废旧塑料回收利用现状及问题

汤桂兰，胡彪，康在龙，孟辰晨，张晓雨，张丽琴，冯慧英，孙文鹏

（1.天津子牙环保产业园有限公司，天津301605；2.天津理工大学，天津300384）

1 废旧塑料回收利用紧迫性与必要性

塑料作为化工原料应用，在提供给人们生活便捷的同时，对环境也带来许多危害[1]。随着我国塑料产品的大量使用，废旧塑料也急剧增加，“白色污染”已成为环境保护突出的问题。废旧塑料垃圾被填埋，使生态环境受到严重影响，而且浪费资源，1万t的废旧塑料侵占土地约667 m2[2]。废旧塑料不易降解，自然界没有能消化塑料的细菌和酶。不可降解塑料制品进入土壤，会影响土壤内的物、热的传递和微生物生长，改变土壤特质，污染地下水源。塑料废弃物的焚烧，如聚氯乙烯燃烧产生氯化氢（HCl），ABS、丙烯腈燃烧产生氰化氢（HCN），聚氨酯燃烧产生氰化物，聚碳酸酯燃烧产生光气等有害气体，对生态环境的破坏极大。

据国家环境保护部统计，2011年，我国仅一次性塑料饭盒及各种泡沫包装就高达9 500万t，报废家电、汽车废旧塑料6 500万t，再加上其他废弃塑料，总量已近2亿t，而回收总量仅为1 500万t，回收率不及10%。而日本废旧塑料回收率已达到26%。在我国，废旧塑料回收为环保朝阳产业，发展潜力大，成本低，价格优势突出，经济效益好。针对国内的生产和技术现状，系统地进行技术研究和开发，是废旧塑料回收利用技术的发展方向。废旧塑料的回收和再利用是解决废旧塑料问题的有效方法，是塑料行业持续发展的必由之路。

2 废旧塑料回收现状及问题

随着塑料工业的迅猛发展，废旧塑料的回收利用作为一项节约能源、保护环境的措施，普遍受到重视。尤其是发达国家，对这方面工作起步早，已收到明显的成效，我国有必要借鉴其经验[3]。

2.1 国外回收现状

美国早在20世纪60年代就已开展废旧塑料回收利用的广泛研究[4]。作为世界塑料生产第一大国，目前，回收利用废塑料包装制品占50%，建筑材料占18%，消费品11%，汽车配件5%，电子电气制品3%，其他占13%；按塑料原料品种分，所占比例分别为聚烯烃类占61%，聚氯乙烯（PVC）占 13%，聚苯乙烯（PS）占 10%，聚酯类占11%，其他占5%[6]。

日本是塑料生产第二大国，20世纪80年代，其年均废旧塑料排放量占生产量的46%。可见，废旧塑料的回收已成为日本严重的社会问题。而且日本是能源短缺的国家，所以，对废旧塑料的回收利用一直持积极态度[4]。日本于1997年制定了容器包装回收法规，要求消费者将废物分类，而各省市将之分日回收，再由回收企业进行回收再生以向政府领取营运资金。日本国内垃圾都被分门别类，放进透明袋，在指定日由回收公司到指定地点取回处理，送到工厂；而塑料瓶将被加工成衣架、垃圾箱等日常用品，相当实用[5]。

2000年欧盟有8个国家回收了超过50%的包装用废塑料，他们是荷兰、瑞士、丹麦、挪威、德国、瑞典、奥地利和比利时[6]。据“欧洲塑料制造商协会（APME）”统计，欧盟2006年回收利用废塑料约1 220万t，占总量的43%。欧盟委员会于2006年9月强行通过一项法案，以提高回收塑料包装废弃物的目标比例。新法案把原先确定的回收15%塑料包装废弃物的目标提高至22.5%[5]。对于塑料原料的回收再利用，欧洲委员会建议达到的目标是100%[3]。在整个欧洲大陆，以瑞士的塑瓶回收最为成功，回收率已达8成以上[3]。英国塑料制品的年回收量逐年增加[7]，1995年英国塑料回收总量仅为11.25万t，2001年塑料回收总量增加到29.5万t，塑料回收增加率年均达到了23.2%[3]。意大利的废塑料约占城市固体废弃物的4%，其回收率可达28%[7]。除上述国家外，法国、德国、奥地利、荷兰等国家在废旧塑料的回收利用方面也取得了较好的成果。

上述发达国家在推行废弃塑料回收再生时，一方面通过立法明文规定企业、个人的行为，另一方面则通过社会宣传活动，提高公众对环保和回收利用的意识。

2.2 国内回收现状

我国塑料原料十分短缺，进口量大，与此同时，废旧塑料回收利用率却很低。废塑料处理和回收有利于解决我国塑料工业原料紧张和环境污染问题[8]。2008年，我国塑料消费总量达5 194.4万t，居世界第二位。同年，国内废弃塑料回收量约 900万t，回收率约22%；进口废塑料 707万t，回收总量达1 600万t。我国已成为全球最大的再生塑料市场。在国内，我国废塑料回收网点已遍布全国各地，形成了一批较大规模的再生塑料回收交易市场和加工集散地[7]。从事再生塑料回收利用及加工的企业和人员数量庞大且稳定增长，主要是以个体户和农民为主，也有一些其他行业投资商[7]。《中华人民共和国塑料包装制品回收标志（GB/T 16288-1996）》对塑料包装制品的回收标志做了明确规定，标准中做了界定的回收塑料品种包括聚酯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和其他[8]。

2.3 我国废旧塑料回收问题

2.3.1 回收利用量不足

2003年，我国的塑料制品产量达到1 651万t，如果算上小型企业，保守估计超过2 500万t，2012年又保持了强劲增长的势头。若按塑料制品中有20%为可回收塑料计算，则我国可回收塑料废弃物每年约有400～500万t，而这还不包括企业生产中产生的边脚料和没使用过的残次塑料制品。《再生资源回收利用“十五”规划》中提出，到2005年国内要达到回收废旧塑料500～600万t，然而，我国2003年回收的废旧塑料却只有 200 万 t[9]。

2.3.2 回收政策不健全

废塑料回收利用可有效减少能源消耗和环境污染，但目前我国在宏观层面还没有对废塑料回收利用行业发展的综合规划，中国塑料工业协会再生塑料专业委员会2004年成立，目前有专业经验的专家、学者还比较缺少，很难对行业发展做出全面的规划；各级政府很少有对废弃塑料回收利用行业和再加工企业扶持的具体政策；缺乏废塑料分类技术规范。社会对废塑料行业缺少理性认识，一些政府部门与广大民众将再生塑料制品看作劣质产品，很大程度上制约了废塑料回收再生行业的发展[9]。

2.3.3 回收管理归属不明确

目前，全国至少有2 000多万人从事个体废品收购，规范和管理好这支队伍是回收工作的重点之一。据了解，目前废塑料行业由环境保护部、国家发改委、商务部、海关总署和质检总局等共同管理。因为行业归口不明确，致使缺乏行业指导、技术规范。所以应尽早确立归口部门，将生活垃圾分类回收工作与之密切结合，从而建立起全社会的回收体系[9]。

2.3.4 回收存在质量及环境破坏问题

废旧塑料回收利用行业进入门槛低，技术含量低。许多地方出现作坊式废旧塑料回收加工点，生产设备落后，从业人员技术匮乏，其结果是产品技术含量低，质量不稳定。在包装废物中的纸类、金属类和塑料瓶等已经得到了较为广泛和自发的回收利用，但回收利用价值不大的塑料包装袋没有得到较好回收，进而对环境造成污染。除此以外，因缺乏有效领导和协调，一些回收企业的污水未进行处理就地排放，地下水质受到影响[12]。

3 废旧塑料利用现状及问题

3.1 废旧塑料利用技术发展现状

回收后的废旧塑料，需要经过不同的技术处理实现塑料制品或材料的再利用。根据处理的种类不同，可以将现有的废旧塑料利用技术分为两大类：单品类塑料聚合物处理技术和多品类塑料聚合物综合利用技术。单一塑料聚合物处理技术是指根据不同种类的塑料如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）等制定不同的加工处理工艺，单独进行回收再利用。其中包括简单再生技术、物理改性技术等。多品类塑胶聚合物综合利用技术是指针对于成分复杂不易分离塑料制品，或者混合后处理效果好的塑料制品，同时进行综合处理，从而实现综合效益最大化的处理方法。其中包括热能燃料利用技术、化学改性和裂解技术。

3.1.1 简单再生技术

简单再生法指不经改性将废旧塑料经过分选、清洗、破碎、熔融、造粒后直接用于成型加工的回收方法。简单再生技术工艺简单，成本低，投资少，所加工的塑料制品应用广泛[9]。但是简单再生法不适合制作高档次的塑料制品，其应用面受到一定的限制。早在20世纪70年代，该技术就在江浙一带应用，如将废软聚氨酯泡沫塑料按一定的尺寸要求破碎后，用作包装容器的缓冲填料和地毯衬里料；或将废旧的聚氯乙烯制品经破碎及直接挤出后用于建筑物中的电线护管。

硬质PVC塑料主要采用重新造粒的方法，将经分拣洗净的废旧PVC塑料在双辊炼塑机上混炼，根据废料的来源、质量，加入各种精添加剂，经充分混炼后出片、切粒，过滤挤出制得再生粒料。PVC门窗废料经收集、分选，除去玻璃和金属，清洁、粉碎后可与新料一起，通过共挤出工艺生产再生门窗型材。

回收后的PET塑料先进行分离处理，分离的PET碎料经挤出机挤出造粒制成粒料。PET粒料用途广泛，一是重新制造PET瓶，再生粒料不能用于与食品直接接触场合；二是纺丝制造纤维，用作枕芯、褥子、睡袋、毡等；三是玻纤增强材料，经玻纤增强的再生PET具有较好的耐热性和力学强度，可用来制作汽车零部件。

PE农用薄膜可用于生产再生粒料，PE再生粒料可用于生产农膜，也可用于制造化肥包装袋、垃圾袋、农用再生水管、栅栏、树木支撑、盆、桶、垃圾箱、土工材料等[9]。

3.1.2 改性再生技术

3.1.2.1 物理改性

物理改性主要是指将再生料与其它聚合物或助剂通过机械共混，如增韧、增强、并用、复合活性粒子填充的共混改性，使再生制品的力学性能得到改善或提高，可以做档次较高的再生制品。这类改性再生利用的工艺路线较复杂，有的需要特定的机械设备。

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物理改性包括：（1）填充改性，是指通过添加填充剂使废旧塑料再生利用。此改性方法可以改善回收的废旧塑料的性能，增加制品的收缩性，提高耐热性等。填充改性的实质是使废旧塑料与填充剂混合，从而使混合体系具有所加填充剂的性能。（2）增强改性，可以通过加入玻璃纤维、合成纤维、天然纤维的方法扩大回收塑料的应用范围。回收的热塑性塑料经过纤维增强改性后，其强度、模量大大提高。（3）增韧改性，使用弹性体或共混型热塑性弹性体与回收料共混进行增韧改性。

3.1.2.2 化学改性

回收的废旧塑料，不仅可以通过物理改性的方法扩大其用途，还可以通过化学改性拓宽回收塑料的应用渠道，提高其利用价值。

化学改性包括：（1）氯化改性，氯化改性即对聚烯烃树脂进行氯化制得因含氯量不同而特性各异的氯化聚烯烃。废旧聚烯烃通过氯化可得阻燃、耐油等良好特性，产品具有广泛的应用价值。（2）交联改性，回收的聚烯烃可通过交联大大提高其拉伸性能、耐热性能、耐环境性能、尺寸稳定性能、耐磨性能、耐化学性能等。交联有三种类型：辐射交联、化学交联、有机硅交联。聚合物交联度可通过加交联剂的多少或辐射时间长短来控制。交联度不同，其力学性能也不同。（3）接枝共聚改性，废旧塑料的化学改性还有接枝、嵌段等共聚改性，目前实用性较强的属回收聚丙烯的接枝共聚改性，即用接枝单体通过一定的接枝方法对聚丙烯进行接枝，接枝改性的聚丙烯性能取决于接枝物的含量、接枝链的长度等，其基本性能与聚丙烯相似，但其他性能有很大改变。接枝改性聚丙烯的目的是为了提高聚丙烯与金属、极性塑料、无机填料的粘结性或增容性。

3.1.2.3 物理化学改性

塑料改性的另一种方法，即原位反应挤出工艺的改性与成型。这种方法同时实现化学改性和物理改性，突破了过去的化学改性、物理改性和成型加工之间的界限或不连续化，大幅度地缩短了塑料材料制备和制品生产的周期，也有效地改善了再生塑料的综合力学性能。

3.1.3 燃料热能利用技术

废旧塑料燃烧会产生大量热能，如果加以回收利用将会产生极大的经济效益。废旧塑料发热量高达地33 472～37 656 kJ/kg，比煤高而比重油略低，可以很好地加以利用。表1是废塑料粉、微粉碳燃料、石油燃料的燃烧性能对比。从表1中可以看出，废塑料粉体燃烧热值高，并且不含NOX，SOX，属于理想的燃料资源。

表1 废塑料与其他燃料燃烧试验对比[5]

德国研制的废旧塑料用于高炉喷吹代替油的技术最早应用在不莱梅钢铁公司，废旧塑料的发热量高，有助于高炉煤气热值的提高，而且高炉喷吹废旧塑料的能量利用率高达80%，其中60%是以化学能的形式用来还原铁矿石，所以废旧塑料可燃料化用作高炉喷吹。考虑到塑料成分对高炉冶炼的影响和防止产生有害气体，最好使用不含氯的无毒塑料。另外，从环保角度出发，有害气体二恶英和呋喃剧毒物质的排放量仅为焚烧炉的0.1%～1%，很大程度上降低了环境污染。

热能利用方法省去了废旧塑料前期分选等繁杂工作，可大批量处理废旧塑料和生活垃圾，但设备投资较大、成本较高。因此，目前利用焚烧方法处理废旧塑料的国家还仅限于发达国家和我国局部地区。

3.1.4 裂解单体化技术

裂解废塑料可制备化工原料（乙烯、苯乙烯、焦油等）和液体燃料（汽油、柴油、液化气），国内对此技术的研究推广已有10余年的历史。通常分为热裂解和催化裂解。

3.1.4.1 热裂解

废塑料的分离较为复杂，若将其分类后再裂解，要花费一定的设备投资、能源和时间，回收成本较高。热裂解一般是在反应器中使那些无法分选和污染的废塑料加热到其分解温度（600～900℃）使其分解、吸收、净化得到可利用分解物，主要利用废塑料热裂解温度特性的差异采用分段热裂解分离回收。

各种废塑料都有自己的热裂解温度特性。对常见的废塑料聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯通常进行分段热裂解。通过控制热裂解温度，对废塑料混合物进行分段裂解。如在低温阶段对聚苯乙烯进行热裂解，可回收具有较高价值的苯乙烯单体和轻质燃料油，高温段回收重质燃料油。

3.1.4.2 催化裂解

热裂解反应温度要求高，难以控制。为降低温度、节约成本、提高产率，常使用催化剂催化裂解。废塑料催化裂解制燃料油技术在世界范围内已有成功的先例。我国的北京、西安、广州等城市也建立了一些小规模的废塑料油化工厂。废塑料裂解催化剂的选择是该技术的关键所在，我国在这方面的专利技术较多。表2给出几种塑料裂解条件及主要产物。

表2 几种塑料裂解条件及主要产物[10]

3.2 废旧塑料利用技术存在的问题

3.2.1 直接再生产品性能不稳定

复合再生塑料制品，因各种塑料混入的比率不同及相容性各异而使其制品质量不稳定，性能较差。再生虽然路线简单，但产品质量较差、性质不稳定、易变脆。目前，国内仅用于建筑填料、垃圾袋、雨具等低档产品的生产。

3.2.2 化学及焚烧处理运行成本高、污染严重

因塑料是热值很高的大分子材料，发热量大，易损伤炉子，加上焚烧后产生的气体会促使地球暖化。焚烧后主要产物是二氧化碳和水，但随着塑料品种、焚烧条件的变化，也会产生多环芳烃化合物、酸性化合物、一氧化碳和重金属化合物等有害物质，有些塑料在焚烧时还会释放出二恶英与氯气，这些物质若直接进入大气会污染环境。

4 结语

综上所言，我国在废旧塑料的改性利用方面己取得了一定的进展，但如何更好地利用和开发废旧塑料仍是塑料工业面临的一大研究课题。21世纪乃至未来，环境保护和废弃资源的再生利用水平将是衡量一个国家科学技术水平最重要的标志之一。废旧塑料的回收和改性利用是解决废旧塑料环境污染的有效方法，具有巨大的工业潜力，也是国家目前主要支持的方向之一，是塑料行业持续发展的必由之路。

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