环境工程前沿论文：白色污染对环境的影响

白色污染对环境的影响

院（系）：化学化工学院

专业：环境工程

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完成日期： 2016.01.02

一、立项依据

1.概述

（1）什么是白色污染？

白色污染(White Pollution)是人们对难降解的塑料垃圾(多指塑料袋)污染环境现象的一种形象称谓。它是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各类生活塑料制品使用后被弃置成为固体废物，由于随意乱丢乱扔，难于降解处理，以致破环境严重污染的现象。

（2）白色污染的来源

白色污染的主要来源有食品包装、泡沫塑料填充包装、快餐盒、农用地膜等。

白色污染是我国城市特有的环境污染，在各种公共场所到处都能看见大量废弃的塑料制品，他们从自然界而来，由人类制造，最终归结于大自然时却不易被自然所消纳，从而影响了大自然的生态环境。从节约资源的角度出发，由于塑料制品主要来源是面临枯竭的石油资源，应尽可能回收，但由于现阶段再回收的生产成本远高于直接生产成本，在现行市场经济条件下难以做到。

（3）白色污染带来的问题

塑料制品作为一种新型材料，具有质轻、防水、耐用、生产技术成熟、成本低的优点，在全世界被广泛应用且呈逐年增长趋势。塑料包装材料在世界市场中的增长率高于其它包装材料，1990-1995年塑料包装材料的年平均增长率为8.9%。

我国是世界上十大塑料制品生产和消费国之一。1995年，我国塑料产量为519万吨，进口塑料近600万吨，当年全国塑料消费总量约1100万吨，其中包装用塑料达211万吨。包装用塑料的大部分以废旧薄膜、塑料袋和泡沫塑料餐具的形式，被丢弃在环境中。这些废旧塑料包装物散落在市区、风景旅游区、水体、道路两侧，不仅影响景观，造成“视觉污染”，而且因其难以降解对生态环境造成潜在危害。

据调查，北京市生活垃圾的3%为废旧塑料包装物，每年总量约为14万吨；上海市生活垃圾的7%为废旧塑料包装物，每年总量约为19万吨。天津市每年废旧塑料包装物也超过10万吨。北京市每年废弃在环境中的塑料袋约23亿个，一次性塑料餐具约2.2亿个，废农膜约675万平方米。人们对此戏称为“城郊一片白茫茫”。

（4）常见的白色污染治理方法

1 分离分选技术

2 焚烧回收能量

3 熔融再生技术

4 裂解回收燃料和化工原料

5 其他利用技术

2．典型方法及其比较

（1）分离分选技术

废旧塑料回收利用的关键环节之一是废弃塑料的收集和预处理。尤其我国，造成回收率低的重要原因是垃圾分类收集程度很低。由于不同树脂的熔点、软化点相差较大，为使废塑料得到更好的再生利用，最好分类处理单一品种的树脂，因此分离筛选是废旧塑料回收的重要环节。对小批量的废旧塑料，可采用人工分选法，但人工分选效率低，将使回收成本增加。国外开发了多种分离分选方法。

1.1 仪器识别与分离技术

意大利Govoni公司首先采用X光探测器与自动分类系统将PVC从相混塑料中分离出来[1]。美国塑料回收技术研究中心研制了X射线荧光光谱仪，可高度自动化的从硬质容器中分离出PVC容器。德国Refrakt公司则利用热源识别技术，通过加热在较低温度下将熔融的PVC从混合塑料中分离出来。

近红外线具有识别有机材料的功能，采用近红外线技术[1]的光过滤器识别塑料的速度可达2000次/秒以上，常见塑料（PE、PP、PS、PVC、PET）可以明确的被区别开来，当混合塑料通过近红外光谱分析仪时，装置能自动分选出5种常见的塑料，速度可达到20～30片/min。

1.2 水力旋分技术

日本塑料处理促进会利用旋风分离原理和塑料的密度差开发了水力旋风分离器。将混合塑料经粉碎、洗净等预处理后装入储槽，然后定量输送至搅拌器，形成的浆状物通过离心泵送入旋风分离器，在分离器中密度不同的塑料被分别排出。美国Dow化学公司也开发了类似的技术，它以液态碳氢化合物取代水来进行分离，取得了较好的效果。

1.3 选择性溶解法

美国凯洛格公司和Rensselaser工学院共同开发了一种利用溶剂选择性溶解分离回收废塑料的技术。将混合塑料加入二甲苯溶剂中，它可在不同的温度下选择性溶解、分离不同的塑料，其中的二甲苯可循环使用，且损耗小。

比利时Solvay SA公司开发了Vinyloop技术，采用甲乙酮作溶剂，分离回收PVC，回收到的PVC与新原料密度相差无几，但颜色略呈灰色。德国也有溶剂回收的Delphi技术，所

用的酯类和酮类溶剂比Vinyloop技术少得多。

1.4 浮选分离法

日本一家材料研究所采用普通浸润剂，如木质素磺酸钠、丹宁酸、Aerosol OT和皂草甙等，成功地将PVC、PC（聚碳酸酯）、POM（聚甲醛）和PPE（聚苯醚）等塑料混合物分离开来。

1.5 电分离技术

用摩擦生电的方法分离混合塑料（如PAN、、PE、PVC和PA等）。其原理是两种不同的非导电材料摩擦时，它们通过电子得失获得相反的电荷，其中介电常数高的材料带正电荷，介电常数低的材料带负电荷。塑料回收混杂料在旋转锅中频繁接触而产生电荷，然后被送如另一只表面带电的锅中而被分离。

（2）焚烧回收能量

聚乙烯与聚苯乙烯的燃烧热高达46000kJ/kg，超过燃料油的平均值44000 kJ/kg，聚氯乙烯的热值也高达18800 kJ/kg。废弃塑料燃烧速度快，灰分低，国外用之代替煤或油用于高炉喷吹或水泥回转窑。由于PVC燃烧会产生氯化氢，腐蚀锅炉和管道，并且废气中含有呋喃，二恶英等。美国开发了RDF技术（垃圾固体燃料），将废弃塑料与废纸，木屑、果壳等混合，既稀释了含氯的组分，而且便于储存运输。对于那些技术上不可能回收（如各种复合材料或合金混炼制品）和难以再生的废塑料可采用焚烧处理，回收热能。优点是处理数量大，成本低，效率高。弊端是产生有害气体，需要专门的焚烧炉，设备投资、损耗、维护、运转费用较高。

（3）熔融再生技术

熔融再生是将废旧塑料加热熔融后重新塑化。根据原料性质，可分为简单再生和复合再生两种。简单再生主要回收树脂厂和塑料制品厂的边角废料以及那些易于挑选清洗的一次性消费品，如聚酯饮料瓶、食品包装袋等。回收后其性能与新料差不多。

复合再生的原料则是从不同渠道收集到的废弃塑料，有杂质多、品种复杂、形态多样、脏污等特点，因此再生加工程序比较繁杂，分离技术和筛选工作量大。一般来说，复合回收的塑料性质不稳定，易变脆，常被用来制备较低档次的产品。如建筑填料、垃圾袋、微孔凉鞋、雨衣及器械的包装材料等。

（4）裂解回收燃料和化工原料

4.1 热裂解和催化裂解技术

由于裂解反应理论研究的不断深入[6-11]，国内外对裂解技术的开发取得了许多进展。裂解技术因最终产品的不同分为两种：一种是回收化工原料（如乙烯、丙烯、苯乙烯等）[12]，另一种是得到燃料（汽油、柴油、焦油等）。虽然都是将废旧塑料转化为低分子物质，但工

艺路线不同。制取化工原料是在反应塔中加热废塑料，在沸腾床中达到分解温度（600～900℃），一般不产生二次污染，但技术要求高，成本也较高。裂解油化技术则通常有热裂解和催化裂解两种。

日本富士循环公司的将废旧塑料转化为汽油、煤油和柴油技术，采用ZSM-5催化剂，通过两台反应器进行转化反应将塑料裂解为燃料。每千克塑料可生成0.5L汽油、0.5L煤油和柴油。美国Amoco公司开发了一种新工艺，可将废旧塑料在炼油厂中转变为基本化学品。经预处理的废旧塑料溶解于热的精炼油中，在高温催化裂化催化剂作用下分解为轻产品。由PE回收得LPG、脂肪族燃料；由PP回收得脂肪族燃料，由PS可得芳香族燃料。Yoshio Uemichi 等人研制了一种复合催化体系用于降解聚乙烯，催化剂为二氧化硅/氧化铝和HZSM-5沸石。实验表明，这种催化剂对选择性制取高质量汽油较有效，所得汽油产率为58.8%，辛烷值94。

国内李梅等报道废旧塑料在反应温度350～420℃，反应时间2～4s，可得到MON73的汽油和SP-10的柴油，可连续化生产的工艺。李稳宏等[3]进行了废塑料降解工艺过程催化剂的研究。以PE、PS及PP为原料的催化裂化过程中，理想的催化剂是一种分子筛型催化剂，表面具有酸性，操作温度为360℃，液体收率90%以上，汽油辛烷值大于80。刘公召[15]研究开发了废塑料催化裂解一次转化成汽油、柴油的中试装置，可日产汽油柴油2t，能够实现汽油、柴油分离和排渣的连续化操作，裂解反应器具有传热效果好，生产能力大的特点。催化剂加入量1～3%，反应温度350～380℃，汽油和柴油的总收率可达到70%，由废聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯制得的汽油辛烷值分别为72、77和86，柴油的凝固点为3，-11，-22℃，该工艺操作安全，无三废排放。袁兴中[16]针对釜底清渣和管道胶结的问题，研究了流化移动床反应釜催化裂解废塑料的技术。为实现安全、稳定、长周期连续生产，降低能耗和成本，提高产率和产品质量打下了基础。

将废料通过裂解制得化工原料和燃料，是资源回收和避免二次污染的重要途径。德国、美国、日本等都有大规模的工厂，我国在北京、西安、广州也建有小规模的废塑料油化厂，但是尚存在许多待解决的问题。由于废塑料导热性差，塑料受热产生高黏度融化物，不利于输送；废塑料中含有PVC导致HCl产生，腐蚀设备的同时使催化剂活性降低；碳残渣粘附于反应器壁，不易清除，影响连续操作；催化剂的使用寿命和活性较低，使生产成本高；生产中产生的油渣无较好的处理办法等等。国内关于热解油化的报道还有很多[43-54]，但如何吸收已有的成果，攻克技术难点，是我们急需要做的工作。

4.2 超临界油化法

水的临界温度为374.3℃，临界压力为22.05Mpa。临界水具有常态下有机溶液的性能，能溶解有机物而不能溶解无机物，而且可与空气、氧气、氮气、二氧化碳等气体完全互溶。日本专利有用超临界水对废旧塑料（PE、PP、PS等）进行回收的报告，反应温度为400～600℃，反应压力25Mpa，反应时间在10min以下，可获得90%以上的油化收率。用超临界水进行废旧塑料降解的优点是很明显的：水做介质成本低廉；可避免热解时发生炭化现象；反应在密闭系统中进行，不会给环境带来新的污染；反应快速，生产效率高等。邱挺等[17]总结了超临界技术在废塑料回收利用中的进展。

4.3 气化技术

气化法的优点在于能将城市垃圾混合处理，无需分离塑料，但操作需要高于热分解法的高温（一般在900℃左右）。德国Espag公司的Schwaize Pumpe炼油厂每年可将1700t废塑料加工成城市煤气。RWE公司计划每年将22万吨褐煤、10万吨塑料垃圾和城镇石油加工厂产生的石油矿泥进行气化。德国Hoechst公司采用高温Winkler工艺将混合塑料气化，再转化成水煤气作为合成醇类的原料。

4.4 氢化裂解技术

德国Vebaeol公司组建了氢化裂解装置，使废塑料颗粒在15～30Mpa，470℃下氢解，生成一种合成油，其中链烷烃60%、环烷烃30%、芳香烃为1%。这种加工方法的能量有效利用率为88%，物质转化有效率为80%

（5）其他利用技术

废旧塑料还有着广泛的用途。美国得克萨斯州立大学采用黄砂、石子、液态PET和固化剂为原料制成混凝土，Bitlgosz [18] 将废塑料用作水泥原材料。解立平等[19]利用废旧塑料与木料、纸张等制备中孔活性炭，雷闫盈等[20报道应用废旧聚苯乙烯制涂料，李玲玲[21]报道塑料可变成木材。宋文祥[22]介绍了国外用HDPE作原料，通过一种特殊的方法，使长度不同的玻璃纤维在模具内沿着物料流向的轴向同向，从而生产高强度塑料枕木。蒲廷芳[23]等使用废旧聚乙烯制高附加值的聚乙烯蜡。李春生等[24]报道，聚苯乙烯与其他热塑性塑料相比，具有熔融粘度小，流动性大的特点，因此熔融后可以很好地浸润所接触的表面而起到良好的粘接作用。张争奇等[25]用废塑料改性沥青，将某一种或几种塑料按一定比例均匀溶于沥青中，使沥青的路用性能得到改善，从而提高沥青路面质量，延长路面寿命。

3 白色污染治理实践

早在四十年前，人们就发现聚氯乙烯塑料中残留有氯乙烯单体。当人们接触氯乙烯后，就会出现手腕、手指浮肿，皮肤硬化等症状，还可能出现脾肿大、肝损伤等症。在我国，我们用的超薄塑料袋几乎都来自废塑料的再利用，是由小企业或家庭作坊生产的。这些生产厂所用原料是废弃塑料桶、盆、一次性针筒等。我国使用的塑料制品的降解时间，通常至少需要200年。若被填埋，将直接占用土地，且1000年内难以降解，农田里的废农膜、塑料袋长期残留在田中，会影响农作物对水分、养分的吸收，抑制农作物的生长发育，造成农作物的减产。若牲畜吃了塑料膜，会引起牲畜的消化道疾病，甚至死亡。填埋作业仍是我国处理城市垃圾的一个主要方法。由于塑料膜密度小、体积大，它能很快填满场地，降低填埋场地处理垃圾的能力；而且，填埋后的场地由于地基松软，垃圾中的细菌、病毒等有害物质很容易渗入地下，污染地下水，危及周围环境。若把聚氯乙烯直接进行焚烧处理，将给环境造成严重的二次污染。塑料焚烧时，不但产生大量黑烟，而且会产生二恶英——迄今为止毒性最大的一类物质。二恶英进入土壤中，至少需15个月才能逐渐分解，它会危害植物及农作物；二恶英对动物的肝脏及脑有严重的损害作用。焚烧垃圾排放出的二恶英对环境的污染，已经成为全世界关注的一个极敏感的问题

4．常见方法的特点

（1）大体均为分离回收，熔融裂解；

（2）再度循环利用，变废为宝。

5.作用及意义

（1）保护环境。

基于白色污染的种种危害，限制使用各种塑料包装袋及回收塑料制品，有利于恢复市容，保持环境的美丽；有利于增加土地资源的利用率；有利于增加农作物产量；有利于保护大气环境。

（2）塑料的再生利用，有利于节约资源。

塑料工业大规模生产塑料产品的资源基础是石油。据报道，全世界每年约有1.5亿石油天然气等石化资源用于化学合成“高分子聚合物”。塑料工业生产耗费石化资源就占全部石油资源的7%。而我国每年单是生产PET塑料瓶高达300万吨消耗了超过1800万吨的石油。在北京市范围内，每年废弃的PET塑料瓶总量高达15万吨，约为60亿只废旧塑料瓶，对环境造成极大的危害。由此可见，回收利用塑料不仅有利于美化环境，也有利于节约资源。

（3）废塑料再生产品利益空间大

目前废塑料瓶再生产品主要是纤维，约占所有产品的50%。据计算，目前一吨PET塑料成本约为10000元人民币，大约能制造33000个塑料瓶，每个塑料瓶成本0.3元，加上人工费、机械费及其他原料费一个塑料瓶成本约在0.4至0.5元。一个塑料瓶卖给回收人员约0.1元一个，而回收站处理后卖给企业一吨废塑料瓶8000元人民币。企业通过处理、生产的再生纤维市场价为15000元一吨，利益价值空间大。

参考文献：

[1] Revkin, A. C. (2002, Sep 15). With white house approval, E.P.A. pollution report omits global warming section.

[2] Ecotoxicology; researchers at state university report new data on ecotoxicology (effect of seawater desalination and oil pollution on the lipid composition of blue mussels mytilus edulis L. from the white sea). (2014). Ecology, Environment & Conservation,, 722.

[3] Hun, D. E., Siegel, J. A., Morandi, M. T., Stock, T. H., & Corsi, R. L. (2009). Cancer risk disparities between hispanic and non-hispanic white populations: The role of exposure to indoor air pollution. Environmental Health Perspectives, 117(12), 1925-31.

[4] Wuytack, T., Samson, R., Wuyts, K., Adriaenssens, S., Kardel, F., & Verheyen, K. (2013). Do leaf characteristics of white willow (salix alba L.), northern red oak (quercus rubra L.), and scots pine

(pinus sylvestris L.) respond differently to ambient air pollution and other environmental stressors? Water, Air and Soil Pollution, 224(8), 1-14.

[5] Tkachenko, H., & Kurhaluk, N. (2013). Pollution-related changes in oxidative stress and antioxidant defense profile in the blood of white stork ciconia ciconia chicks from different regions of poland. Ecological Research, 28(5), 869-880.

[6] KEITH SCHNEIDER, Special to The New,York Times. (1990, Oct 28). THE STRUGGLE IN CONGRESS; ambitious air pollution bill sent to white house.

[7] Chen, Z. (2006, Jan 21). Finding solutions to 'white pollution'.

[8] Shanghai drafts regulation to curb white pollution. (1999, Jun 21).

[9] Science and technology: Climate change in black and white; pollution and global warming. (2011, Feb 19). The Economist, 398, 89-91.

[10] Environmental pollution; studies from M.E. walsh et al in the area of environmental pollution described (white phosphorus contamination of an active army training range). (2014). Ecology, Environment & Conservation, , 606.

[11] HAN Li-zhao1 WANG Tong-lin2 YAO Yan3(1.Huaiyin District Environmental Protection Bureau in Jinan,Jinan Shandong 250117,China; 2.Jinan Environmental Protection Bureau,Jinan Shandong 250014,China;3.Jier Machine-tool Group Co.,Ltd,Jinan Shandong 250117,China)

[12] Sun, X. (2006, Jan 11). Cloth bags to stop 'white pollution'.

[13] Yingshi, Y. (1997, Jul 03). 'White pollution' getting trashed.

[14] He, F., Shaffer, M. L., Rodriguez-Colon, S., Yanosky, J. D., Bixler, E., Cascio, W. E., & Liao, D. (2011). Acute effects of fine particulate air pollution on cardiac arrhythmia: The APACR study. Environmental Health Perspectives, 119(7), 927-32.

[15] LI Fangrong TONG Dan (Dingxi Teacher’s College of Gansu Province, Dingxi, Gansu, 743000, China)

[16] SHENG Xiao-wa1,WANG Yin-mei2(1.College of Resource and Environment Engineering,Science and Technology of Jiangxi University, Ganzhou,Jiangxi 341000,China;2 School of Environmental Engineering of Xuzhou Institute of Technology,Xuzhou,Jiangsu 221111,China) [17] KE Bin, LIU Yunxia ( Department of Environment Engineering, Wuhan Bioengineering Institute, Wuhan 430415, Hubei, China; Editorial Office of Journal of Wuhan Bioengineering Institute, Wuhan 430415,Hubei, China)

[18] LI Fang-rong;LIU Feng-xia;Departent of Biology and Chemical,Dingxi Teachers College;

[19] ZHAO Sheng-li,HUANG Ning-sheng,ZHU Zhao-yu (Guangzhou Institute of Geochemistry,CAS Guangdong,Guangzhou 510070,China)

[20] Li Faling,Zhong Xuebin,Wan Anna,Mei Huirong,Wu Xiaoyu,Zhang Jun(Xianning Cology,Xianning 437100,China)

二、研究内容

针对新疆乌鲁木齐市进行白色污染的研究。

研究内容如下：

1.塑料食品包装袋的危害研究；

通过到图书馆借阅有关的书籍，利用网络搜寻资料，访问多个环保网站，并前往乌鲁木齐环保局找到了相关的资料。，对我们收集到的资料进行汇总和整理，然后提取相关内容，汇总总结乌鲁木齐市塑料食品包装袋的危害。

2.塑料食品包装袋的使用现状研究；

通过对重点使用塑料食品包装袋的地方，比如超市，农贸市场，快餐店等进行调查采访，发放调查问卷，然后统计相关结果，整理汇总，得出乌鲁木齐市塑料食品包装袋的使用现状。

3.对策研究；

通过之前对白色污染处理技术的介绍，结合当地的具体情况，我认为通过对塑料食品包装袋的分类回收，然后使用熔融再生技术和裂解回收燃料和化工原料等技术，可以将废弃的塑料食品包装袋变废为宝，实现减少污染，可循环利用的目的。

三、拟解决的问题

1.塑料包装食品袋的回收再利用问题。

2.熔融再生与裂解回收等技术相关问题。

四、拟采取的研究方案及可行性分析、技术路线

1. 加强管理，单靠禁止是很难彻底解决“白色污染”问题的,强制回收利用，清洁的废旧塑料包装物可以重复使用,或重新用于造粒、炼油、制漆、作建筑材料等，回收利用符合固体废物处理的“减量化、资源化、无害化”的通用原则.回收利用不仅可以避免“视觉污染”,而且可以解决“潜在危害”,缓解资源压力,减轻城市生活垃圾处置负荷,节约土地,并可取得一定的经济效益.

2.熔融再生是将废旧塑料加热熔融后重新塑化，可以实现塑料制品的循环利用，裂解回收废弃塑料食品包装袋一般不产生二次污染，产物还能作为化工原料进行使用。

3. 另外，还可以采取以纸代塑和可降解塑料，相对于难降解的传统塑料制品，这些替代品易于降解，污染小，即使没能被回收利用。也不会对环境造成很大的污染。

五、本项目特点

结合乌鲁木齐白色污染的具体情况，采用此方法和技术，可大大降低塑料制品的降解时间，减少白色污染对环境的危害，实现塑料制品的可循环再利用。

六、研究计划

第一年，对区域划分、小范围处理白色污染；

第二年，大范围的处理；对大范围处理进行系统的评价；

第三年，区域内推广，测试总体效果。