Пластмасови бутилки – екологични проблеми при рециклирането на опаковки
Емисии на вредни вещества при депониране на отпадъци.
При изгаряне на боклук, съдържащ пластмасови отпадъци, се отделят кадмий, олово, цинк и диоксини. Термометрите и флуоресцентните лампи в сметищата съдържат живак; една АА батерия може да замърси около 20 кв.м. почвата и следователно необходимите мерки за събиране, изхвърляне и рециклиране на използвани батерии, акумулатори и други опасни отпадъци.
Инсталация за изгаряне на отпадъци - преработка на твърди битови отпадъци чрез термично разлагане в специални пещи с образуване на пепел, шлака и газове. Използването на този метод на обезвреждане позволява да се намали обемът (в кубични метри) на битовите отпадъци за обезвреждане с един порядък (10 пъти по-малко).
Инсталациите за изгаряне на отпадъци (WIP) използват инсталации под формата на решетъчни въртящи се барабанни пещи и пещи с кипящ слой, оборудвани с надеждни филтърни системи и газови уловители. Те са много скъпи и обемисти. Но дори и с високоефективно пречистване с помощта на модерно оборудване, инсинераторите отделят в околната среда силно токсични фурани и диоксини - химични съединения, включително полихлорирани дибензо-n-диоксини (PCDD) и дибензофурани (PCDF), които остават в околната среда в продължение на десетилетия и се транспортират свободно по хранителни вериги (водорасли, планктон - риба - хора; почва - растения - тревопасни животни - хора). Тези съединения се образуват при изгарянето на материали на основата на поливинилхлорид (пластмасови бутилки, кукли като Барби, линолеум и др.) и др.хлорирани полимери. Днес диоксините са едни от най-страшните отрови по отношение на ефектите върху човешкия организъм и неговата имунна система. Съвсем основателно са получили името "химически СПИН". В допълнение, димните газове MSZ съдържат широк спектър от други вредни съединения, чиято концентрация и токсичност са десет пъти по-високи, отколкото в газовете от изгаряне на въглища.
Да, ние сами запалваме огън в нашата вила или до нея, за да изгорим всички ненужни отпадъци (стари автомобилни гуми, пластмасови бутилки, найлонови торбички), без да мислим какъв отровен дим се разпространява наоколо. И понякога в града някой подпалва контейнери за боклук, стоящи в дворовете, точно под прозорците на къщите.
Разлагаща се опаковка.
Бутилките с водорасли могат да се разлагат в естествени условия на околната среда. Изобретен от Ари Йонсон.
Днес фото-, био- и водоразградимите опаковки се произвеждат от специални полимерни материали. Общото им име е саморазлагащи се. В депата за отпадъци такива опаковки под въздействието на фактори на околната среда: слънчева светлина, влага, температура, почвени микроорганизми се разграждат за няколко седмици или месеци до нискомолекулни съединения, които не вредят нито на природата, нито на човешкото здраве. Под формата на малки фрагменти те могат да бъдат обработени от бактерии.
Полиолефините (PO) са най-често срещаните сред опаковъчните полимерни материали, които включват полиетилен с високо налягане или с ниска плътност (LDPE или LDPE), полиетилен с ниско налягане или с висока плътност (HDPE или HDPE), линеен полиетилен с ниска плътност (LLDPE), полипропилен (PP) и неговите различни модификации (биаксиално ориентиран BOPP филм и др.). Заедно сполиолефините често се използват полистирол (PS) и поливинилхлорид (PVC) пластмаси. През последните десетилетия тези традиционни полимерни опаковъчни материали бяха допълнени от други, които имат по-високи физико-механични, якостни, бариерни свойства, както и устойчивост на агресивни среди и повишена устойчивост на мазнини, което е много важно при опаковането на месни и млечни продукти. Тези материали включват преди всичко полиамиди с алифатна и ароматна структура (PA), поликарбонат (PC), полиетилен терефталат (PET или PET).
Свойства на полимерите.
Забележителните свойства на съединенията с високо молекулно тегло се обясняват с факта, че полимерната молекула се състои от мономерни фрагменти с ниско молекулно тегло, свързани чрез химически връзки. Броят на мономерните единици в полимера, наречен степен на полимеризация, може да приеме много големи стойности - десетки и стотици хиляди, дори до милион. Такава полимерна молекула, наречена макромолекула, се характеризира с верижна структура, високо молекулно тегло и гъвкавост на макромолекулната верига. Това определя уникалността на свойствата на полимерните опаковъчни материали. Въпреки това, с течение на времето, в полимерни контейнери и опаковки по време на работа и съхранение под въздействието на топлина, слънчева светлина, различни лъчения, кислород, озон и механични влияния, макромолекулите могат да бъдат унищожени с прекъсване на молекулярните вериги.
Такъв процес, наречен разграждане (разграждане) на полимера, води до образуване на продукти със значително намалено молекулно тегло или до образуване на нискомолекулни вещества. В резултат на това полимерът старее, структурата и свойствата му се променят, което се изразява в намаляване на експлоатационния живот на продуктите. Това явление се бори чрез добавяне на инхибитори на стареенето в процесите на синтез иобработка на полимери.
разграждане на полимери.
От друга страна, способността на макромолекулите да се разрушават под въздействието на различни фактори послужи като научна основа за създаването на саморазлагащи се опаковки. (Изобретяването на пластмаси, способни да се разтварят във вода или да се разпадат под действието на слънчевата радиация, беше съобщено от списание "Наука и живот" в кратка бележка "Как да се отървем от пластмасите" - вижте № 5, 1971 г., стр. 74. - Прибл. ред.)
Оказа се, че силните ковалентни връзки на полимерна макромолекула могат да бъдат унищожени от действието на енергия, надвишаваща енергията на тези връзки. Например с помощта на слънчева светлина. Молекула, която е абсорбирала квант светлина, става енергийно „възбудена“. Ако енергията на възбуждане надвишава енергията, необходима за прекъсване на ковалентната връзка, молекулата се разпада. В резултат на много такива „енергийни атаки“ се образуват нискомолекулни фрагменти, които в крайна сметка се превръщат в вещества, които лесно се „изяждат“ от почвените микроорганизми.
Все пак трябва да се отбележи, че въпреки привидната си простота, този метод за изхвърляне на използвани опаковки е скъп и отнема време. Факт е, че повечето полимери съдържат в структурата си силни ковалентни връзки C-C, C-H, C-O, C-N, C-Cl, които не абсорбират светлина с дължина на вълната над 190 nm. А ултравиолетовите лъчи, достигащи земната повърхност, имат дължина на вълната от 280 до 400 nm. Способността на индустриалните полимерни материали да абсорбират светлинни вълни с дължина на вълната над 290 nm се обяснява с наличието на примеси или специално въведени хромофорни групи, като карбонилни.
Във фоторазградимите полимерни опаковъчни материали макромолекулните вериги се разпадат на по-къси единици и сегменти, когато са изложени наслънчеви лъчи; в биоразградими - с участието на ензими, съдържащи се в гъбите и почвените бактерии; във водоразтворими - поради влага. По правило добавките за получаване на фоторазградими полимерни материали са много трудни за синтезиране, скъпи и този процес е много трудоемък за промишлено производство. Ето защо работата, извършвана в тази насока по целия свят от 70-те години на миналия век, получи своето индустриално завършване сравнително наскоро. В момента редица чуждестранни фирми (американски, японски и европейски) произвеждат такива опаковки в индустриален мащаб.
История на саморазграждащите се пластмаси.
Един от първите естествени полимери, на базата на които започнаха да се произвеждат биоразградими опаковъчни материали, беше нишестето. Поради своята полизахаридна природа, той е лесно биоразградим и евтин.
Първите пластмаси, използващи нишесте (в рамките на 10-40%), както и вещества, които увеличават адхезията между полимера и нишестето, са получени в Англия през 70-те години на миналия век. Филмът, произведен от биоразградим LDPE, наречен Bioplastic, се използва широко в производството на торбички за опаковане на хранителни стоки и гастрономически продукти. Такъв филм, за разлика от конвенционалния LDPE, е по-малко прозрачен поради пълнене с нишесте. Материалът запазва свойствата си под въздействието на пряка слънчева светлина, вода, но бързо се срутва под въздействието на почвени бактерии. Скоростта на разрушаване зависи от количеството и вида на нишестето, неговата предварителна обработка и наличието на други добавки. Използването на нишесте намалява разходите за опаковане и отговаря на екологичните изисквания: качеството на почвата след разлагането на такъв филм само се подобрява.
През 90-те години биоразградимите пластмаси, вече 40-70%от нишесте, започва да се произвежда по целия свят (повече от 20 000 тона годишно в САЩ, 5000 тона годишно в Япония), включително под формата на пеноматериали. Най-известните опаковъчни полимерни материали на базата на LDPE и различни нишестета са полимерните фолиа с търговските наименования Polyclean, Ecostar и Ampacet (произведени в САЩ и Канада). В допълнение към нишестето, в тях се въвеждат антиоксиданти, които инхибират процеса на биоразграждане по време на производството на опаковката и по време на нейната работа.
В България в края на миналия век на базата на нишесте е създаден полимерен опаковъчен материал Биодем. Предназначен е за хранителни продукти с кратък срок на годност, както и за съдове за еднократна употреба. Обработва се по традиционни пластмасови методи: леене под налягане, екструзия, термоформоване. По механични характеристики се доближава до LDPE и дори го превъзхожда по химическа устойчивост. Продуктите, изработени от този материал, абсорбират водата добре и пълното разграждане на въглероден диоксид и вода настъпва след около 18 месеца.
Вода и биоразградими пластмаси.
Днес нишестето се заменя с други биоразградими добавки. В САЩ на базата на поликапролактон с добавяне на необходимия катализатор за биоразграждане се произвежда биоразградимият полимерен опаковъчен материал TONE. Той се биоразгражда бързо на открито и е добре съвместим с обичайните полимери като LDPE, LLDPE, PP, PS, PVC, PET, PC и др. Фолиото TONE, направено от смес от LLDPE и поликапролактон, се използва при производството на торби за събиране на битови отпадъци. Такива торбички се унищожават веднага след изхвърлянето им на сметище поради бързото действие на микроорганизмите върху молекулите на капролактона.
Най-новото постижение в областтабиоразградими полимери — Biopol термопластичен на базата на съполимер на полихидроксибутират (PHB) и полихидроксивалерат (PHV), получен чрез ферментация на захароза. Той е добре обработен чрез издухано фолио и екструдиране на бутилка. Саморазгражда се сравнително бързо (от 6 до 36 седмици) както при аеробни, така и при анаеробни условия.
Водоразградимите опаковки се изработват от водоразтворими полимери на основата на поливинил алкохол (PVA), както и съполимери на основата на PVA и винил ацетат (Vinex). Blanose полимерите са много популярни в Европа. Те са базирани на високо пречистена натриева карбоксиметилцелулоза (CMC). Фолиата Blanose се използват в козметичната индустрия, за опаковане на лекарства, хлебни изделия, напитки, сосове, замразени млечни продукти и др.
Въз основа на полиамидни съединения се произвеждат материали Novon. Novon 2020 се използва като пенообразен омекотяващ материал под формата на частици с размер 3-10 mm за чупливи продукти. След отваряне такава опаковка може да се изхвърли във вода или канализация, където бързо ще се разтвори и изчезне. Този материал може да се използва и за производство на съдове за еднократна употреба, картонени опаковки за яйца, опаковъчни фолиа за дрехи и текстил, бебешки пелени, дамски тампони и козметика.
Необходимостта от рециклиране на пластмаси.
Най-ефективният начин за изхвърляне на използвани опаковки е рециклирането. Това е полезно както от икономическа, така и от екологична гледна точка. В САЩ, Япония, Канада процесът на преработка на вторични суровини в първокласни продукти започва да се прилага от средата на 80-те години на миналия век. Имат приети национални програми с подходящо публично финансиране, чиято цел е да спратзамърсяване на околната среда с отпадъци от опаковки.
В страните от ЕС, които приеха Декларацията за отпадъците от опаковки през 1994 г., Европейският парламент и Европейският съвет на министрите (Директива 94/62 ЕО) въведоха единен закон за стратегията за използване на отпадъците от опаковки, насочен към предотвратяване на увеличаването на твърдите битови отпадъци, тяхното рециклиране и безопасното унищожаване на нерециклируемите остатъци.
Боклук на брега на река Москва.
Днес, за да се въведе рециклирането или рециклирането, е необходимо да се приеме федерална програма за третиране на твърди отпадъци, финансирана поне частично от правителството на Руската федерация. Необходимо е да се проведат научни и икономически изследвания на качеството на вторичните суровини и да се определят направленията на преработката им в продукти; създаване на необходимата инфраструктура и обучение на компетентни специалисти; организира събирането на вторични суровини и подготовката им за преработка; приема държавни и общински законодателни актове, определящи правните норми за обработка; осигуряват средства за текуща работа с бюджетни, общински и спонсорски средства.
Намаляването на количеството произведени отпадъци и увеличаването на дела им за рециклиране изисква координирани усилия от страна на обществеността, бизнеса и правителствата.