Утилизация отходов бытовых пластмассовых изделий

Авторы: Бородатова Анна, Бубликова Ксения,
школа № 46, 10 класс,
Центр дополнительного образования

Руководитель: Свергузова С.В., к.т.н.

г. Белгород

Хозяйственная деятельность человечества в течение последнего столетия привела к серьезному загрязнению нашей планеты разнообразными отходами промышленного и бытового происхождения.

История планеты Земля и история человечества по продолжительности несопоставимы. Если ускорить историю планеты в 5 млрд. раз и принять время ее жизни за 1 год, то человек родился 31 декабря в 16 часов, сельским хозяйством стал заниматься в 23 ч 58 мин, а весь период научно-технической революции, когда его влияние на природу стало особенно пагубным, составил всего 2 сек. Но эти секунды истории планеты – трагические. И только с помощью экологии можно дописать счастливое продолжение этого сценария и указать человечеству путь к обществу устойчивого развития, в котором природопользование рационально: ресурсы не истощаются, среда не загрязняется и процветание нынешнего поколения не лишает потомков возможности нормальной жизни.

Целью данной работы является разработка способа утилизации отходов бытовых пластмассовых изделий.

1. Литературный обзор

В последние годы во всем мире все большую остроту приобретает проблема ликвидации твердых бытовых отходов (ТБО). Количество ТБО неуклонно возрастает отчасти из-за роста населения, но в основном из-за того что люди, используют все больше упаковочных материалов (табл. 1).

Ежегодно в городах мира образуется около 500 млн. т ТБО. Сейчас на каждого горожанина приходится от 150 до 600 кг в год бытового мусора. Больше всего мусора производят США, (520 кг в год на 1 горожанина). В Норвегии, Испании, Швеции, Нидерландах – 200-300 кг, в Москве – 300 – 320 кг.

Таблица 1

Темпы накопления ТБО

Страны мира	Количество ТБО, млн.т/год
Соединенные штаты Америки Япония Россия	160 72 140

Исследования показывают, что городские твердые бытовые отходы имеют следующий состав (табл. 2):

Таблица 2

Состав ТБО

Компоненты	Массовая доля, %	Компоненты	Массовая доля, %
Бумага Пищевые отходы Стекло Железо Алюминий	41 21 12 10 0,7	Пластмассы Древесина Кожа, резина Текстиль Другие мате- риалы	5 5 3 2 0,3

США являются одной из самых «замусоренных» стран мира (160 млн. т/год). Нагруженная этим мусором колонна десятитонных грузовиков растянулась бы от Земли до Луны, а 18 млрд. пеленок, которые ежегодно выбрасывают американцы, можно протянуть от Земли до Луны 7 раз. На упаковку американцы используют 40,5 % всего производимого пластика. Каждый час американцы используют 2,5 млн. пластиковых бутылок.

В некоторых штатах США полиэтилен собирают в специальные контейнеры и из него делают доски для парковых скамеек, дренажные трубы, кухонную утварь, игрушки.

В России ежегодно образующихся ТБО не намного меньше, чем в США, однако процесс сбора и переработки отходов бытовых пластмасс не наложен.

В составе отходов современных бытовых пластических материалов много крайне медленно разлагающихся материалов (рис. 1).

Особенно экологически опасен пористый стайроформ, из которого делают одноразовые стаканы. Если расставить в ряд стаканы, использованные за год жителями Земли, они опояшут нашу планету по экватору 463 раза. Этот пластик не разлагается в природе, а при его производстве из дорогостоящей нефти в атмосферу выделяются хлоруглеводороды, разрушающие озоновый слой.

Годы

Рис. 1. Промежутки времени, требующиеся для разложения

в природных условиях различных видов ТБО

На улицах западноевропейских стран и городов (Франция, ФРГ и др) можно увидеть необычные объекты – небольшие бочкообразные зеленые контейнеры. Оказывается, это для сбора пластиковых бутылок. В эти контейнеры бросают пустые пластиковые бутылки, и что удивительно - совершенно бесплатно.

Интересен эксперимент, проведенный в августе 1980 г. Эссенским филиалом фирмы «Кока-кола» и химической фирмой «Хехст» (Франк-фурт-на-Майне). В Северной Рейн-Вестфалии начали вводить в использование двухлитровую бутыль из полиэфирной пластмассы, за которую покупатель платит 30 пфеннингов, возвращаемых ему при сдаче пустой бутылки. Правда, собранные пустые пластмассовые бутылки не наполняются вторично кока-колой, т.к. не решена проблема мытья такой посуды. Но и в мусор они не идут. Пластмасса идет в переплавку, при которой теряется всего 20 % ее массы.

В нашей стране систематический сбор отходов пластмасс из ТБО и их переработка не наложены. Однако начало этому процессу уже есть. Так, например, в Пскове фирма «Сервискомплект» выпускает черепицу на основе песка и красителей, связующим служат полимерные отходы: различные флаконы, куски пленки, катушки, одноразовые шприцы и т.д. Черепица, изготавливаемая из такого сырья, выгодно отличается от той, которую делают традиционным способом – из глины и пескобетона, - она способна служить не менее 50 лет, морозостойка, имеет хороший внешний вид и четкие очертания. В Белгородской области ежегодно образуется более 1 млн. м³ твердых бытовых отходов. Для их складирования имеется 33 официально зарегистрированных свалки общей площадью 138 га. Но ни одна из них (кроме Губкинской городской) не соответствует СНиП и Инструкции по проектированию и эксплуатации полигонов для ТБО. Кроме того, в населенных пунктах в течение года образуется около 300 несанкционированных (стихийных) свалок.

Бытовые отходы люди часто сбрасывают где «заблагорассудится»: в стихийные свалки, овраги, ручьи, пруды, лесополосы, на пустыри, а то и на Это приводит к размножению различных насекомых, грызунов, птиц, бактериальному загрязнению территории. Кроме того, при сжигании такого мусора происходит загрязнение атмосферного воздуха в этих районах.

Все приведенные выше факты свидетельствуют о необходимости разработки способов утилизации или уничтожения ТБО.

Однако уничтожение ТБО, по нашему мнению, является неэффективной мерой, т.к. при этом теряется часть ценной вторичного сырья, которое может быть использовано в народном хозяйстве. Кроме того, при ликвидации ТБО путем сжигания в атмосферу выбрасываются токсические продукты сжигания, что приводит к вторичному загрязнению окружающей среды. Не решена также проблема образующихся при этом шлаков. Таким образом, переработка ТБО позволила бы:

1. Улучшить экологическую обстановку в регионе.

2. Высвободить занимаемые ТБО площади плодородных почв.

3. Экономить природных ресурсы.

4. Сохранить часть лесов, расходуемых на изготовление бумаги.

Разработке способа утилизации отходов пластиковых материалов- составных частей ТБО – посвящена следующая часть данной работы.

2. Экспериментальная часть

Объектом исследования явились отходы бытовых пластиковых изделий- пластиковые бутылки и полиэтиленовые пакеты. Прежде чем разрабатывать квалифицированные рекомендации по утилизации данных отходов, необходимо было исследовать их физико-химические свойства.

2.1. Физико-химические свойства отходов пластмасс

С целью исследования физико-химических свойств измельченные пластиковые бутылки и пакеты подвергали воздействию различных веществ. Результаты эксперимента представлены в табл. 3

Таблица 3

Физико-химические свойства отходов пластмасс

Наименование отхода	Воздействующие факторы
	H2SO4 (к) Хол.	H2SO4 (к) Кипяч.	HNO3 (к) Хол.	HNO3 (к) Кипяч.	HCl (к) Хол.	HCl (к) Кипяч.
Бутылки из-под кока-колы	Без изменений	Приобрели окраску Сворачива-ются	Без изменений	Без изменений	Без изменений	Образцы свернулись
Пластико-вые пакеты	Без изменений	Практически растворились	Без изме-нений	Без изменений	Без изменений	Образцы раствори-лись

Таблица 4

Физико - химический свойств отходов пластмасс

Наименование отхода	Воздействующие факторы
	Н2О Кипяч.	NаOН 6 н Хол.	NаOН 6 н Горяч.	КОН 0,1 н Хол	КОН 6 н Хол.	КОН 6 н Горяч.	Са(ОН)2 Горяч.
Бутылки из-под кока-колы	Без изменений					Сверну- лись	-
Пластико-вые пакеты	Без изменений					Сверну- лись	Сверну-лись

Результаты исследований показывают, что выбранные нами отходы довольно устойчивы в нейтральных, кислых и щелочных средах, особенно при низких температурах. Это обстоятельство позволило нам предположить, что данные отходы можно попытаться использовать при составлений композиций строительных смесей в качестве облегчающих добавок.

2. 2. Методика эксперимента

В эксперименте составлялись цементно-песчаные композиции с добавками измельченных отходов пластмасс.

В работе использовали отходы пластмасс 3^х фракций:

1 - мелкая, размер 4-5 мм;

2 - средняя, размер 7-8 мм;

3 - крупная, размер 10 мм;

0 - контроль

В ходе эксперимента смешивали цемент и песок в соотношении 1:3. В сухую смесь добавляли различное количество отхода каждой фракции. Полученную массу затворяли водой, затем формовали образцы. Отформованные образцы выдерживали 28 суток на воздухе и подвергали лабораторным испытаниям на прочность при сжатии на лабораторном прессе.

Предел прочности при сжатии (R_сж) вычисляли по формуле: R_сж = P/ S

где: Р - усилие, разрушающая нагрузка, действующая на образец, кгс;

S - площадь поперечного сечения образца, см².

3. Результаты эксперимента

Результаты исследований представлены на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость прочности при сжатии образцов

от количества добавляемого отхода

Как видно из рис. 2, прочность при сжатии снижается при возрастании количества добавляемой пластмассы, однако при этом изделие соответствуют требованиям ГОСТ 5742-76.

Рис. 3. Зависимость плотности образцов от

количества добавляемого отхода

Как видно из рис. 3, при добавлении отходов пластмасс в цементно-песчаные смеси плотность образцов снижается при возрастании количества добавляемого отхода, прочность образцов возрастает при увеличении степени измельчения пластмассы (рис. 4). Степень измельчения рассчитывали по следующей формуле: h = 1/d

где: d - диаметр частиц. h (для первой фракции) = 1/4 = 0,25;

h (для второй фракции) = 1/8 = 0,125; h (для третьей фракции) = 1/10 = 0,1

Рис. 4. Зависимость прочности при сжатии образцов

от степени измельчения пластмассы

Выводы:

n Одним из способов снижения общего количества твердых бытовых отходов является утилизация пластмассовых изделий.

n Проведен эксперимент по исследованию возможности добавки измельченных отходов пластмасс в строительные материалы.

n Установлено, что строительные изделия с добавкой пластмассовых отходов в количестве до 10 % по прочности (Rсж) соответствуют ГОСТ 5742-76 "Изделия из ячеистых бетонов теплоизоляционные".

Литература:

1. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология - наука ХХ века. М.: Мир. -1997 г.

2. Экология России. Учебник для 9-11 классов общеобразовательной школы. - М.: АО "МДС", Юнисам, 1995. - 232 с.

3. Черепица из песка и пластика // "Наука и жизнь", № 5, 1996 г. Изд-во "Пресса", Москва. стр.3