Шевцова Анастасія Олександрівна
ФГАОУ ВПО «Сибірський федеральний університет»
аспірантка 1 року навчання Політехнічного інституту

Shevtsova Anastasia Аleksandrovna
Siberian Federal University
postgraduate student of Polytechnic Institute

Бібліографічна посилання на цю статтю:
Шевцова А.А. Утилізація виробів із пластику // Сучасні наукові дослідження та інновації. 2016. № 1 [Електронний ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/01/62753 (дата звернення: 25.03.2019).

Пластикові відходи, з одного боку, є забруднювачі навколишнього середовища, а з іншого - є цінними ресурсами, потенційно придатними для вторинного використання та переробки. Слід зазначити, що ринок відчуває дефіцит полімерної сировини, так як обсяг споживання пластмас щодня зростає. У зв'язку з цим проблема безконтрольного і нераціонального поводження з відходами стоїть особливо гостро.

Класифікувати відходи термопластичних пластмас можна наступним чином:

• технологічні відходи виробництва, що утворюються при синтезі і переробці пластмас і складові від 5 до 35% (мас.);
  

• відходи виробничого споживання, що накопичуються в результаті виходу з ладу виробів з полімерних матеріалів, використовуваних в різних галузях економіки (деталі машин, тара, відходи плівкових матеріалів сільськогосподарського призначення та ін.);

• відходи громадського споживання, що накопичуються на звалищах в результаті морального або фізичного зносу полімерних деталей або виробів, в яких вони використовувалися. До таких відходів відносяться: одноразовий посуд; плівкова упаковка; пластикові бутилки; що були у використанні пластмасові вироби; корпусу побутової техніки. [1, с.280]

Серед основних напрямків утилізації відходів пластмас знайшли застосування:

• переробка відходів в полімерну сировину і повторне його використання;
  

• спалювання разом з побутовими відходами;
  

• піроліз і отримання рідкого і газоподібного палива;

• поховання на полігонах і звалищах.

Спалювання відходів є процес окислення під впливом температури, який застосовується з метою скорочення кількості відходів або отримання енергії. Проте спалювання є малоефективним засобом для усунення відходів пластика. Тому застосування цей спосіб знайшов тільки в тих випадках, коли інші з технічних чи економічних причин не можуть бути використані. Крім цього в процесі термодеструкції полімеру утворюються різні токсичні гази, наприклад, аміак, оксиди азоту, хлористий водень, діоксини та ін. Крім цього серед недоліків можна виділити дороге устаткування; неминучість попередньої підготовки відходів до спалювання (сушка, подрібнення); неможливість повністю знищити відходи (залишається зола, шлак і т.д.).

В області переробки відходів великими перспективами володіє піроліз, який являє собою спалювання полімерних відходів в безкисневому середовищі при температурі близько 600 ° С. Тверді речовини в процесі трансформуються в рідину (мазут) і газ, який можна застосувати для отримання теплової енергії. У свою чергу з мазуту можливо отримувати синтетичне паливо, проте, доочищення палива в даному випадку буде занадто складна і трудомістка.

Незважаючи на те, що піроліз володіє безперечними плюсами даний метод включає в себе і ряд недоліків, головним з яких є те, що в процесі піролізу утворюється безліч шкідливих хімічних сполук, які створюють необхідність застосування складних систем фільтрації та очищення. Через високу вартість необхідного обладнання, рентабельність даного методу знижується.

Поховання - це ще один метод
утилізації відходів пластика, який полягає в розміщенні відходів в призначеному місці для зберігання протягом необмеженого терміну. Поховання на полігонах і звалищах в силу своєї щодо невисокій вартості є досить популярним методом ліквідації відходів і для Росії, зокрема. Утилізація таким чином може спричинити за собою прямий збиток навколишньому середовищу і призводить до нераціонального використання природних ресурсів. На полігонах в результаті анаеробного зброджування утворюється «звалища газ» - біогаз, а в надрах полігону може сформуватися токсичний фільтрат. Тому розміщення відходів на звалищах слід вважати вимушеним, але малоперспективним з екологічної точки зору рішенням. Крім цього, поховання відрізняється необхідністю відведення великих площ під полігони; вельми низькою видобування корисних компонентів з відходів (втрачається близько 90% корисної продукції); складнощами при виборі місць поховання; вичерпанням ємностей полігонів з плином часу (необхідність організації нового полігону та рекультивації існуючого). [2, с. 32]

Найскладнішим, але в той же час найбільш раціональним способом є переробка з подальшим повторним використанням за прямим призначенням. Переваги полягають у тому, що можна не тільки домогтися ресурсозберігаючого ефекту, а й значно скоротити навантаження на навколишнє середовище і її компоненти.

У разі якщо є ринок збуту продуктів переробки, здійснені безперервність і регулярність надходження відходів, розроблена економічна технологія їх переробки, а надходять відходи стандартизовані, має сенс створювати спеціалізовані підприємства з переробки відходів. Якщо кількість полімерних відходів невелика, то доцільно передавати їх на переробку підприємству виробнику первинної продукції. [3, с. 322]

Серед недоліків переробки можна відзначити: високу вартість; необхідність сортування; потреба в спеціальному обладнанні.

Теоретичний аналіз літератури дозволив на підставі порівняння існуючих методів поводження з відходами виділити перспективний і в той же час найбільш екологічне спрямування утилізації полімерів: переробка відходів в полімерну сировину і повторне його використання для отримання виробів. За основу був обраний спосіб утилізації відходів пластика методом лиття під тиском і розроблена технологічний ланцюжок утилізації відходів термопластів. В якості основної сировини була прийнята пластикова одноразовий посуд. Варіантом готового виробу розробленої технологічної лінії є полімерний багатооборотний ящик для харчових рідин.

Технологічна лінії виробництва полімерних багатооборотних ящиків для пляшок з харчовими рідинами методом лиття під тиском продуктивністю 622 кг / сут.

Малюнок 1. Схема технологічного ланцюжка

За вихідна сировина прийнята пластикова одноразовий посуд. Посуд доставляється зі складу в виробничий цех ланцюговим (скребковим) конвеєром. Сировина проходить етап подрібнення в ножовий дробарці, а потім за допомогою шнекового транспортера надходить в мийно-сушильний комплекс, де забезпечується початкова суха очистка подрібненої сировини від забруднень. Потім матеріал надходить в агрегат відмивання, де піддається ретельному очищенню. Далі пластик зневоднюється і відправляється в агрегат сушки, де здійснюється посилене висушування. В результаті вже висушене подрібнену сировину шнековим транспортером подається в автоматичну лінію сортування відходів. На даному етапі відбувається автоматичне сортування потоку за типами матеріалу різних полімерів: полістирол, поліпропілен. Далі за допомогою спеціальної системи подачі і системи конвеєрів сипучий лом пластмас розподіляється завдяки блоку визначення на головному транспортері. Згодом проходження детектора, полімерний матеріал здувається потужними ежекторами в відповідний бункер-накопичувач.

Наступним етапом є двохкаскадний екструдер - гранулятор. У першому екструдері здійснюється початкове розплавлення матеріалу, змішання з барвником і поліефірним волокном короткої різання і подальше ущільнення пластівців пластика. В результаті попадання в другій екструдер, через деякий час розплав остаточно пластифицируется і гомогенізується, і потім розплав слід через різак-стренгорез і отримані гранули потрапляють в вузол водяного охолодження. Потім проходячи через влагоотделитель, колектор і вентилятор гранули потрапляють до збірки. Зі збірки по шнековому транспортеру гранульоване сировину надходить в видатковий бункер, де матеріал зберігається і дозується перед надходженням в термопластавтомат. Далі гранульований матеріал надходить в бункер термопластавтомата.

З бункера 2 в нагрівальний циліндр пластикатора 8 гранули зазвичай надходять при кімнатній температурі. Проходячи через кільцевий простір, утворене внутрішньою поверхнею циліндра 8 і зовнішньою поверхнею торпеди 9, гранули розігріваються і виходять у вигляді гомогенізоване розплаву. Через форсунку 10 розплав надходить у форму 1, утримувану в закритому стані гідроциліндром 11. [4, с.224] У порожнині форми відбувається охолодження і затвердіння пластмаси. Форма розмикається, для чого одна з полуформ відсувається, і готовий виріб виштовхується з гнізд.

Малюнок 2. Принципова схема литтєвий машини [4, с.215]

1-форма; 2-бункер; 3-манометр для контролю за тиском уприскування; 4-гідравлічний циліндр вприскування; 5-кінцеві вимикачі, орпеделяющіе обсяг впорскується порції; 6 литтєвий плунжер; 7- апаратура управління окремими параметрами циклу; 8-нагрівальний циліндр; 9-торпеда; 10 форсунка; 11-замикає прес.

Готовий ящик стрічковим конвеєром доставляється до автоматичного пакувальників для вертикальної обв'язки палет. На паллету поміщаються ящики в кількості 10 штук в робочій області машини. Потім за допомогою арки стрічка обертається навколо упаковуваного вантажу, запаює і обрізає бандажну стрічку (стрепп-стрічка). В результаті палети з ящиками забирається вилковим навантажувачем і транспортується на склад готової продукції.

При переробці пластмас відходи утворюються під час попередньої підготовки сировини, основного етапу - лиття під тиском, і завершальних стадій технологічного циклу. Етап попередньої підготовки сировини, наприклад, дроблення і гранулювання, можна описати переважно втратами у вигляді летючих продуктів і пилоподібних фракцій.

На стадії основний переробки пластичних мас утворюються втрати сировини не тільки у вигляді летючих продуктів при деструкції матеріалу в процесі його розігріву, знаходження в в'язкотекучий стані і
формуванні з нього виробів, але і тверді відходи пластмас у вигляді літників при перестановці прес-форм, вихід на режим після холодних простоїв, при чищенні обладнання. [5, с.35]

Тверді відходи виробництва в даному технологічному процесі утворюються переважно при розтарування сировинних компонентів і спеціальних засобів у вигляді порожньої тари. Виробничими відходами також є обрізки пакувальної стрічки і відпрацьовані, зношені прес-форми.

Відповідно до нормативно - правовою базою Російської Федерації при переробці термопластів методом лиття під тиском, зокрема, поліпропілену і полістиролу, нормуються такі забруднюючі речовини, що виділяються в зазначеному технологічному процесі: метанова кислота, вуглець оксид, етенілбензол.

На підставі питомих показників були розраховані максимально - разові і валові викиди забруднюючих речовин, характерні для розробленої технологічної лінії. На основі результатів, отриманих при розрахунку, був проведений розрахунок розсіювання забруднюючих речовин в атмосфері за спеціальною методикою - ОНД-86, яка базується на численних і аналітичних рішеннях основного рівняння турбулентної дифузії домішки.

Джерелом розсіювання була прийнята вентиляційна труба, яка є одиночним джерело забруднюючих речовин. При розрахунку приземних концентрацій враховувалися метеорологічні умови і коефіцієнти, що визначають умови розсіювання забруднюючих речовин в атмосферу міста Красноярська.

Результати розрахунку розсіювання забруднюючих речовин наведені в таблицях. Максимальна приземна концентрація забруднюючої речовини спостерігається на відстані 130,5 метрів від джерела викидів.

Таблиця 1 - Приземні концентрації шкідливих речовин в атмосфері на різних відстанях від джерела викиду без урахування фонових концентрацій, мг / м3

відстань

Забруднююча речовина, мг / м3

Органічні кислоти (в перерахунку на оцтову)

Оксид вуглецю

Етенілбензол (Стирол)

30

0,002497044

0,002910744

0,000598043

50

0,003474566

0,004050218

0,00083216

100

0,005164299

0,0060199

0,001236851

130,5

0,005317351

0,006198309

0,001273507

200

0,004601713

0,005364107

0,001102112

300

0,003559816

0,004149593

0,000852577

400

0,002703012

0,003150837

0,000647372

Таблиця 2 - Приземні концентрації шкідливих речовин в атмосфері на різних відстанях від джерела викиду в частках ГДК без урахування фонових концентрацій

відстань

Забруднююча речовина, ГДК

Органічні кислоти (в перерахунку на оцтову)

Оксид вуглецю

Етенілбензол (Стирол)

30

0,012485219

0,000582149

0,014951069

50

0,017372828

0,000810044

0,020803989

100

0,025821493

0,00120398

0,030921279

130,5

0,026586754

0,001239662

0,03183768

200

0,023008566

0,001072821

0,027552794

300

0,017799079

0,000829919

0,021314425

400

0,01351506

0,000630167

0,016184306

Ступінь небезпеки забруднення атмосферного повітря характеризується найбільшим розрахованим значенням концентрації, відповідним несприятливим (особливо небезпечним) метеорологічним умовам.

Підприємство з переробки пластику відноситься до четвертого класу небезпеки і, отже, санітарно-захисна зона становить 100 м. На підставі проведених розрахунків було виявлено, що санітарно-захисна зона відповідає нормативній, так як концентрації на межі СЗЗ не перевищують ГДК.

Для визначення економічної доцільності даної технологічної лінії також були проведені спеціальні розрахунки. Для виробництва ящиків з пластикових відходів зверніть увагу на таке обладнання:

Таблиця 3 - Необхідне обладнання

устаткування

кількість

скребковий конвеєр

1

Стрічковий конвеєр

1

шнекові транспортери

2

дробарка

1

комплекс

1

Автоматичне сортування відходів пластмас

1

гранулятор моделі

1

Термопластавтомат

1

Автоматичний пакувальник для вертикальної обв'язки палет

1

Видатковий бункер для гранульованих пластмас

2

Відповідно до розрахунків річний випуск продукції склав 75600 шт. / Рік. Розрахунок капітальних вкладень проводився тільки на необхідне обладнання. Капітальні вкладення на пропонований проект технологічної лінії складуть приблизно 5 060 000 рублей. Важливо відзначити, що проектні витрати на основну сировину (пластиковий посуд) були зведені до нуля.

Таблиця 4 - План річної витрати матеріалів

перелік матеріалів

Норма витрати на одиницю продукції

Од. вим.

Уд. норма

1. Основні матеріали Пластиковий посуд

кг / шт.

2,0716

поліестер

кг / шт.

0,10358

пігмент фталоціаніновий

кг / шт.

0,06215

Разом 2. Допоміжні матеріали Кальцинована сода

кг / шт.

0,1657

Дерев'яні палети (піддони)

шт / ед.ізд.

0,1

Поліетиленова стрічка (стрепп - стрічка)

п / м

0,8558

Разом

1,1215

2. Електроенергія

кВт.год / м3

3,8

Разом всього

Разом повна собівартість випуску одного ящика становила приблизно 80 рублів. Прийнята націнка на собівартість одиниці продукції дорівнює 80%, отже, вартість одного ящика становить 144 рубля. Податок на прибуток складає 20%. Планована величина прибутку склала близько 3 724 000 рублів на рік.

Для оцінки ефективності проекту технологічного ланцюжка були використані наступні показники:
чистий дисконтований дохід (NPV), який являє собою н аиболее важливий показником економічної ефективності проекту; індекс прибутковості (DPI), що представляє собою, ставлення дисконтированного результату до дисконтованих капітальних витрат з урахуванням фактора часу. Якщо DPI <1 то програма в межах Т не окупається, якщо DPI> 1, то програма окупається в межах заданого горизонту планування.

Таблиця 5 - Основні економічні показники технологічної лінії утилізації пластикових відходів

показники

проектний варіант

1.Штат трудящих, чол

8

2.Капітальний вкладення, руб.

5 060 000

3.Себестоімость одиниці продукції, руб.

80

4. Чиста поточна вартість (NPV), руб.

6 350 250

5. Індекс прибутковості (DPI)

2,26

6. Дисконтований термін окупності (DPP), рік

1,7

Результати розрахунку показників ефективності дозволяють зробити висновок про економічну доцільність даної технологічної лінії. Технологічна лінія по виготовленню полімерних ящиків дозволить вирішити проблему утилізації відходів, а також:

• здійснити скорочення забруднення навколишнього середовища твердими побутовими відходами;

• здійснити економію природних і енергетичних ресурсів за рахунок максимального залучення відходів в господарський оборот.

Масове! Застосування полімерів в народному господарстві в Першу Черга віклікано комплексом механічніх властівостей самих полімерів и матеріалів, отриманий на їх Основі. Внаслідок стрімкого зростання обсягів споживання утилізація відходів пластмас набуває важліве економічне и екологічне значення. До того ж застосування полімерних відходів полімерів дозволяє вирішити сировинні проблеми, зокрема, скоротити споживання первинних матеріальних ресурсів.

Серед розглянутих і проаналізованих способів поводження з пластиковими відходами, переробка була виділені, як найбільш прийнятні варіант з екологічної точки зору. Однак, слід зауважити, що всі методи утилізації пластику мають достатню кількість недоліків.

При переробці полімерів забруднюючі речовини виділяються як на основній стадії (органічні кислоти, етенілбензол, оксид вуглецю), так і на допоміжних (пил термопластів, зважені частинки при пересипанню порошкоподібних компонентів). Деякі з них є токсичними і відносяться до найвищого класу небезпеки (етенілбензол).

На підставі виконаного розрахунку розсіювання забруднюючих речовин, припустивши, що підприємство буде виробляти переробку пластмас в зоні найвищих фонових концентрацій зазначених забруднювачів для міста Красноярська, доведено, що подібні виробництва можуть працювати у великих промислових містах, так як гігієнічні нормативи не порушуються у силу нетиповість забруднюючих речовин.

За результатами економічної оцінки ефективності та доцільності обраного способу утилізації зроблений можна зробити висновок, що проект технологічної лінії є ефективним, так як індекс прибутковості (ІД)> 1 і чистий дисконтований дохід (ЧДД)> 0, а період окупності становить 1,7 року.

Втім, є і зворотна сторона, пов'язана зі складністю збору та сортування відходів такого типу. Збір і сортування відходів пластмас є найбільш слабкою ланкою в процесі організації переробки як технологічних відходів, так і в ще більшому ступені відходів споживання. Переробка відходів споживання обтяжується їх змішуванням з іншими видами відходів. З цієї причини необхідна організація збору побутових відходів як в місцях їх утворення - наприклад, заклади громадського харчування в разі пластикового одноразового посуду, так і повсюдні пункти прийому вторинної сировини.

Практика вторинної переробки пластику та інших матеріалів в Європі давно реалізована і стала звичною. На жаль, в Росії, подібна практика сортування ще не прийнята, і пройде чимало часу, перш ніж люди стануть дотримуватися правил навіть у разі реалізації екологічної політики щодо поводження з відходами. Тому варто відзначити безперечну важливість формування екологічної культури серед усіх верств населення.

бібліографічний список

1. Бобович Б.Б. Переробка промислових отзодов6 підручник для вузів / Б.Б.Бобовіч, - М .: «СП Интермет Інжиніринг», 1999. - 445 с.
2. Шубова, Л.Я. Технології відходів (Технологічні процеси в сервісі): Підручник / Л.Я. Шубова, М.Є. Ставронскій, Д.В. Шехірев, - Москва: ГОУВПО «МГУС» .- 2006.
3. Бобович, Б.Б. Переробка відходів виробництва і споживання: Довідкове видання 1 / Б.Б.Бобовіч, В.В. Девяткин; під ред. докт. техн. наук, проф. Б. Б. Бобовича. - Москва: «Інтермет Інжиніринг», 2000. -496с.
4. Торнер Р. В. Обладнання заводів з переробки пластмас: / Р.В. Торнер, М.С. А-н - Москва: Видавництво Хімія, 1986. - 400 с, іл.
5. Піскарьов А.А. Нормування витрати пластмас в виробництвах їх переробки. / А.А. Піскарьов - Москва: Хімія, 1989. - 96 с.
6. Кулагіна, Т.А. Теоретичні основи захисту навколишнього середовища: Учеб.пособие / 2-е видання, перероб. и доп. Красноярськ: ІСЦ КДТУ, 2003. 332с.
7. Рециклінг. Сортування відходів, мінералів, скла, пластмаси [Електронний ресурс]: стаття // CSort.- Режим доступу:
8. Житлове і комунальне господарство - 2012. - №8 / 9.- С. 39-42
9. Піроліз пластика і пластмаси // Polimers LLC [Електронний ресурс] .- Режим доступу:
10. Пікнік на узбіччі; Одноразова і пластикова перспектива // Посуд інфо - 2010. - №3.
11. Скло і пластик. Можливості для зростання // Посуд інфо - 2015. - №1.
12. Способи поводження з відходами // Екологічний вісник Росії - 2010. -№6. - С.38-40.
13. Полістирол і поліпропілен: поєдинок пластмас для термостійкої і одноразового посуду // Посуд ІНФО -2008. - №6.- С.58-59.
14. ГОСТ Р 51289-99 Ящики полімерні багатооборотні. Загальні технічні умови. - Введ. 01.01.2000 - Москва: Держстандарт, 2001. - 24 с.
15. ГОСТ Р 51675-2000 Ящики полімерні багатооборотні для пляшок з харчовими рідинами. Технічні умови. - Введ. 01.07.2001 - Москва: Держстандарт, 2001.- 15 с.
16. Основи технології переробки пластмас: підручник для ВНЗ / С.В. Власов [и др.] - 2-е изд., Испр. и доп. - Москва: Хімія, 2004. - 600 с.
17. Ла мантії Ф. (ред.) Вторинна переробка пластмас. / Пер. з англ. під. ред. Г. Е. Заікова - СПб .: Професія, 2006. - 400 с .: іл.
18. Шварц О. Переробка пластмас / О. Шварц, Ф.-В.Ебелінг, Б. Фурт - Санкт-Петербург, Професія, 2005. - 320 с.
19. Брацихін Е.А. Технологія пластичних мас: навч. посібник для технікумів. / Е.А. Брацихін, Е.С. Шульгіна - 3-е изд., Перераб. и доп. - Л .: Хімія, 1982. - 328 с., Іл.
20. Калінчев Е.Л. Устаткування для лиття пластмас під тиском. Розрахунок і конструювання. / Е.Л.Калінчев, Є.І. Калінчев, М.Б. Саковцева - М .: Машинобудування, 1985. - 256 с .: іл.
21. Басов Н.І. Техніка переробки пластмас / Н. І. Басов, В. Брой - М .: Хімія, 1985. - 528 с.
22. Артемов А. В. Розрахункові методи визначення забруднюючих речовин в атмосфері від підприємств з виробництва та переробки полімерних матеріалів: метод. указ. для самост. робота в. Артемов - Єкатеринбург: УГЛТУ, 2013.
23. Питомі показники утворення шкідливих речовин, що виділяються в атмосферу від основних видів технологічного устаткування для підприємств радіоелектронного комплексу: розрахункова методика / - Санкт - Петербург, 2006. - 160 с.
24. Методика проведення інвентаризації викидів забруднюючих речовин в атмосферу для авторемонтних підприємств (розрахунковим методом): методичні вказівки: Москва. - 1998р.
25. Методика розрахунку концентрацій в атомсферном повітрі шкідливих речовин, що містяться у викидах підприємств: ОНД-86, Держкомгідромет: - Введ. 04.08.1986 - Ленінград Гидрометеоиздат. - тисячу дев'ятсот вісімдесят сім.
26. Промислова екологія. Відходи промислового підприємства: метод. вказівки по виконанню курсового проекту [Електронний ресурс] / уклад. Т.А. Кулагіна, Е.Н. Писарєва. - Красноярськ: Сиб. федер. ун-т, 2011. - 44 с.
27. Квашніна І.М. Промислові викиди в атмосферу. Інженерні розрахунки і інвентаризація / І.М.Квашнін.- М .: АВОК-Пресс, 2005 - 390 с.
28. Економіка природокористування. Методичні вказівки по виконанню курсової роботи для спеціальності 330200 (280202) «Інженерний захист навколишнього середовища» / Упоряд. Ж.В. Миронова; ГУЦМ і З, Красноярськ, 2005. - 28 с.

Кількість переглядів публікації: Please wait

Всі статті автора «Шевцова Анастасія Олександрівна»