Разработка методов утилизации отходов полиэтилентерефталата

В воздушном сепараторе материал поддаётся сверху против воздушного потока. В результате более тяжёлые  ПЭТФ-хлопья падают на экран сепаратора, а лёгкие фрагменты уносятся потоком  воздуха и оседают в специальном  пылесборнике. Виброэкран сепаратора также позволяет очищать хлопья от более тяжёлых примесей, которые проваливаются в ёмкость под экраном, в то время как основное сырье постепенно покидает рабочую зону[ 46, 47].

В жидкостном сепараторе используются различия в плотности и растворимости  веществ. Хлопья ПЭТФ опускаются на наклонное  дно, и шнек выгружает их на водоотделительный  экран, сквозь который вместе с водой  уходят как растворенные, так и  нерастворимые загрязнения. Промывка осуществляется также во вращающемся  перфорированном барабане.

Для получения качественного  конечного продукта сырье должно иметь определённые параметры влажности. Особенно это актуально для хлопьев, прошедших жидкую очистку. Их сушка  производится в потоках горячего воздуха во вращающемся барабане [47].

После очистки и сушки  хлопья проходят вторую стадию измельчения, после которых они будут иметь  оптимальные размеры.

Очищенные хлопья ПЭТФ сами по себе могут служить сырьём для получения конечной продукции. Однако если речь идёт о высоких требованиях качества, как, например, при переработке в бутылочную тару, без стадии переработки в гранулят. При экструзии происходит дегазация, устранение летучих компонентов (например, ацетатальдегид) и фильтрация микроскопических загрязнений расплава. Более того, полученный гранулят отличается более высокой технологичностью (высокая вязкость, гомогенность и прочее), что значительно облегчает дальнейшие операции. При пропускании через экструдер к пластиковой массе добавляют пигмент и другие вещества, чтобы улучшить его свойства: термо- и светостабилизаторы, антиоксиданты, пластификаторы. Продуктом переработки вторичного сырья в экструдере, как правило, является агломерат. Гранулят является универсальным сырьём и может использоваться в оборудовании широкого спектра [40, 48].

 

 

 

ГЛАВА 3

АНАЛИЗ, ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

3.1. Применение отходов  вторичного ПЭТФ и его свойства

 

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ или ПЭТ) – пластмасса, широко используемая для формования бутылок методом  раздува из специальных заготовок, так называемых преформ. Кроме того, используется для производства плёнки, которая обладает высокой  механической прочностью и прозрачностью. Кристаллический  вариант, используемый в условиях высоких  температур, пригоден для изготовления лотков, упаковываемых в микроволновой  среде.

Полиэтилентерефталат произвёл настоящую революцию в мире упаковки, коренным образом изменив ситуацию на мировом рынке в этой сфере  производства. За последние 10 лет число  мировых производителей ПЭТФ удвоилось [48].

Материалы из ПЭТФ были разработаны вначале 1940-х и с тех пор показали широкую универсальность их применения в различных сферах жизнедеятельности человека: в лёгкой, пищевой промышленности, в станко-и приборостроении, в машиностроении, в медицине и фармацевтике.

Полиэтилентерефталат прекрасно  подходит для изготовления различных  плёнок, упаковок и ёмкостей. Высокие  потребительские свойства тары, изготовленной  из ПЭТФ, обеспечили этому материалу стремительный рост в производстве упаковки для напитков и пищевых продуктов. ПЭТФ-тара в настоящее время активно вытесняет такие традиционные виды сырья для упаковки, как стекло и картон [46].

Важной особенностью полиэтилентерефталата  является то, что материал на его  основе достаточно легко поддаётся  переработке. Важно и то, что вторичный  ПЭТФ гомогенизируется легче, чем другие вторичные пластмассы. Эти особенности  вторичного полиэтилентерефталата  позволили ему стать на сегодняшний день самым перерабатываемым пластиком в мире с широкими возможностями использования, начиная с гранул и плёнок для упаковки, заканчивая предметами одежды, ковров, багажа и офисной мебели, аудио-видео плёнкой. Чаще всего ПЭТФ-отходы используются повторно для производства пластиковых бутылок, плёнок и волокон.

Таким образом, в мире с  конца прошлого столетия наблюдается  формирование рынка вторичного полиэтилентерефталата, который тесно связан как с  экологическими, так и с экономическими аспектами. Общемировой объем переработки  вторичного ПЭТФ сегодня достигает 1 млн. тонн ежегодно [48].

 

3.2. Основные источники поступления отходов ПЭТФ

 

Отходы ПЭТФ образуются на всех стадиях процесса переработки сырья в изделия: при экструзии, литье, прессовании, вакуум-формовании, выдувании из заготовки. Поэтому отходы ПЭТФ имеют самые разнообразные формы и размеры – от маленьких обрезков до больших компактных кусков или разной конфигурации литников и облоев [47].

После вакуум-формования листовых материалов отходы ПЭТФ в виде листов нестандартных размеров и их обрезков составляют 15-35 %, в отдельных случаях могут достигать 75 % полной производительности экструдера. Удельные показатели образования отходов увеличиваются при уменьшении размера литьевых изделий. При изготовлении преформ объем образующихся отходов составляет, в зависимости от сырья и применяемых технологий, 0,6-0,9 %.

Образование отходов при  изготовлении емкостей из преформ составляет в среднем 0,3 %. Большую часть отходов  ПЭТФ составляют изделия, выбывшие из употребления. Например, товары широкого потребления: упаковка, емкости для жидкостей, композиционные материалы и т. [ 49].

На сегодняшний день отходы из ПЭТФ пластиковых бутылок являются наиболее востребованным вторсырьем. Буквально недавно еще сотни тысяч тонн пластиковых бутылок произведенных из первичного ПЭТФ сырья «закапывались» в землю и сжигались, при этом нанося непоправимый удар по экологии. Ведь пластиковая бутылка ПЭТФ не разлагается.

К сожалению, нормальные механизмы  по сбору и переработке пластиковых  бутылок (ПЭТ, ПЭТФ) в местах сбора  мусора и на городских свалках  далеки от совершенства. Не хватает  заводов по переработке отходов. А ручная переработка не всегда организуется, так как нерентабельна [45].

Небольшой город, в пределах 100 000 населения, ежемесячно выбрасывает около 20 тонн пластиковых бутылок (ПЭТ, ПЭТФ). И  с каждым годом, объем отходов  из ПЭТФ пластиковой бутылки растет на 20%. И если бы не вторичная переработка – страну ждала бы экологическая катастрофа.

В развитых странах мира сбор и  сортировка бытовых отходов поставлена на качественно другой уровень. И  отходы из пластиковых бутылок наиболее ценное и имеющее огромный спрос вторсырье [43].

Ручной труд для сбора и обработки пластиковой ПЭТФ-бутылки малооплачиваем, и нерентабелен. И перерабатывающие предприятия, которые заинтересованы в получении готовых прессованных в брикеты пластиковых бутылок, вынуждены с достаточно большим трудом находить поставщиков вторсырья. В результате, часто не в состоянии загрузить производство по переработке пластиковой бутылки на полную мощность [42].

Благодаря современным линиям переработки, из отходов пластиковой бутылки  получается отличное сырье для производства любой продукции. Из вторичного ПЭТФ гранулята можно производить ту же самую пластиковую бутылку. Также вторичный ПЭТФ гранулят идет на производство другого огромного количества изделий: пленки, шпагата, щеток, пластиковой тары и т.д.

Принцип переработки пластиковой  бутылки «бутылка в бутылку» давно  используется во многих странах, тем  самым, спасая окружающую среду и  создавая цикличное экономичное  и безотходное производство. Во всех этих странах производящие и перерабатывающие пластиковую бутылку и другие ПЭТФ отходы предприятия, пользуются всесторонней поддержкой государства [35].

Огромные запасы пластиковой бутылки, ПЭТФ отходов, сотни тысяч тонн, до сих пор лежат на свалках. И это несмотря на то, что спрос на продукцию из вторичного ПЭТФ растет очень быстро. А созданные производства вынуждены работать наполовину своей мощности.

Если подсчитать количество пластиковых  бутылок и отходов ПЭТФ пропадающих на свалках, то количество этих отходов хватило бы на все существующие перерабатывающие предприятия, и еще как минимум в десять раз больше! Но пока существует проблема и дефицит сырья даже для существующих производств [34].

Единственный пока выход – это решать вопрос по обеспечению крупных свалок необходимым количеством мусороперерабатывающих заводов.

 

3.3. Сбор и подготовка отходов ПЭТФ к переработке

 

В решении вопроса организации  сбора и подготовки промышленные отходы ПЭТФ занимают преимущественное положение, т. к. они являются отходами компактных источников, легко поддаются селективному сбору, не требуют сортировки и их подготовка и переработка может быть осуществлена достаточно легко. Производственные отходы в компактных источниках практически не содержат поверхностные загрязнения и являются однородными по составу продуктом. В то же время основная масса бытовых отходов требует очистки от загрязнений. Сбором и заготовкой отходов ПЭТФ занимаются в основном предприятия отрасли вторичных ресурсов, а также коммунального хозяйства. Основной объем вторичного ПЭТФ заготавливается в компактных источниках образования, т. е. на промышленных предприятиях, где образуются производственные отходы в процессе литья изделий (в основном преформ) и при изготовлении емкостей путем раздува. Сбор выбывших из употребления изделий и упаковки  производится через приемные пункты вторичного сырья, а также и путем раздельного сбора в местах образования.

Выделение отходов ПЭТФ из бытового мусора сложно и экономически нецелесообразно при существующих системах санитарной очистки городов и населенных пунктов. Заготовка вторичного ПЭТФ (в основном бутылок из-под напитков) через сети приемных пунктов экономически малоэффективна, о чем свидетельствуют расчеты, а также низкая заготовительная стоимость бутылки, не стимулирующая население к сдаче вторичного сырья.

Наиболее эффективен раздельный сбор выбывших из употребления изделий  из ПЭТФ. Этот метод получил широкое распространение за рубежом и начинает развиваться на Украине. В некоторых городах есть удачный опыт раздельного сбора бытовых отходов: сортировкой ПЭТФ-бутылок занимаются дворники по договору с заготовителями. Такой способ заготовки, видимо, наиболее перспективен в украинских условиях, т. к. обеспечивает достаточную чистоту собранного материала (с бутылок снимаются крышки, кольца и этикетка).

На Украине сортировку ПЭТФ-бутылок проводят в приемных пунктах и на мусоросортировочных заводах, а также на свалках, привлекая для этой работы бомжей. Как показывает опыт работы мусоросортировочных заводов, оператор из общего потока поступающего мусора может только отсортировать ПЭТФ-бутылки. Снимать крышки, кольца и этикетки оператор на сортировочном конвейере не в состоянии. Основное внимание уделяется сортировке по цвету. Идентификация бутылок, как правило, не вызывает затруднений. Все бутылки из-под напитков изготовлены из ПЭТФ, а на бутылках из-под других жидкостей, изготовленных из ПЭТФ, стоит знак «три стрелки» с цифрой «1».

Для более эффективного сбора отходов ПЭТФ нами предложены следующие способы:

1. Сбор на дороге. Население должным образом подготавливает использованную ПЭТФ-бутылку (моет крышку, удаляет отрывную ленту и этикетку), затем помещает бутылку в мусорный бак, стоящий на обочине дороги, который опустошается в тот же день. В последние годы количество людей, использующих данный метод, заметно увеличилось. При использовании такого способа сбора возвращается от 40 до 60% подлежащего переработке материала.

2. Размещение мусорных контейнеров. Сброс бутылок в контейнеры сбора, расположенные в удобных местах. Приблизительно 10-15% продукта, подлежащего переработке, возвращается этим способом. В Италии больше 40 % населения участвуют в этом виде сбора и имеют доступ более чем к 24 500 мусорным бакам. Баки для сбора б/у ПЭТФ-бутылок имеют распространение в Швейцарии (более 12 000), Франции (более 5 000), Великобритании (более 1 500).

3. Возвратная продажа. Размещенные в удобных местах автоматы, принимающие у потребителей использованной ПЭТФ-бутылки и выдающие за них деньги, талоны или карточки. Приблизительно 10-15 % продукта для переработки возвращаются через эту систему сбора. Уровень загрязнений средний (5-10 %).

4. Центры приема тары за деньги. Использованные ПЭТФ-бутылки покупают у потребителей в специально организованных пунктах. Этот метод стимулирует потребителей к возврату продукции для переработки, характеризуется очень низким уровнем загрязнения тары. Приблизительно 20-30 % продукта для переработки возвращается через подобную систему сбора.

5. Задаток при продаже. Бутылки продаются с оплатой задатка, который возвращается при возврате бутылки. Этот метод наиболее распространен в скандинавских странах, Нидерландах, Германии, Швейцарии и Австрии.

Полимерные отходы должны быть рассортированы на четыре цветовые группы: темные цвета (черный, коричневый, темно-коричневый); сине-зеленые цвета (синий, зеленый, голубой, серый, фиолетовый); белый (неокрашенный); другие цвета (красный, оранжевый, желтый, кремовый). Полимерное сырье не должно содержать посторонних  примесей в виде макулатуры, тряпья, металла, дерева, резины, стекла. Собранные бутылки обычно прессуются в кипы для удобства транспортировки, сокращая объемы до 10 раз, и далее отправляются для вторичной переработки. Пакетирование чистых бутылок (без крышек) не вызывает особых вопросов, однако наиболее подходят для этой операции автоматические пакетировочные прессы. У распространенных вертикальных прессов недостаточно большой ход плиты (разрабатывались они для макулатуры), поэтому на формирование пакета из ПЭТФ-бутылок затрачивается больше времени, чем на макулатуру. Среди характерных свойств ПЭТФ – тенденция материала возвращать первоначальную форму после снятия давления. Для ограничения возврата бутылок к первоначальной форме в прессах используют ограничительные «собачки», которые препятствуют сжатой пластмассе двигаться вдоль стенок камеры пресса.