造粒方法對造粒塑料的影響

造粒方法對造粒塑料的影響

隨著塑料廠的蓬勃發(fā)展，廢塑料污染日益突出。據(jù)環(huán)境保護(hù)部統(tǒng)計(jì),2011年我國僅一次性塑料飯盒及各種泡沫包裝的產(chǎn)生量就高達(dá)9500萬t,報(bào)廢家電、汽車廢舊塑料6500萬t,再加上其他廢棄塑料,總量近2億t。目前,在城市廢塑料處理方面,主要采用填埋、焚燒和回收再利用3種方式。然而,填埋和焚燒不僅浪費(fèi)資源,而且容易造成土壤、水體及大氣污染問題?；厥赵倮檬墙鉀Q廢塑料污染和浪費(fèi)問題的有效途徑,2009年我國廢塑料再生利用總量達(dá)17000kt,減少消耗超過30000kt原油,同時(shí)減少同量的垃圾填埋,還間接減少大量的CO2、SO2排放,節(jié)省了大量能耗。當(dāng)前國內(nèi)廢塑料再生利用行業(yè)起步較晚,但進(jìn)展迅速,在廢舊塑料的回收利用技術(shù)、工藝、設(shè)備等諸多方面都取得了一定的進(jìn)展。其中,廢塑料造粒由于其工藝簡單、成本低、投資少,且加工的塑料制品應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn),是目前使用最廣泛的廢塑料主要處理手段之一。現(xiàn)階段,廢塑料造粒行業(yè)所采用的塑料造粒技術(shù)存在著能耗大、利用率低、噪聲大以及固廢二次污染環(huán)境等問題。由于廢塑料造粒固廢的二次污染問題嚴(yán)重,本研究針對廢塑料造粒過程產(chǎn)生的固廢,利用特定物質(zhì)流分析方法系統(tǒng)識別廢塑料造粒過程中固廢的代謝過程以及環(huán)境影響,從源頭削減的清潔生產(chǎn)思想給出固廢減排的建議。1固廢回收過程物質(zhì)流分析方法物質(zhì)流分析是以物質(zhì)守恒定律為基本原則,研究目標(biāo)系統(tǒng)的物質(zhì)輸入、儲存、分解、數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,追蹤物質(zhì)流向。根據(jù)研究對象層次不同,可分為針對特定區(qū)域系統(tǒng)的物質(zhì)流分析以及針對特定物質(zhì)的物質(zhì)流分析。物質(zhì)流分析作為一種理解和刻畫特定物質(zhì)在某一特定系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)狀況的分析工具,主要包含物質(zhì)、過程、庫存與流4個(gè)要素。最初是用來分析經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中自然資源和物質(zhì)的流動(dòng)狀況,后來隨著環(huán)境問題引起人們重視,物質(zhì)流分析開始廣泛應(yīng)用于追蹤經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)各種有害物質(zhì)的流動(dòng)狀況,評估城市和區(qū)域?qū)用娴沫h(huán)境影響分析,分析金屬和營養(yǎng)元素生命周期代謝以及物質(zhì)社會庫存。至今為止,國內(nèi)外已開展了大量物質(zhì)流分析研究工作,主要集中于國家和區(qū)域?qū)用?小尺度的物質(zhì)流分析相對較少。在環(huán)境治理領(lǐng)域,園區(qū)及企業(yè)層面的物質(zhì)流分析是污染物質(zhì)的物質(zhì)平衡分析。物質(zhì)流分析一方面可有效地發(fā)現(xiàn)節(jié)約資源的途徑,另一方面其結(jié)果常作為管理決策的依據(jù)。對于固廢回收處理過程,可通過物質(zhì)流分析剖析企業(yè)工藝過程中固廢的流動(dòng)情況,研究影響污染物產(chǎn)生的主要因素及定量關(guān)系,有助于采取相應(yīng)減排措施以減少企業(yè)污染排放。本研究運(yùn)用針對特定物質(zhì)的物質(zhì)流分析,通過明確研究目的和定義系統(tǒng)邊界、確定代謝拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、量化代謝規(guī)模和強(qiáng)度、結(jié)果解釋并尋求政策含義4個(gè)基本步驟,對廢塑料造粒固廢代謝進(jìn)行工藝全過程中的物料流向分析,研究廢塑料造粒固廢代謝途徑及影響因素,提出相應(yīng)的減排途徑。2廢塑料固粒過程中的物質(zhì)流分析2.1廢塑料造粒固廢過程分析邊界企業(yè)層面上的固廢代謝分析,其研究對象是企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)過程。本研究的主要目的是研究廢塑料造粒過程中固廢的來源、代謝途徑和最終去向,以此確定廢塑料造粒的固廢產(chǎn)生情況及影響因素。因此,本研究的系統(tǒng)邊界是廢塑料造粒整個(gè)工藝流程,其分析邊界見圖1?；趶U塑料造粒的行業(yè)特征以及物質(zhì)流分析理論,給出了環(huán)境圈和經(jīng)濟(jì)圈兩個(gè)模塊,產(chǎn)生基于廢塑料向再生造粒過程的正向流、再生造粒過程的廢棄產(chǎn)品流、部分廢棄產(chǎn)品循環(huán)利用的逆向流。2.2傳統(tǒng)模式的流對企業(yè)“三廢”過程的流場描述,其表現(xiàn)為廢塑料造粒再生一般過程可以分為分選、破碎水洗、熱熔、拉絲切粒4個(gè)階段,主要工藝流程以及“三廢”產(chǎn)生情況見圖2。由圖2整理出廢塑料造粒固廢代謝拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖見圖3。由圖3可知,包括4類節(jié)點(diǎn)以及5類流。在節(jié)點(diǎn)方面,廢塑料、活性炭及濾網(wǎng)是企業(yè)固體的輸入源,以C表示;在廢塑料造粒過程中對廢塑料加工過程的節(jié)點(diǎn),以P表示;對廢塑料造粒生產(chǎn)中“三廢”處理過程的節(jié)點(diǎn),以F表示;對加工過程中產(chǎn)生的最終廢棄物,以O(shè)表示。在流方面,通過原料的形式進(jìn)入企業(yè)的流(進(jìn)入系統(tǒng)固體流)以j表示;在企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)過程形式進(jìn)行的流(系統(tǒng)內(nèi)固體流)以w表示;以循環(huán)的形式廢物再利用的流(回到系統(tǒng)的流)以r表示;以廢氣或廢水逸散的流(附帶流)以f表示;以加工過程中廢棄物產(chǎn)生的流(輸出系統(tǒng)固體流)以g表示。廢塑料造粒過程中主要物質(zhì)流如表1所示。2.3廢塑料的流失率及循環(huán)率廢塑料造粒工藝流程中物質(zhì)流向主要包括進(jìn)入系統(tǒng)固體流、輸入系統(tǒng)固體流、系統(tǒng)內(nèi)固體流、回到系統(tǒng)的流和附帶流,一共5個(gè)流向。在該系統(tǒng)中,假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都不存在系統(tǒng)積累,根據(jù)物質(zhì)守恒,總輸入嚴(yán)格等于總輸出,各進(jìn)入系統(tǒng)固體流總和=各輸出系統(tǒng)固體流+各附帶流-各回到系統(tǒng)的流平衡方程如下:在廢塑料造粒工藝過程中,以原料或產(chǎn)品形式輸入的廢塑料,除了部分循環(huán)回系統(tǒng)中,剩余通過加工產(chǎn)生的廢氣廢水排出,廢塑料的流失率(表述流失量,故沒有計(jì)算g9)及循環(huán)率為:流失率=流失量/投入量=式中:i為各類流的序號。廢塑料的流失率體現(xiàn)其廢塑料原料利用以及二次固廢污染的情況,說明廢塑料造粒再生工藝過程的清潔生產(chǎn)程度。循環(huán)率則是固廢產(chǎn)生后重新回流到系統(tǒng)內(nèi)的指標(biāo),從末端治理的角度反映整個(gè)再生系統(tǒng)的特性。為了具體分析固廢代謝的物質(zhì)流。筆者以廢塑料固廢代謝拓?fù)鋱D為基礎(chǔ),以部分清遠(yuǎn)市廢塑料造粒企業(yè)為研究對象,取樣16家典型廢塑料造粒再生企業(yè),企業(yè)的固廢代謝以及物質(zhì)流參數(shù)見圖4。取樣的16家企業(yè)2012年約加工廢塑料107568t,產(chǎn)值約為57789萬元。圖4所示為每加工1000t廢塑料產(chǎn)生的平均物質(zhì)流。根據(jù)式(2)以及式(3),計(jì)算出流失率為4.03%、循環(huán)率為19.86%,降低流失率以及提高循環(huán)率是固廢減排的主要途徑。清遠(yuǎn)市廢塑料再生企業(yè)固廢流失比例見表2。3影響廢塑料流失的主要因素有由表1可知,廢塑料造粒過程中物質(zhì)流失的流主要為g1~g5,其中每一個(gè)流的物質(zhì)流失量與其相關(guān)節(jié)點(diǎn)的工藝直接存在著一定的影響關(guān)系,分析如下:(1)流g1的影響節(jié)點(diǎn):C1、P1。C1:廢塑料原料潔凈、單純程度決定夾雜物總量的多寡,從而影響g1。P1:分選工藝完全程度影響g1輸出,分選越完全,g1越大,但后續(xù)輸出流失會減少(g2、g4、g5)。(2)流g2的影響節(jié)點(diǎn):P1。P1:分選完全程度影響g2輸出,分選越完全,P2水洗工序輸出污泥越少。(3)流g3的影響節(jié)點(diǎn):P1、P2、P3、F2、C1。P1、P2:由于不同廢塑料熱熔加工以及其裂解揮發(fā)溫度不一樣,分選、水洗越完全,進(jìn)入熱熔的廢塑料越單純,產(chǎn)生揮發(fā)有機(jī)物越少。P3:熱熔工序溫度控制精密程度,直接關(guān)系廢塑料產(chǎn)生的揮發(fā)物量,超溫情況越嚴(yán)重,w4越大,導(dǎo)致g3變大。F2:廢氣處理工藝選擇直接導(dǎo)致g3產(chǎn)生,部分活性炭吸附替代工藝(光催化)可以完全替代g3的產(chǎn)生。C1:廢塑料種類不同以及含雜成分不同直接導(dǎo)致其熱揮發(fā)性差異,導(dǎo)致w4差異,從而影響g3。(4)流g4的影響節(jié)點(diǎn):P1、C2。P1:分選完全程度影響過濾雜質(zhì)的多寡,分選越完全,g4越少。C2:篩網(wǎng)選用致密程度影響g4雜質(zhì)的過濾量,篩網(wǎng)目數(shù)越高,過濾越完全,g4越多(產(chǎn)品質(zhì)量越高)。(5)流g5的影響節(jié)點(diǎn):P1、C2。g5的工藝影響基本上與g4相同,雜質(zhì)越多、使用篩網(wǎng)量越大,產(chǎn)生廢篩網(wǎng)越多。綜合上述分析,可得出廢塑料的流失途徑與各節(jié)點(diǎn)的關(guān)系(見圖5)。由圖5可知,P1分選工序?qū)α魇в绊懛N類最多,改善分選效果可以減少g2、g3、g4、g5產(chǎn)生;g3流失的影響因素最多,主要是由于廢塑料加熱產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物氣體量的影響因素較多。4節(jié)點(diǎn)工藝改進(jìn)一般地,廢塑料固廢減排遵循“3R”原則,同時(shí)引入清潔生產(chǎn)的思想,減排途徑可以分為3類:工藝源頭替代、末端回用、延程減排。根據(jù)物質(zhì)流分析,廢塑料造粒過程中對廢塑料回收利用效率、廢塑料流失量影響較大的主要節(jié)點(diǎn)有C1廢塑料、C2濾網(wǎng)、P1分選、P2破碎水洗、P3熱熔以及F2廢氣處理。應(yīng)針對上述節(jié)點(diǎn)工藝采取相應(yīng)的減排途徑。其中,由圖4可看出,P1對廢塑料流失影響最大,在固廢減排方面應(yīng)首先對P1工藝進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)。(1)工藝源頭替代工藝源頭替代是指對節(jié)點(diǎn)工藝進(jìn)行替代,使用低廢或者無廢的工藝替代現(xiàn)有工藝,達(dá)到減排的效果。針對C2節(jié)點(diǎn),進(jìn)行模頭改造。改變熱熔過濾工藝,濾芯替代濾網(wǎng),由于每個(gè)濾芯表面積較大,過濾面積大,過濾的雜質(zhì)量比濾網(wǎng)多,所以廢濾芯比廢篩網(wǎng)的產(chǎn)生量有所下降。針對F2節(jié)點(diǎn),進(jìn)行廢氣處理改造———使用光催化替代活性炭吸附處理,完全杜絕了二次污染的問題。(2)末端回用引入新的過程節(jié)點(diǎn),將廢塑料輸出經(jīng)過節(jié)點(diǎn)后回流到系統(tǒng)內(nèi)循環(huán),從而減少固廢排放。針對C2節(jié)點(diǎn),引入真空熱處理工藝:飽和的廢篩網(wǎng)(濾芯)在真空裝置內(nèi)加熱,雜質(zhì)(膠體、泥沙、塑料等)從廢篩網(wǎng)(濾芯)中脫落,廢篩網(wǎng)(濾芯)可以重復(fù)使用。針對F2節(jié)點(diǎn),可進(jìn)行活性炭再生工藝,目前比較成熟的活性炭再生工藝有熱再生法、濕式氧化再生法、溶劑再生法、電化學(xué)再生法等。通過活性炭再生可以大大降低成本,減少固廢排放。(3)延程減排對現(xiàn)有工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行提升,從而減少該節(jié)點(diǎn)以及后續(xù)節(jié)點(diǎn)工序的固廢產(chǎn)生。針對C1節(jié)點(diǎn),進(jìn)行分選工藝改進(jìn),國內(nèi)先進(jìn)的廢舊塑料混合物的分選技術(shù)可分為干法和濕法兩種,通常認(rèn)為濕法比干法更易獲得較高的分選精度。光選、電選、風(fēng)力分選、密度分選、浮選等在廢舊塑料分選方面均得到了不同程度的應(yīng)用。通過改進(jìn)分選技術(shù),不但可以產(chǎn)生高品質(zhì)的產(chǎn)品,還可以減少后續(xù)濾網(wǎng)更換頻率,從而減少固廢產(chǎn)生量。針對P3節(jié)點(diǎn),強(qiáng)化加熱的恒溫控制,利用更加緊密的工藝替代現(xiàn)有較常見的電阻加熱,例如紅外加熱,使溫控更加精確,減少超溫現(xiàn)象,減少不必要的有機(jī)物揮發(fā),從而減少活性炭處理裝置的負(fù)荷,