Ocean Yu, Andrew Zao and Alfred Cheung

上一篇綜述聚焦在廢棄塑料熱解前的分揀處理裝備的智能化技術。此綜述會繼續探討廢棄塑料在熱解後的廢水、廢氣等處理工藝及發展方向。
防範廢棄塑料熱解的二次污染風險主要包括二個方面內容 ;防範廢棄塑料在熱解後的廢水、廢氣等污染及創新工程技術。

  1. 防範熱解廢水污染風險的工程技術
    1. 清洗技術
      清洗工藝包括水基清洗無水清洗等兩種, 創新重點是 :開發綠色環保清洗裝備、高效節能降耗清洗技術 以及智能控制和檢測技術。

      1. 水基清洗
        水基清洗是最為常用的廢舊塑料清洗的方法。 水基清洗劑是表面活性劑、 乳化劑、滲透劑等通過潤濕、乳化、滲透、分散、增溶等作用來實現對廢舊塑料碎片表面的油污、油脂等有機物污染的清洗。創新的重點: 為了減少清潔水的使用量,開發環保高效清洗的裝備、清洗技術;、高效能水溶性清洗劑、廢水循環應用技術以及確保外排水質達標。

        1. 山東國一重工環保裝備有限公司1廢舊塑料清洗污水處理設備是根據毛細作用原理,結合陶瓷過濾板技術,自行開發研制的固液分離產品, 由超聲波清洗(包括超聲波發生器、超聲波振板)和酸洗(包括貯酸箱、酸泵、清洗管路)組成聯合清洗系統,不但提高清洗能力,而且實現濾板再生。處理能力> 1 100 kg/m 2h,耗電t<0.5 kWh/h,與傳統圓盤、外濾過濾機比較,節約能耗 80% 以上。程序自動控制、自動進料、自動清洗、自動保護、液位報警。濾液清澈,可反復利用,減少排放,節約水資源。
        2. 東莞市賽柯機械有限公司2新一代高效、節水型清洗設備,循環清洗水槽是采用兩組滾筒做為動力,整機呈橢圓形,行程約 15 m。物料被送入循環清洗水槽後,將在水槽內循環流動漂洗,並通過兩個滾筒的強烈摩擦,底部設計有篩網與排水口, 泥沙將會沉入底部,清洗完成後,通過調節鏈條式挖料機將清洗好的料送入擠幹脫水機中。
        3. 廣州聯冠機械有限公司3破碎 — 清洗 — 幹燥一體化水基清洗生產線, 清洗從破碎階段開始(帶水破碎),經螺旋、磨擦清洗機、漂洗池等。
        4. 新疆阿克蘇雙利塑料制品有限責任公司4自行設計、研制、開發、制造的年處理能力 300~6 000 t 的 PE 農膜再生塑料資源生產線,解決了國內外在回收加工處理厚度 0.008 mm 廢棄地膜的六大技術難題。
      2. 超聲波水清洗技術
        超聲波清洗的原理:超聲發射器向盛有廢舊塑料的清洗槽輻射超聲波,並產生空化,由空化氣泡運動產生的微沖擊流或由氣泡崩塌產生的高強度沖擊波,作用於附著在塑料碎片表面上的污垢,一方面破壞污物與塑料碎片表面的吸附,另一方面能引起汙物層的疲勞破壞而被駁離,加速可溶性汙物的溶解,強化化學清洗劑的清洗作用,從而達到清洗的目的,速度快、質量高、易於實現自動化。超聲波清洗不需摩擦清洗結構。

        1. 江蘇飛鴿友聯機械有限公司5 廢棄PET瓶片超聲波清洗回收生產線, 整個系統配置包括分離單元, 標簽剝離, 破碎清洗以及幹燥單元等, 處理後濕度 ≤ 1.5%、 PVC ≤ 2.0×10 -4、 金屬 ≤ 2.0×10 -4、PE ≤ 2.4×10 -4 和 PP, 生產產量包括 : 300 kg/h、500 kg/h、 1 000 kg/h、 2 000 kg/h 等,可定制。
      3. PET 瓶 — 瓶超級潔凈化水清洗
        廢棄 PET 瓶 — 瓶循環利用的技術關鍵是瓶片碎片的超級潔凈化清洗,達到 FDA 食品級標準。清洗技術達不到潔凈化的質量標準,回收的 PET瓶只能用作非食品等級的 rPET,大部分被加工成紡織纖維或者其他應用領域,不能循環利用為 PET 瓶成型原料,降低了使用價值。

        1. 克朗斯公司6開發了特殊的 PET 瓶超級潔凈化清洗技術與設備,生產出高純凈的碎片,即可用作新瓶子的成型加工材料。清洗系統包括洗滌模塊和去汙模塊。
      4. 水基清洗劑
        綠色功能化環保水基清洗劑是環保清潔化清洗的關鍵部分。比如PE 奶瓶破碎以後表面清洗很難,現在也只需加一種專用清洗劑,全部可以達到一級效果。水基清洗劑解決方案的創新要點 :清洗劑中不能含有對操作人員造成傷害的易揮發的有機溶劑,例如苯、酮類,刺激人的皮膚、呼吸道等 ;不產生二次污染 ;清洗劑中不能含有磷等國家明令禁止的富氧成分,以免排放後污染當地的水系 ;能多次循環使用 ;優良的水溶性 ;綠色經濟的性價比 ;廢水後續外排的綠色生化可治理性 ;不破壞被清洗的塑料材質及設備的壽命周期。

        1. 徐州金新貝洗滌劑有限公司7: 功能化 PET 瓶片環保水基清洗劑。
        2. 沈陽市潔威科技有限公司8: 專用於PP編織袋環保油墨清洗劑的創新技術。
          RT-844 是我國自主研發的環保型水溶性的塑料清洗劑,清洗後直接用清水沖洗不產生二次污染。強力滲透乳化,去污速度快,可去除各種廢舊塑料薄膜、塑料袋、編織袋、 PET 瓶等表面的油污、印刷字跡、圖案等污漬。
        3. 廣州再生塑料技術中心9聯合國內大型廢舊塑料回收企業和院校教授開發出針對廢舊塑料表面塑料表面脫漆的海離子清洗劑,有效除掉各種廢舊塑料表面的漆層。
      5. 無水清洗
        無水清洗技術不用水作介質,一般采用空氣作為清洗介質,在無水清洗技術中,把清洗與分離除雜質這一工序結合起來,能有效除去薄膜中的雜質。無水清洗回收設備主要由皮帶上料機、單軸撕碎機、攪拌定量餵料、無水清洗機、高速摩擦清洗機和凈料及幹渣收集等設備組成。無水清洗技術、工藝和設備都處於探索階段。

        1. 日本 EINTECS 技術研究所提出了能對所有的廢舊塑料進行幹法清洗技術。
          • 環保無水清洗回收設備工藝流程 :預處理、清洗、分離。
          • 預處理功能 :破碎、烘幹、去除夾雜物。
          • 清洗:清除塑料碎片上的污垢。 廢塑料無水清洗的清洗介質采用壓縮空氣,高壓空氣去除黏附在碎片上不易去除的污垢。清洗原理:主要是碎片與堅硬物體之間的相互碰撞、摩擦,碎片之間的相互磨擦和研磨等。分離及幹燥。清洗後的潔凈塑料碎片在空氣動力的作用下,從混合物中分離出來,輸入儲料箱。清洗後的塑料碎片需要進行幹燥處理,幹燥通常使用熱風幹燥器或電加熱器進行。
        2. 墨西哥初創企業開發了一種全新無水清洗的塑料回收方法, 能夠回收處理 90% 塑料材料種類的廢 舊塑料,經過處理後能夠得到更高質量的塑料顆粒。
        3. 捷克 Mrac 的 Reoplast 公司10每年利用回收的廢舊薄膜生產薄膜 2 000 t。捷 克 Mrac 的 Reoplast 廢 棄塑料薄膜在線無水清洗造粒 一 體化工程技術方案由 DRD 技 術( doublerotor disk,雙轉盤)幹式清洗機結合一臺清潔離心分離機( cleaning centrifuge)和熱力幹燥機組成不損傷原料性能的無水清洗系統,回收混合料通過進料輸送帶首先輸送到塑料粉碎機,然後通過一個緩沖罐,輸送到無水清洗系統。破碎的廢舊薄膜塑料混合物在圓柱形腔內旋轉,此時不斷輸送熱風,使得塑料因氣流保持懸浮狀態。強大的氣流確保傑出的幹燥效果,可以減少大約 2% 的含水量。與此同時,污物通過篩網分離到除塵設備中。在幹燥、清洗工序之後,粉碎後的薄膜直接被輸送到擠出造粒,供擠出吹膜成型。
        4. LIFE EXTRUCLEAN項目使用超臨界二氧化碳清洗工藝,有效性超過傳統洗滌工藝70%,可以清除86%的污染物。
      6. 廢水治理技術
        廢水是廢塑料回收再生過程中的主要污染源,近年來,一些新型的物化處理技術如光化學氧化,超臨界氧化、超聲波處理技術等,雖然目前還不夠成熟,但其高效的處理效率和環保特性成為廢棄塑料廢水治理創新的方向。

        1. 氣浮廢水治理技術
          1. 浮處理工藝去除破碎混合物的大部分懸浮物
            浮選機對氣浮池中廢舊塑料碎片和水的混合物激烈攪拌,產生強烈的旋渦剪切運動,吸入浮選機的空氣被分散成直徑不等的微氣泡,微氣泡作為載體,黏附水中的懸浮物絮體,懸浮物隨微氣泡一起上升至水面形成浮渣被排出。山東地衛環保科技有限公司11獨立開發的零排放洗塑廢水回用裝置的專利處理設備,設備氣泡發生量大且致密,直徑更加微小,可達到 20μm,吸附力更強。在黏附過程中,微氣泡與絮凝體(浮選藥劑)發生強力結合,懸浮物與水的分離瞬間完成,完全徹底。池底污泥可以間歇性排放。
          2. 生化法廢水治理
            生化法主要是利用微生物的生命活動,對廢水中呈溶解態或膠體狀態的有機污染物進行轉移和轉化,如膜生物反應器、曝氣生物濾池、 CASS工藝、 IC 厭氧工藝、 LINPOR 工藝、 UNITANK 工藝、PACT 工藝、 ECSB 厭氧工藝等,在實際工程中得到良好應用。
        2. 超臨界水法廢水治理
          超臨界水氧化法降解有機物廢水是高標準治理廢水的新工藝技術,出水可達國家一級水質標準。水在超臨界狀態( T ≥ 374 ℃, P ≥ 22.1 MPa)下能與有機組分、氧化劑完全互溶,形成均相體系。超臨界水氧化法以超臨界水作為反應介質,以氧氣或過氧化氫作為氧化劑,通過高溫高壓下的自由基氧化反應,能迅速將各種難降解有機物徹底氧化為 CO2、H2O 及少量無機鹽等無害物質。超臨界水氧化法對含有各類有機物的廢水能快速有效進行高效徹底的處理, 有機物降解率超過 99%, 尤 其適合處理高濃度難降解的有機危廢水,且不產生二噁英、二氧化硫、氮氧化物、細顆粒物等二次污染物。

          1. 天津綠色設計研究院12自主設計建造的超臨界水氧化裝置,處理能力達到 240 t/ 天。該技術已入選由中國科技部、水利部、環境保護部、住房和城鄉建設部聯合發布的《節水治汙水生態修復現今適用技術指導目錄》。
        3. 超聲波法廢水治理
          超聲波對鹵代烴、酚類、醇類、芳香族化合物、農藥以及其他一些難降解有機物表現出很強的破壞力。Christian Petrier13 等研究了五氯苯酚等芳香族化合物的超聲波降解,超聲 50~100 min,五氯苯酚的降解率達到了 100%。其他研究也表明在超聲波作用下,臭氧在水中的溶解度大大增加。
  2. 防範熱解廢氣污染風險的工程技術
    1. 脫鹵技術
      脫鹵技術能有效降低熱解過程中可能產生的在處理過程中的二噁英等廢氣,鹵素很容易形成有毒有害的含鹵化合物,如鹵化氫、鹵代酚、二噁英和呋喃類等,產生二次污染。含鹵化合物一方面污染環境,腐蝕處理設備,增加處理成本 ;另一方面含鹵有機物進入液體和氣體產品中還會造成這些產品的再利用困難。

      1. 日 本 東 芝 公 司14 自 行 研 發 了 TEM37 型 實 驗 用 連 續裂解擠出機。將廢塑料原料經過預處理後,與脫鹵溶劑和添加劑一同加入擠出機,在螺桿的擠壓,混合加熱 過 程 中, 含 鹵 廢 塑 料 被裂 解 處 理, 廢 氣( 鹵 化 氫 )從出口排出。在相同的溫度下,這種新型連續擠出的工藝在 6 min 以內就可以完全分解鹵化物,而傳統的方法一般最短也需要 45 min,最長要 3 h 以上。
      2. 日本松下公司15發明的新型阻燃劑脫除工藝,該方法利用多進料逆流共混擠出機,在塑料物理改性的同時用溶劑法除去混合物的阻燃劑。該種方法使多個工序在擠出機上同時完成,能進行長時間的連續化處理,同時還能分離阻燃劑作其他應用,適用於大規模連續生產。
        目前大多數塑料脫鹵研究仍在試驗階段 ;已工業化應用的脫鹵技術仍存在脫鹵效果不理想、不能完全避免鹵化氫對設備接觸部分的腐蝕。脫鹵對含鹵塑料的物理再生也是必不可少的。在脫鹵的同時,也要考慮鹵素的回收問題,阻燃塑料中的溴含量比海水、鹵水高好幾百倍,是寶貴資源。
    2. 廢氣治理技術
      廢舊塑料熱解過程中,產生固體廢物、廢水的同時也產生了大量的廢氣。例如碳氫化合物、苯等有害廢氣,成分主要有非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯、 VOC 等有害氣體。近年來,一些廢氣治理技術如 UV 光催化氧化、低溫等離子、低溫等離子 —UV 光催化氧化等,都得到應用與推廣。
      廢氣治理標準可參考《空氣汙染物排放和控制手冊》(美國國家環保局)中推薦的廢氣排放系數,其造粒過程非甲烷總烴排放系數為 0.35 kg/t。

      1. UV 光催化氧化法廢氣治理技術
        UV 光催化氧化廢氣治理的原理:利用特制高能紫外燈產生的大量高能光子、活性氧等強氧化性自由基及高效光催化劑體系,在氣相反應和氣固催化反應的協同作用產生的多種活性物質,快速摧毀氧化污染物,能將有害污染物直接分解為水和二氧化碳,能高效去除揮發性有機物、無機物、硫化氫、氨氣、硫醇類等主要污染物,以及各種惡臭味,脫臭效率可達 99% 以上。

        1. 深圳市豐綠環保科技有限公司16運用光氧催化氧化廢氣處理技術對造粒擠出機產生的廢氣進行綠色處理。新型廢氣治理系統工藝原理 :造粒擠出機產生的廢氣經集氣罩收集後,由風管輸送至廢氣預處理裝置噴淋塔,廢氣與自上而下噴淋液充分接觸,通過填料層與噴淋液兩項充分接觸吸收、中和、反應去除其中大部分顆粒汙染物及部分異味,由風機引入二級凈化裝置 UV 高效光解凈化器,運用高能 UV 紫外線光束、臭氧 O3 及納米光催化劑 TiO2 等技術組合對廢氣進行協同分解氧化反應,並與產生的強氧化性物質臭氧在裝置內紫外線催化下,廢氣中難處理的污染物大分子(如苯、甲苯、苯胺等)迅速被裂解、氧化,降解成低分子化合物、水和二氧化碳,從而實現廢氣達標排放。每生產一噸顆粒的廢氣治理費用只增加20元。
      2. 低溫等離子法廢氣治理技術
        低溫等離子法治理的廢氣種類十分的廣泛,基本上只要是含有機物的廢氣都能夠治理,將廢氣中的油脂顆粒物吸附在集塵桶的內壁,氣態的有機物在 1.6萬 V 電壓下高壓變成等離子態的遊離物質,放電過程產生的臭氧對遊離物質具有強氧化性作用,組合形成相對穩定的水和二氧化碳,達到凈化廢氣。低溫等離子法不受氣溫和污染物成分的影響,對惡臭異味的臭氣濃度有良好的分解作用,惡臭異味的去除率達 80%~98%,治理後的氣體臭氣濃度達到國家標準。

        1. 派力迪公司17與復旦大學共同研發成功的擁有自主知識產權的 DDBD 技術采用雙介質阻擋放電( Double Dielectric Barrier Discharge,簡稱 DDBD)形式產生等離子體技術。該技術產生等離子體的密度是其他技術產生等離子體密度的 1500 倍。對汙染物分子的高效分解且處理能耗低,對所有生產環節產生的惡臭異味幾乎都可以處理,並對二惡英有良好的分解效果,惡臭異味的去除率達 80%~98%,部分高濃度廢氣可以通過空氣稀釋後用 DDBD 技術處理,無二次污染,處理後的氣體臭氣濃度達到國家標準。運行費為常用的蓄熱式燃燒爐 RTO 的 1/5~1/8。
        2. 濟南鉑銳凈化設備有限公司18低溫等離子凈化技術處理生產中產生的 VOCs 廢氣,廢氣凈化率高達 90%以上,完全符合《大氣污染物綜合排放標準》中的二級排放標準。
        3. 上海梓昂環保科技有限公司18塑料造粒廠廢氣凈化處理低溫等離子體設備,可以串並聯混合應用,在 -60~+300℃的環境內均可正常運轉,特別是在潮濕,甚至空氣濕度飽和的環境下仍可正常運行,能耗低,僅為 2~5 Wh/m3
      3. 生物 +等離子 +UV 光氧化法廢氣治理
        1. 天門市天道塑化科技有限公司19采用生物洗滌塔 + 等離子 + 光氧化等處理工藝。每臺造粒機生產線廢氣口上方設吸風罩,負壓收集經主風管集中送入廢氣處理系統裝置,集氣罩連接處設有清汙口,主管道設計成法蘭連接型式,以方便拆卸並及時清理內部垃圾,防止管道堵塞,保持通風通順。廢氣先經生物旋流凈化塔,將廢氣中的煙霧(粉塵顆粒物)以及部分油脂進行水洗沈降,使得廢氣中較大顆粒物得以過濾分離。凈化塔水箱內定期投加一定比例生物洗滌液,可對廢氣中部分有機化合物有一定的凈化作用(預處理)。廢氣再經等離子煙氣處理設備,在電場力作用下,霧粒從廢氣中被分離出來,吸附方法在圓管式靜電凈化回收塔體內,在足夠強的電場力推動下,霧粒很快到達樣板圓管壁上,從而達到煙氣處理凈化之目的。最後廢氣再經 UV 紫外線催化氧化設備,分解空氣中的氧分子產生遊離氧,即活性氧,因遊離氧所攜正負電子不平衡所以需與氧分子結合,進而產生臭氧。經綜合治理,造粒車間的廢氣收集率達到 90% 以上,凈化效率達到 85% 以上,達到國家環保標準。
    3. 防止塵埃
      設備塵埃相比無影的廢氣、有聲的噪聲的污染,更嚴重直接損害人員的健康。設備設置全封閉外罩就能達到塵埃治理要求,做到再生塑料處理全程不見物料外露,自動收集及處理封閉罩內部塵埃。

本文探討了防範廢棄塑料在熱解後的廢水、廢氣等污染及創新工程技術,結合全球20多家不同公司或研究機構的成功案例,對防範廢塑料熱解的廢水、廢氣的創新技術和設備進行了梳理,不但大大提高了熱解塑料產業化的可行性,也為實現香港乃至全球減碳和可持續發展目標,提供了良好的解決方案!

 

参考文献

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  18. http://brjh.jinlu666.com/
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Published On: April 30th, 2021 / Categories: Denway /

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