废旧农膜再利用的发展

郑同鑫 阚丽虹

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

0 引言

我国干旱地区对于农膜的使用较为成熟，农膜的推广也不断提升。无论土地表面覆盖的地膜，还是搭建起来的蔬菜大棚棚膜，随着老化过程最终要被更换。这些废旧农膜实为白色污染，长期不能降解，危害自然环境。近年来，越来越多的人关注塑料白色污染，尤其是废旧农膜对土壤和环境的影响。有研究机构和企业致力于废旧农膜的回收，对于难以清除干净的地膜也不断有创新的方法和机械进行回收，后续环节还包括将回收的废旧农膜进行清洗、再加热、造粒、成型，处理方法日益成熟，更加绿色环保循环的回收处理方法也不断出现。

1 废旧农膜污染状况

被丢弃的废旧棚膜或地膜埋在土壤里对农田、环境造成巨大污染[1]，主要有以下情况：

1）破碎棚膜、地膜残留埋没在土壤中导致水分难以渗透，土壤含水量逐渐下降，土地逐渐干旱难以进行耕种。

2）破碎残留农膜破坏了土壤理化性状，植物发育生长被抑制。由于残留农膜的阻挡，植物难以扎根、向下生长，根部发育受到很大影响。

3）残留埋没在土壤中的农膜处理不干净，农膜碎片随风到处飘扬，白色污染带来巨大隐患。飘扬的废旧农膜会在田间地头、公路、树枝、电线上到处都是，可能造成安全事故。

4）动物对于白色污染没有防范，经常有动物吃下土地里的废旧塑料薄膜，危害动物生命。

废旧农膜的不利影响比较严重，如不及时处理，会产生大量白色污染，因此需要不断发展农膜回收利用技术[2]。

2 分类分拣

分类分拣主要包括两个步骤，第一步是田间地头回收旧棚膜、地膜，第二步是对已经回收集中堆放的废旧农膜进行分类分拣。第一步主要以人工为主，这里详细介绍第二步分类分拣。

集中堆放的废旧农膜中含有各种杂质。大棚农膜回收较为整齐干净，其分拣并不繁琐。但回收堆放的地膜分拣量和难度较大，存在许多杂质土块、石子、木渣、杂草等，需将废旧地膜中的杂质尽可能全部分拣出来，因为废旧地膜中含有的少量杂质会对后续处理过程中机械齿轮等造成危害。

2.1 人工分拣

人工分拣可以将缠绕堆放的地膜中的大小杂质完全分拣出来，分拣干净程度高，是普遍采用的方法。但人工分拣速度慢，机械化程度低，难以达到高效的分拣效果。人工分拣的局限性使得分拣方式需要继续发展。

2.2 振动筛式分拣

将集中堆放含有杂质的废旧农膜破碎分段，装入振动筛中进行振动分拣。通过筛子转动可将废旧农膜中密度大于农膜的杂质，石块、土块等筛到底层，不断漏出振动筛。大密度杂质筛出后，剩余与废旧农膜密度相差不大的杂质通过叉形设备及静电方式挑出，杂草等杂质被分离出来。振动筛式纯机械分拣方式速度快，机械化程度高，可进行大批量分拣，但仍会存在少量杂质破坏后续加工机械。

2.3 振动筛结合人工分拣

振动筛分离出的废旧碎片地膜进入皮带式输送带，被缓慢输送到人工分拣区，此区域输送速度慢，废旧农膜堆叠厚度小几乎处于平铺状态，两侧的工人可通过肉眼观察分拣出其中的杂质。这种半机械化半人工方式一定程度上既提高了分拣速度，又可以保证分拣的干净程度。

3 清洗除水

分拣完毕的废旧农膜进入清洗环节。农膜回收之初覆盖了灰土等，分拣环节无法将粘附在农膜表面的灰尘去除，因此接下来需要进行水流搅拌冲洗。废旧农膜被输送到清洗池中，经破碎设备破碎后的农膜的清洗效果会更好。清洗池中安装有搅拌棒等，采用在水流中搅拌、不同方向水压冲洗等方式除去农膜表面灰土等。清洗过程可做到全程机械化，清洗速度快，但粘附在农膜表面的灰土需要大量水才能清洗干净，做好蓄水池水循环重复利用尤其重要。

清洗完毕的废旧农膜被输送入吹风烘干通道，随着含水分较多的废旧农膜进入通道，吹风及加热功能开启，带走废旧农膜中残留的水分。这一过程需要较长通道和时间，以尽可能完全去除农膜中残留的水分。

4 热塑性及再加热造粒

农膜主要为LDPE、HDPE、LLDPE等，其结构分别为支链结构、线型结构、线型短支链结构。农膜的线性结构导致其具有热塑性质，农膜可以反复加热熔化冷却成型。聚乙烯线性微观结构表现为可受热软化具有流动性，类似于将面条下入开水中，这些线性分子链段（面条状）受热软化后可流动，温度降低冷却成型[3]。

图1 受热软化的流动性

图2 废旧农膜的热塑性

经分拣、清洗干净的废旧农膜被输送入高温熔融设备中加热、熔融。熔融后的流动高分子聚合物通入挤出管道，挤出孔拉动聚合物冷却凝固成型。凝固成型的丝状聚乙烯材料经过切粒机截断成颗粒，储存备用。

熔融再加热过程中，混炼机对废旧塑料进行粉碎、混合、着色、低温造粒，不破坏分子链段的结构，不产生熔融流动。混炼完毕，进入喂料机熔融泵进行加热，温度达100℃以上。

图3 熔融过程

5 二次成型应用技术

已制备成型聚合物颗粒装袋，以备开发利用。农业中使用的大棚农膜、地膜等为一次性材料，具有透光性好、化学成分固定的特性。而回收再造聚合物颗粒成分复杂，纯净度降低，透光性差，因此，一般不用于透明薄膜类产品，而是主要应用在有色高分子聚合物中，在有色高分子材料中加入二次成型聚合物颗粒，可降低其成本。

二次成型聚合物颗粒在其他方面的应用也较为广泛，工程类如排水管道PVC、工程塑料、有色塑料展示品等都可加入二次造粒颗粒。此类应用中，对于高分子材料化学成分、透明度、颜色等要求不高。这种方式可以很大程度上降低成本，又不影响使用的效果[4]。

6 反复循环利用技术

废旧农膜通过熔融再造粒开拓了较好的循环利用道路，同时其回收利用方法也在不断创新，如热裂解利用、化学分解等。

6.1 热裂解技术

热分解技术是将原高分子聚合物及废旧塑料分子链进行分解，使其成为低分子状态。热裂解过程如图4所示。

图4 热裂解过程

由图4显示，将分拣清洗干净的废旧农膜塑料进行热裂解，转化为低分子聚合物，可得到化工原料或燃料等。热裂解机理为高聚物大分子转变为低分子量的物质，C-C键和C-H键断裂或断裂聚合形成化工原料、燃料等。机理式如下：

热裂解过程主要有三种反应：①裂解产生单体；②无规则裂解断裂形成低分子物；③消除取代基或官能团产生小分子，伴随有不饱和化合物的生成和聚合物交联乃至结焦。整个热裂解过程较为复杂，高温裂解过程所需能量较高，且会产生一定的有害物质。裂解设备有不同类型，如槽式反应器、管式反应器、螺旋管式反应器、硫化床反应器等，各有优缺点。总体来说，热解技术投资大，研发时间长，还有很多技术性问题亟待解决[1]。

6.2 化学分解技术

化学分解技术指通过水解或醇解将高分子量的废旧农膜塑料降解为低分子量聚合物或单体的方法。化学分解技术能耗低，分离纯度等较好，设备简单。但化学分解技术分解的材料要求干净，混合型废旧农膜塑料部分无法化学降解。化学降解应用产品主要为热塑性聚合物塑料。

7 绿色可降解农膜的发展

不可降解农膜的使用造成严重的土壤污染和白色污染，后续回收再加工或热分解、化学分解会消耗大量能源，同时产生污染。可降解农膜技术为农膜发展提供了新的革新平台。可降解农膜分为三大类：光降解农膜、微生物降解农膜、光-微生物降解农膜[5-6]。

近年来，农膜使用回收处理逐渐改善，通过综合降解提高了农膜的降解效率。未来可降解农膜技术的提高将逐渐取代农膜的二次造粒成型、热裂解、化学分解等。