Утилизация пластмассовых отходов

Революция в утилизации отходов: бактерия, пожирающая пластик

Мэри Халтон Отдел науки, Би-би-си

Media playback is unsupported on your device

Британские ученые открыли «пожиратель пластика»

Ученым удалось усовершенствовать существующий в природе фермент, который способен разлагать некоторые из наиболее распространённых полимеров, загрязняющих окружающую среду.

Наиболее распространенный пластический материал — PET, или полиэтилен, — который используется при производстве бутылок, в течение сотен лет остается неизменным на свалках. Он крайне медленно распадается под воздействием природных факторов.

Модифицированный фермент, получивший обозначение PETase, начинает разлагать этот полимер в течение нескольких дней. Это может привести к революции в деле утилизации пластмассовых отбросов.

Только в Британии в течение года приобретается около 13 миллиардов пластмассовых бутылок, из которых более 3 миллиардов никогда не утилизируются и оказываются на свалках.

Находка на свалке

Первоначально этот фермент был обнаружен в Японии. Он является продуктом жизнедеятельности бактерии Ideonella sakaiensis, которая пожирает полиэтилен PET в качестве основного источника энергии.

Правообладатель иллюстрации David Jones

Японские ученые сообщили в 2016 году, что они обнаружили разновидность этой бактерии на заводе по переработке пластиковых бутылок в портовом городе Сакаи.

«Полимер PET стал появляться в огромных количествах только за последние 50 лет, и это не слишком длительный срок для развития бактерий, которые способны поглощать этот искусственный материал», — говорит профессор Джон Макгиан из Портсмутского университета, который участвовал в исследовании.

PET (полиэтилентерефталат) принадлежит к группе сложных полиэфиров, встречающихся в естественных условиях.

«Они присутствуют в листьях растений, — отмечает профессор. — В течение миллионов лет развились бактерии, которые питаются такими полиэфирами».

Правообладатель иллюстрации David Jones Image caption Полимеры класса PET обычно используются в производстве пластиковых бутылок

Однако обнаружение бактерии, способной перерабатывать именно полиэтилены класса PET, было неожиданностью для биохимиков. Была сформирована международная группа ученых, которые поставили целью определение природы и путей эволюции фермента PETase.

Бактерия пожирает пластик

Биохимики создали трехмерную компьютерную модель фермента, применив мощный рентгеновский лазер.

Разобравшись в молекулярной структуре этого фермента, ученые отметили, что эффективность действия PETase можно улучшить, внеся изменения в его поверхностную структуру.

Правообладатель иллюстрации H Lee Woodcock Image caption Модель молекулы фермента PETase позволила усовершенствовать ее эффективность

Это указывает на то, что встречающийся в природе фермент не оптимизирован, и что существует возможность его улучшения.

«Нас поразило то, что этот фермент еще лучше воздействует на полимеры PEF, чем на полимеры PET», — заявил профессор Макгиан.

Анализ — Дэвид Шукман, отдел науки Би-би-си

В состав группы исследователей в Портсмутском университете входят аспиранты и даже студенты, и когда я побывал в их лаборатории, то не мог не разделить их энтузиазма. Они знают, что изобретение полимера класса PET потребовало больших усилий химиков, и гордятся тем, что им удалось найти способ его ускоренного разложения. Этот полимер используется при производстве миллиардов пластиковых бутылок во всем мире. Нынешнее поколение молодых химиков осознаёт проблему пластикового загрязнения и прилагает все усилия для ее решения.

Однако на пути трансформации этого открытия в практически применимую технологию будет немало препятствий. Во-первых, предстоит разработать способы недорогого производства такого фермента в промышленных масштабах; во-вторых, необходимо получить надежные методы его применения и контроля над его действием.

Утилизация замкнутого цикла

Сложные полиэфиры, получаемые при переработке нефти, широко используются при производстве пластиковых бутылок и одежды. Существующие методы их утилизации основаны на снижении их качества на каждом этапе переработки. Например, пластиковые бутылки сначала превращаются в волокно, используемое в производстве одежды, затем в производстве ковров, после чего они часто заканчивают свой путь на свалке.

Правообладатель иллюстрации Dennis Schroeder/NREL Image caption Измененный фермент PETase в течение нескольких дней разлагает пластиковые отходы — изображение с электронного микроскопа

Фермент PETase обращает этот процесс вспять, превращая сложные полиэфиры в более простые молекулы, которые можно использовать заново.

«Такие молекулы могут использоваться при производстве других полимеров, таким образом исключая из процесса нефть… В этом случае мы создаем замкнутый цикл производства и переработки, что необходимо при полной утилизации», — отмечает профессор Макгиан.

Этот фермент еще далек от промышленного использования. Необходимо ускорить его действие — в настоящее время он требует нескольких дней. В случае промышленного использования утилизация с его помощью должна занимать часы, а не дни.

Но профессор Макгиан надеется, что полученные результаты означают начало крупного сдвига в проблеме утилизации пластиковых отходов.

«В настоящее время остро ощущается потребность уменьшения объемов пластиковых отходов, которые заканчивают свой путь на свалках или попадают в окружающую среду, и если нам удастся применить новые методы, то мы получим решение этой проблемы в будущем», — говорит ученый.

Источник: https://www.bbc.com/russian/features-43796698

Утилизация пластмассовых отходов, оборудование и переработка пластмассы, пластика | 2020

Процесс утилизации пластмассовых отходов зависит от типа материала, который необходимо переработать.

Основные варианты:

• сырье, являющееся «лишним» в ходе производства собственно пластмасс. Как правило, образовавшиеся отходы имеют очень высокое качество и после несложных манипуляций вновь пускаются в производство практически в неизменном виде;
• пластмассовые отходы, получаемые в результате деятельности производственных предприятий, составляют самый большой пласт вторсырья анализируемой группы. Сюда относят: тару, покрышки, части машин и механизмов и пр.
• отходы из пластмассы, получаемые в результате жизнедеятельности общества. Игрушки, посуда, бытовая техника, мелкая и крупная тара и пр.

Таким образом, в процессе утилизации участвуют вторая и третья группы. В связи с отсутствием предприятий по сортировке мусора, процесс переработки в нашей стране крайне затруднителен и часто сводится к простому уничтожению.

Варианты утилизации:

1. сжигание пластмасс на свалках вместе с остальным мусором;
2. захоронение в землю;
3. вывод отходов из общей массы, переработка и «новая» жизнь в качестве изделий из той же пластмассы;
4. сложная обработка (пиролиз) и превращение в топливо.

Оборудование для утилизации пластмасс

Первые два варианта не требуют никакой специальной подготовки, как правило, уничтожение производится вблизи мест скопления отходов.

Для пиролиза необходимы специальные дорогостоящие установки, которые даже при хорошем раскладе, окупаются, минимум за 3 года. Далеко не каждая организация может себе их позволить.

Повторная переработка, как правило, не требует больших вливаний, поскольку процесс происходит на том же оборудовании, что и выпуск первичных изделий. Главный стоп – отсутствие заводов или хотя бы небольших сортировочных пунктов.

Переработка пластмассы, пластика

Как правило пластиковый мусор очищается от примесей, режется в крошку, переплавляется и гранулируется.

Отдельные виды пластиковых отходов используются строго в рамках своего профиля, например ПЭТ бутылки — очищаются от этикеток и клея, перемалываются в относительно крупную фракцию, далее переплавляются и из полученной массы снова делаются бутылки.

Важно: об утилизации отходов.

Перерабатывать пластик, пластмассу гораздо эффективнее, чем хоронить данное сырьё. Оно очень медленно разлагается, наносит непоправимый экологический ущерб. Однако, при этом свободно для многократной переработки.

Пластиковая плёнка, пакеты, бытовой пластик — очищаются, и под высокой температурой превращаются в гранулы, которые используются для производства новых пластиковых изделий.

С помощью прессования под высокой температурой и добавления специальных составов из пластиковых отходов можно делать черепицу, тротуарную плитку. Как пример — переработка пластика и производство полимерпесчаной черепицы.

Оборудование для переработки пластмассы

Пластик перерабатывают двумя способами – механическим и химическим. Химический используют очень редко из-за дороговизны катализаторов, исходя из этого зачастую пластик перерабатывают механическим путем.

Сам процесс переработки проходит по трём основным стадиям:

• дробление;
• агломерация;
• грануляция.

Чаще всего на переработку в качестве пластмассы поступают, часто и повсеместно использующиеся пластиковые бутылки. Для начала они проходят сортировку, удаляются крышки, этикетки и иногда сортируются по цвету.

Потом сортированный пластик поступает в ножевую дробилку где измельчается (стадия дробления), а после, в емкости для мойки, пластиковая крошка промывается раствором каустической соды, до полной очистки от остатков клея, и направляется в сушилку. Сушка проводится при температуре +1300С.

Очень важно хорошо высушить полученную массу, так как наличие остатков влаги влияет на качество вторичной пластмассы.

На стадии агломерации сухая пластиковая крошка спекается в агломерат -небольшие комочки. Агломерация происходит в экструдере – аппарат, предназначенный размягчать пластмассы с последующим продавливанием пластичной массы через формующую головку. Экструдеры могут быть:

• одношнековый или червячный;
• двухшнековые;
• многошнековые.
• дисковые (однодисковый, многодисковый).

Выбор типа экструдера зависит от того какими характеристиками обладает перерабатываемая пластиковая масса и что будет производиться из полученного агломерата. На этапе агломерации полученный пластиковый агломерат возможно пускать в реализацию. Но для улучшения качества сырья рекомендуется использовать третью стадию грануляции.

В грануляторе агломерат смешивается с различными добавками и красителями, что улучшает качество переработанной пластмассы. На выходе получаются пластиковые гранулы готовые к дальнейшему использованию в производстве пленок, пакетов, мешков для мусора, в производстве деталей строительного назначения и прочее. В зависимости от типа перерабатываемого пластика различают грануляторы для переработки:

• ПВХ (поливинлхлорид);
• ПП (полипропилен);
• ПЭ (полиэтилен);
• ПС (полистирол).

Линия по переработке пластика

Первым этапом переработки пластика является его сортировка. Инфракрасные датчики выявляют чужеродные вкрапления и удаляют их из массы сжатым воздухом. Тогда свободный от посторонних частиц пластик оказывается в специальных контейнерах для дальнейшей переработки.

После этого начинается измельчение сырья с помощью дробильных установок, которые работают на гидравлическом прессе и роторе с острыми лопастями, после чего полученная масса отправляется на просеивание в сито с определенным количеством ячеек.

Третьим этапом происходит процедура промывания пластика раствором каустической соды, после чего продукт тщательно просушивается при температуре в 130 градусов.

После проведения последней манипуляции пластик считается полностью готовым к вторичному использованию. Некоторые фабрики для удобства переплавляют пластик в гранулы, а затем в брикеты для обеспечения оптимальных условий при транспортировке и хранении.

Таким образом, линия переработки содержит следующие модули:

1. Дробильные установки;
2. Моечные машины;
3. Сушилки;
4. Центрифуги;
5. Агломераторы и грануляторы.

Виды переработки пластика

• Если сырье находится в текучем виде, используется экструзия/ литье под давлением/ прессование;
• Материал находится в эластичном состоянии: горячая штамповка/ пневмоформирование/ вакуумное формирование;
• Твердое состояние: штамповка или прокатка.

Особенности переработки пластика

При переработке разноцветного пластика вместе, в дальнейшем невозможно будет получить прозрачный конечный продукт обработки.

Время от времени попадаются материалы, в частности, бутылки, которые изготовлены из двух материалов — ПЭТ и ПВХ, в таком случае, при переработке, ПВХ растворит ПЭТ.

Попадание металлов в техническое оборудование категорически противопоказано, так как они приносят ему сильный вред.

Источник: https://adne.info/utilizaciya-plastmass/