Утилизация отбросов есть превращение бесполезного в ценные по свойствам товары, и это составляет одно из важных завоеваний современной техники.
Д. Менделеев
Выделение вредных веществ при утилизации отходов.
При сжигании мусора, содержащий отходы пластмасс, выделяется кадмий, свинец, цинк, диоксины. В термометрах и люминесцентных лампах на свалках содержится ртуть; одна пальчиковая батарейка способна загрязнить порядка 20 кв.м. участка грунта и поэтому необходимы мероприятия по сбору, утилизации и переработке использованных батареек, аккумуляторов и других опасных отходов.
Мусоросжигательный завод — переработка твёрдых бытовых отходов методом термического разложения в специальных печах с образованием пепла, шлаков и газов. Использование такого способа утилизации позволяет понизить объём (в кубометрах) бытовых отходов для захоронения на один порядок (в 10 раз меньше).
На мусоросжигательных заводах (МСЗ) используют установки в виде решетчатых вращающихся барабанных печей и печей кипящего слоя, снабженных надежными системами фильтров и газоуловителями. Они весьма дорогостоящие и громоздкие. Но даже при высокоэффективной очистке с применением современного оборудования МСЗ выделяют в окружающую среду высокотоксичные фураны и диоксины — химические соединения, включающие полихлорированные дибензо-n-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ), которые сохраняются в окружающей среде в течение десятков лет и беспрепятственно переносятся по пищевым цепям (водоросли, планктон — рыба — человек; почва — растения — травоядные животные — человек). Эти соединения образуются при сжигании материалов на основе поливинилхлорида (пластиковых бутылок, кукол вроде Барби, линолеума и др.) и прочих хлорсодержащих полимеров. Диоксины на сегодняшний день — один из самых страшных ядов с точки зрения воздействия на организм человека и его иммунную систему. Они вполне справедливо получили название «химический СПИД». Кроме того, дымовые газы МСЗ содержат широкий спектр других вредных соединений, концентрация и токсичность которых в десятки раз выше, чем в газах от сжигания каменного угля.
В зарубежных странах на МСЗ действуют обязательные нормы, регламентирующие содержание тяжелых металлов, дибензофуранов, хлористого и фтористого водорода, диоксина и некоторых других ядовитых веществ в составе отходящих газов, образующихся при сжигании мусора.
Да мы и сами на дачном участке или рядом с ним устраиваем костер, чтобы сжечь всякий ненужный хлам (старые автомобильные покрышки, пластиковые бутылки, полиэтиленовые пакеты), не задумываясь о том, какой ядовитый дым распространяется по округе. А иногда в городе кто-то поджигает контейнеры с мусором, стоящие во дворах, прямо под окнами домов.
Разлагающаяся упаковка.
Бутылки из водорослей способны разлагаться в естественных условиях окружающей среды. Автор изобретения Ари Йонссон.
Сегодня из специальных полимерных материалов изготавливают фото-, био- и водоразлагаемые упаковки. Их общее название — саморазлагающиеся. На свалках такие упаковки под воздействием факторов окружающей среды: солнечного света, влаги, температуры, микроорганизмов почвы — в течение нескольких недель или месяцев деструктируют до низкомолекулярных соединений, не наносящих вреда ни природе, ни здоровью человека. В виде мелких фрагментов они могут быть переработаны бактериями.
Среди тароупаковочных полимерных материалов наиболее распространены полиолефины (ПО), к которым относятся полиэтилен высокого давления или низкой плотности (ПЭВД или ПЭНП), полиэтилен низкого давления или высокой плотности (ПЭНД или ПЭВП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), полипропилен (ПП) и его различные модификации (биаксиально-ориентированная пленка БОПП и др.). Наряду с полиолефинами очень часто применяются полистирольные (ПС) и поливинилхлоридные (ПВХ) пластики. В последние десятилетия к этим традиционным полимерным упаковочным материалам прибавились другие, которые обладают более высокими физико-механическими, прочностными, барьерными свойствами, а также стойкостью к агрессивным средам и повышенной жиростойкостью, что очень важно при упаковке мясных и молочных продуктов. К таким материалам можно отнести, прежде всего, полиамиды алифатической и ароматической структуры (ПА), поликарбонат (ПК), полиэтилентерефталат (ПЭТФ или ПЭТ).
Свойства полимеров.
Замечательные свойства высокомолекулярных соединений объясняются тем, что молекула полимера состоит из низкомолекулярных фрагментов-мономеров, соединенных химическими связями. Число мономерных звеньев в полимере, называемое степенью полимеризации, может принимать очень большие значения — десятки и сотни тысяч, даже до миллиона. Такая молекула полимера, называемая макромолекулой, характеризуется цепным строением, высокой молекулярной массой и гибкостью макромолекулярной цепи. Это и определяет уникальность свойств полимерных упаковочных материалов. Однако со временем в полимерной таре и упаковке при эксплуатации и хранении под воздействием тепла, солнечного света, различных излучений, кислорода, озона, механических воздействий может происходить разрушение макромолекул с разрывом молекулярных цепей.
Такой процесс, называемый деструкцией (распадом) полимера, приводит к образованию продуктов со значительно пониженной молекулярной массой или к образованию низкомолекулярных веществ. В результате полимер стареет, меняются его структура и свойства, что выражается в сокращении срока службы изделий. С таким явлением борются, добавляя ингибиторы старения в процессах синтеза и переработки полимеров.
Деструкция полимеров.
С другой стороны, именно способность макромолекул подвергаться деструкции под воздействием различных факторов и послужила научной основой для создания саморазлагающихся упаковок. (Об изобретении пластиков, способных растворяться в воде или распадаться под действием солнечной радиации, журнал «Наука и жизнь» сообщал в короткой заметке «Как избавиться от пластмасс» — см. № 5, 1971 г., стр. 74. — Прим. ред.)
Оказалось, что прочные ковалентные связи полимерной макромолекулы можно разрушить воздействием энергии, превышающей величину энергии этих связей. Например, с помощью солнечного света. Молекула, поглотившая квант света, становится энергетически «возбужденной». Если энергия возбуждения превышает величину энергии, необходимой для разрыва ковалентной связи, молекула распадается. В результате множества таких «энергетических атак» образуются низкомолекулярные фрагменты, которые в конце концов превращаются в вещества, легко «поедаемые» микроорганизмами почвы.
Однако следует отметить, что при кажущейся простоте этот способ уничтожения использован ной упаковки является дорогостоящим и трудоемким. Дело в том, что большинство полимеров содержат в своей структуре прочные ковалентные связи С-С, С-Н, С-О, С-N, С-Сl, не поглощающие света с длиной волны более 190 нм. А ультрафиолетовые лучи, достигающие поверхности Земли, имеют длину волны от 280 до 400 нм. Способность промышленных полимерных материалов поглощать световые волны с длиной волны более 290 нм объясняется наличием в них примесей либо специально вводимых хромофорных групп, например карбонильных.
В фоторазлагаемых полимерных упаковочных материалах макромолекулярные цепи распадаются на более короткие звенья и сегменты под воздействием солнечных лучей; в биоразлагаемых — при участии ферментов, содержащихся в грибах и бактериях почвы; в водоразлагаемых — благодаря влаге.
Как правило, добавки для получения фоторазлагаемых полимерных материалов синтезировать очень сложно, дорого, и процесс этот весьма трудоемок для промышленного производства. Вот почему работы, проводимые в этом направлении во всем мире еще с 70-х годов прошлого века, получили свое промышленное завершение сравнительно недавно. В настоящее время ряд зарубежных фирм (американских, японских и европейских) выпускают такие упаковки в промышленном масштабе.
История появления саморазлагающихся пластиков.
Одним из первых природных полимеров, на основе и с участием которого стали производить биоразлагаемые упаковочные материалы, был крахмал. Благодаря своей полисахаридной природе он легко подвергается биоразложению, к тому же недорог.
Первые пластики с использованием крахмала (в пределах 10-40%), а также веществ, повышающих адгезию между полимером и крахмалом, получены в Англии еще в 1970-е годы. Выпускаемая из биодеструктируемого ПЭВД пленка под названием Bioplastic широко использовалась в производстве пакетов для упаковки бакалейно-гастрономической продукции. Такая пленка, в отличие от обычного ПЭВД, менее прозрачна из-за наполнения крахмалом. Материал сохраняет свои свойства под воздействием прямых солнечных лучей, воды, но достаточно быстро разрушается под воздействием почвенных бактерий. Скорость разрушения зависит от количества и типа крахмала, его предварительной обработки, наличия других добавок. Использование крахмала снижает стоимость упаковки и отвечает требованиям экологии: качество почвы после разложения такой пленки только улучшается.
В 1990-х годах биоразлагаемые пластики, состоящие уже на 40-70% из крахмала, стали выпускать во всем мире (более 20 000 т в год в США, 5000 т в год в Японии), в том числе и в виде вспененных материалов. Наиболее известные упаковочные полимерные материалы на основе ПЭВД и различных крахмалов — полимерные пленки под торговыми наименованиями Polyclean, Ecostar и Ampacet (производства США и Канады). В них кроме крахмала вводят антиоксиданты для торможения процесса биоразложения при изготовлении упаковки и в течение времени ее эксплуатации.
В России на основе крахмала в конце прошлого века был создан полимерный упаковочный материал Биодем. Он предназначен для пищевой продукции с небольшим сроком хранения, а также для одноразовой посуды. Перерабатывается традиционными для пластмасс методами: литьем под давлением, экструзией, термоформованием. По механическим характеристикам близок к ПЭВД, а по химической стойкости даже превосходит его. Изделия из этого материала хорошо впитывают воду и полное разложение на углекислый газ и воду происходит примерно через 18 месяцев.
Водо и био разлагаемые пластики.
Сегодня крахмал вытесняют другие биоразлагаемые добавки. В США на основе поликапролактона с добавлением необходимого катализатора биодеструкции выпускают биодеструктируемый полимерный упаковочный материал TONE. Он быстро разлагается на открытом воздухе под действием биологических факторов, хорошо совмещается с такими распространенными полимерами, как полиэтилен различного давления, ЛПЭНП, ПП, ПС, ПВХ, ПЭТ, ПК и др. Пленка TONE, производимая из смеси ЛПЭНП и поликапролактона, используется в производстве мешков для сбора городского мусора. Такие мешки разрушаются сразу же после выбрасывания их на свалку благодаря быстрому воздействию микроорганизмов на молекулы капролактона.
Последнее достижение в области биоразлагаемых полимеров — термопласт Biopol на основе сополимера полигидро-ксибутирата (ПГБ) и полигидроксивалерата (ПГВ), получаемого путем ферментации сахарозы. Он хорошо перерабатывается экструзией с раздувом в пленку и бутылочную тару. Саморазлагается достаточно быстро (от 6 до 36 недель) как в аэробных, так и в анаэробных условиях.
Водоразлагаемые упаковки делают из водорастворимых полимеров на основе поливинилового спирта (ПВС), а также сополимеров на основе ПВС и винилацетата (Vinex). Большой популярностью в Европе пользуются полимеры под названием Бланозе. В их основе высокоочищенная натриевая карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). Пленки Бланозе применяют в косметической промышленности, для упаковки лекарств, хлебобулочных изделий, напитков, соусов, замороженных молочных продуктов и других.
На основе полиамидных соединений выпускают материалы Novon. Из Novon 2020 получают вспененный амортизирующий материал в виде частиц размером 3-10 мм для хрупких изделий. После вскрытия такую упаковку можно выбросить в воду или канализацию, где она быстро растворится и исчезнет. Этот материал можно также использовать для изготовления одноразовой посуды, коробок для яиц, оберточных пленок для одежды и текстильных изделий, детских подгузников, гигиенических тампонов и косметических принадлежностей.
Необходимость вторичной переработки пластиков.
Наиболее эффективный способ избавления от использованных упаковок — вторичная переработка. Это выгодно и с экономической, и с экологической точки зрения.
В США, Японии, Канаде процесс переработки вторичного сырья в первосортную продукцию начал реализовываться с середины 80-х годов прошлого века. Там приняты национальные программы с соответствующим государственным финансированием, цель которых — прекратить загрязнение окружающей среды отходами упаковки.
В странах ЕС, принявших в 1994 году Декларацию об отходах упаковки, Европарламентом и Европейским Советом министров (Директива 94/62 ЕС) введен единый закон о стратегии использования отходов упаковки, направленный на предупреждение увеличения твердых бытовых отходов, их вторичную переработку и безопасное уничтожение остатков, не подлежащих переработке.
Мусор на берегу Москва-реки.
Сегодня для внедрения утилизации, или рециклинга, необходимо принять федеральную программу обращения с ТБО, финансируемую хотя бы частично правительством РФ. Нужно провести научные и экономические исследования качества вторичного сырья и определить направления его переработки в изделия; создать необходимую инфраструктуру и подготовить грамотных специалистов; организовать сбор вторсырья и его подготовку к переработке; принять государственные и муниципальные законодательные акты, определяющие правовые нормы переработки; обеспечить финансирование проводимых работ бюджетными, муниципальными и спонсорскими деньгами.
Чтобы уменьшить объем производимого мусора и повысить его долю, идущую на вторичную переработку, нужны скоординированные усилия населения, деловых кругов и правительства.
По материалам журнала «Наука и жизнь».
Добавить комментарий
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.