少逾好,除了良好的工艺条件外,产品的杂质含量会直接影响其质量和销售价格;但是,在不同种类塑料垃圾的混杂状态下,无论用何种方法,都很难挑出单一的品种,这是生产单一精细化工产品莫大的难题。例如:1990年美国生产的pvc树脂约为3.6mt,其中pvc的瓶制品销量为92.08kt,而回收却为0.73kt; 回收仅占销量的0.8%,在分辨pvc材质时,只能采用近红外线技术,很明显这是一项十分复杂的、高成本的分选工作。欧洲各国对此也面临同样的困难;对硬质pvc的回收,多采用物理方法;如塑料瓶,一般都和各种垃圾混合在一起的,目前均用手工挑选,欧洲的一些国家由于卫生的原因使用机器,但目前却不能令人满意,有些国家把收来的pvc塑料瓶就地磨碎,并将其洗净、干燥、粉碎成小片,待用。在澳大利亚只有一家回收pvc的公司,预计目前的回收率仅为6%。由于类似的塑料瓶有不同种类的塑料,而得到较为纯净的pvc废弃瓶就十分困难,因此,发达国家一直在寻找分选的方法。美国新泽西州rutger大学研究使用了一种x射线莹光探测仪,以区分是否含氯。但是,不论用甚麽方式,目的仅仅是尽量分选出pvc,最后仍然采取物理方式生产再生制品,很明显,分选的重要工序,其二次污染的处理成本非常高昂。
较为常见的是对苯乙烯单体的回收;由于聚苯乙烯的热分解过程系无规则的降解过程,在分解时,可 生成苯乙烯、甲苯、乙苯等。一般的工艺是使聚苯乙烯先裂解,经过蒸馏即可得到苯乙烯单体。此外, 尚有制造涂料、黏合剂等方法;但是这种单体或化工原料的生产必然会受到原材料的挑选和市场容量 的严肃挑战,对于大规模处理塑料垃圾而言,几乎是杯水车薪。
(二) 以转换能源产品为对象的技术
a. 按照一定比例配比的城市垃圾发电(其中含塑料垃圾) (rgf; mass burn)下图是一个日处理1000吨垃圾的焚烧厂远景
b. 生物垃圾和城市塑料垃圾混合进行能源利用 (目前没有工业实施项目的报导)
c. 医疗用塑料垃圾的能源化处理技术(没有工业规模意义)
d. 以某些特定塑料垃圾再加工作为其它行业助燃剂的技术(没有工业实施项目的报导)
e. 汽化裂解获得燃油和燃气
(三) 以再生塑料为目的的机械回收处理技术
- 制粒再生塑料:
常规的制粒再生塑料工艺过程是:收集-予分选-分选-破碎-分离杂质-湿研磨-冲洗、脱水-干燥-熔融-造粒-注塑成型-再生塑料制品。其中,分选和分离是该工艺的重要工序。在分选中,一般采用以下几种方法;如:密度法、浮选法、空气分选法、磁分选法、静电分选法、光学分选法、手工分选法、低温分选法、旋液分选法等。有些塑料垃圾与其他物质粘合在一起,需要采用加热法、湿浆法、电动分离法、化学分离法、打浆分离法、生物分离法等。
- 聚稀烃类薄膜和容器回收利用:
使用纯物理方法生产再生制品,如农用地膜,包装薄膜和容器、编织袋、周转箱等,它们的回收工艺与上述基本相同,大致的过程为:粉碎-清洗-脱水-烘干-造粒 -各类制品,如:再生薄膜、再生电缆盘、污水管、货架….等。聚丙烯回收料的再生制品多为塑料打包带、捆扎绳等,由于再生塑料的老化,导致所有再生塑料制品寿命短的特点,因此,很快又形成了塑料垃圾。
- 废pvc塑料的回收利用:
生活垃圾的废塑料中约有5-10%是废pvc。pvc垃圾分解出的hcl得不到处理构成了美 国塑料城市塑料垃圾处理的巨大障碍。而pvc包装材料回收的分类则成为又一个瓶径。而对pvc制成的农用地膜,我国回收的方式大致相对简单一些;方法为:分选-破碎-水洗-干燥-造粒-再生制品。
- ps废弃物(发泡制品)的回收利用:
这种废塑料的回收,由于其物理特性,较其他废塑料的回收相对困难的多。一方面它的体积大,密度小,同时在分选时,经常遇到塑料与其他物质分离的问题题,如纸、铝箔与塑料制成的包装物等;日本一家公司的回收方法为:泡末ps的大块废弃物破碎-风选-分离、除去杂质-清洗-干燥-热风进一步干燥-造粒。与上述情况类似,在分选、尤其对其进行分离时,成本会大大提高。
上述第一类,企图以获得某一种单体化工原料而进行总体的城市塑料垃圾规模处理,其难以实现的原因并不难发现:
- 稳定的、大量的、单一资源难以获得(除非有稳定的工业塑料垃圾来源;分类检测手段虽然可以实现,但是投资巨大,单一品种的单体要求纯净能够度不具有可行性
- 即使获得该种资源,被筛选出来的其它塑料垃圾仍然没有出路,即使具有工业意义,也不具备全面处理城市塑料垃圾的环保意义
- 分类的、单一的城市塑料垃圾运输十分困难
- 投资巨大,效益难以补偿
上述第二类,以获得燃料和燃油能源产品为目的,也仍然难以实现城市塑料垃圾总体处理规模的原因,可以归纳为:
- 仍然没有摆脱特定城市塑料垃圾配比局限,因此仍然要把大量的城市塑料垃圾投入填埋和焚烧(最为典型的就是rdf发电法)
- 即使可能将相当的城市塑料垃圾投入到具有规模运行的技术上,如massburn (全量焚烧)发电,其热效率利用也微乎其微,能源回收的效率大打折扣
- 环保问题并没有根除,不充分燃烧的二五因时刻威胁着社会公众
- 成品成本昂贵;
这些技术有的与poet似乎接近类似。特别是b类下,涉及汽化热解的通用概念,在学术上有普遍的报告和讨论。在专利注册检索发现,有相当的热裂解塑料获得能源油气的案例。 poet 和他们的不同处对比见 3.5。
上述第三类,用机械方式进行直接的再生利用和加工,以获得一般消费品产品为目的,虽然具有比较成熟的工艺和项目,但是作为大量消耗城市塑料垃圾的出路则没有现实意义。这样的直接消费产品具有如下限制性缺陷:
- 产品质量无法和直接提塑料垃圾相比美
- 即使提高了质量,产品成本也无法允许市场竞争
- 产品种类繁多,难以形成规模,从而造成小厂、小作坊行业
- 二次污染问题繁多
- 垃圾的产出率提高;并且没有根除垃圾的减量。