О. А. Будникова
МГУП, кафедра технологии послепечатных процессов и упаковочного производства

Б. О. Будников
ОАО «ВНИИГАЗ», лаборатория экологической экспертизы и управления

Проблемы утилизации отходов упаковки

Объемы утилизации отходов в России находятся на достаточно низком уровне. Так, в 2003 г. в России было утилизировано 1,18 млн т макулатуры, что составляет 57,4% от общего объема этих отходов, 0,18 млн т стеклобоя (84,1%), а полимерных отходов - всего 0,61 млн т (7,7%), что заметно меньше, чем в 1990 г. (0,72 млн т и 23,5% соответственно).

В целом, только 3% всех отходов перерабатывается промышленными методами, остальные вывозятся на полигоны или сжигаются. Под полигоны и свалки твердых бытовых отходов (ТБО) ежегодно отчуждается до 10 тыс. га земель, включая плодородные земли, изымаемые из сельскохозяйственного оборота.

Особое место в сфере обращения с отходами занимает Москва. Еще в 1990-е гг. была разработана программа по комплексному сбору, перевозке и утилизации отходов Москвы и Подмосковья. В рамках этой программы планировали построить свыше десяти крупных предприятий по переработке мусора, в частности, в Мытищах, Люберцах и Одинцове. Отходы предполагалось сжигать, а металлолом реализовывать через «Вторчермет» и «Вторцветмет». Программа также включала в себя увеличение парка мусоровозов и контейнеров для сбора отходов. Предвидя возможные загрязнения атмосферы выбросами мусоросжигательных печей, разработчики предусматривали установку специальных фильтров и технологию сжигания, очищающую выбросы на 97–99%. Органические отходы города планировалось вывозить в сельские хозяйства Подмосковья. Городские власти намеревались закрыть значительное количество мусорных полигонов. Однако эта программа не была реализована. В то же время, по сравнению с 1987 г., количество мусора увеличилось в два раза и составило 120 млрд т в год (учитывая промышленность). Сегодня Москва «производит» 10 млн т отходов в год (примерно по 1 т на каждого жителя). Из них 40–50% подвергается переработке или сжигается, еще 30–40% вывозится, а около 10% оседает в черте города. Количество официальных мусорных полигонов составляет 50, каждый площадью от 3 до 5 га. Большую проблему составляют несанкционированные свалки (по некоторым данным, только в центре Москвы их около полутора десятков).

Со схожими проблемами гораздо раньше столкнулись индустриально развитые страны. В России отсутствие технологий, дефицит мощностей и слабо развитый рынок вторичного сырья препятствовали созданию высокоэффективного рециклинга.

Утилизация полимерной упаковки в Европе

«Дуальная система» Германии обеспечивает сбор отходов на всей территории страны и их последующую утилизацию

С 1990-х гг. в Европе началось формирование системы утилизации отходов, постепенно охватившей большинство стран. Для полимерной упаковки рамочных документом стала директива ЕС по упаковке и упаковочным отходам (утверждена 20 декабря 1994 г.), согласно которой впервые для государств-членов ЕС были введены квоты по утилизации различных типов отходов. К ключевым элементам директивы относится определение различных отходов упаковки и способов утилизации, а также установление обязательности периодической ревизии квот утилизации.

Полимерные материалы при общей квоте 60% имеют лицензируемый объем утилизации в качестве материала не менее 36%. Остальные 24% могут утилизироваться в качестве материала, сырья или энергоносителя. Организация этого процесса сопряжена со значительными сложностями. Полимерные материалы - единственный упаковочный материал, для которого квоты утилизации в отдельных случаях находятся ниже заданий директивы. Задание в 15% перекрыто только в Германии (45%, включая утилизацию в качестве сырья), Финляндии и Австрии (по 20%).

Расскажем более подробно о системе утилизации полимерных материалов в Германии. Рециклинг материалов рассматривается как звено традиционной производственной цепи. При этом требуются соответствующие производственные мощности, обеспечивающие функционирование системы возврата и повторного использования отходов.

С 1991 г. в Германии начала работу компания «Дуальная система» (Der Grune Punkt - Duales System Deutschland) для торговой упаковки. К началу ее формирования имелись производственные мощности, обеспечивающие функционирование системы возврата и рециклинга только для стекла, бумаги и, в некоторых местах, для металла. Особую проблему представлял рециклинг полимерных материалов, так как имелась возможность для повторного использования только 30 тыс. т этих материалов. В Германии компанией «Дуальная система» из более чем

60 тыс. т использованных старых полимерных материалов на утилизацию направлено 93%. 43% торговой упаковки из полимерных материалов было использовано в качестве материала и 57% - в качестве сырья. Внутри страны используется 93% такой упаковки.

Материальный и сырьевой рециклинг

Измельченный, очищенный пластиковый агломерат

В соответствии с директивными документами Европейского союза, различают материальный и сырьевой рециклинг. Первый - это рециклинг отходов, при котором происходит механическое выделение чистых материалов без их химического изменения, которые поступают на производство новых продуктов. Под сырьевым понимается рециклинг отходов, при котором происходит химическое разрушение материалов и производство новых.

Рециклинг материалов можно производить различными методами, а именно: экструзией, интрузией, методом шприц-литья, прессованием. Продукция из вторичных материалов находит применение во многих областях: в качестве шумозащитных стенок, дренажных труб, пленок, оконных рам, элементов обшивки и т. д.

Для большого количества многослойных и загрязненных полимерных материалов рециклинг для производства новых материалов возможен только после предварительной тонкой очистки (облагораживания).

Полимерные полуфабрикаты находят применение в различных областях. Классическим считается изготовление полимерных листов и лент, из которых производят новую упаковку и другие пластмассовые изделия (например, мебель). Широкое распространение получило полимерное волокно - сырье для изготовления ковровых покрытий, обивки автомобилей, одежды и др. Полимербетон (смесь полимера с песком и золой) обладает хорошей износо- и кислотостойкостью и малой проницаемостью, используется для ремонта бетона из портландцемента.

Принципы сортировки отходов

Агломерат преобразуется в синтез-газ и используется для выплавления железа из руды

Приоритетным направлением при сортировке отходов считается чистое разделение торговой упаковки при наилучших экономических и рабочих (эргономических) условиях. Поэтому развитие рециклинга упаковки можно сравнить с переходом от ручной работы к высокотехнологичным фабрикам. Чистое разделение отходов - важнейшая часть рециклинга. В настоящее время преобладает сортировка по артикулам - пленки, бутылки, многослойные материалы. При этом около 2/3 объема отходов попадает во фракцию смешанных материалов - небольшие пленки, кружки и крышки.

В области рециклинга полимерных материалов в прошедшие годы осуществлены многочисленные технические инновации. На повестке дня стоит задача смены сортировки по артикулам на сортировку по материалам.

В сортировочных установках легкой упаковки прежде всего отделяются крупные пленочные полимерные материалы, например, футляры. Благодаря незначительному весу и большой поверхности упаковки для этого пригодны пневматические или вакуумные устройства. Для предварительно размельченных кружек, бутылок и аналогичных полых емкостей из полимерных материалов сегодня внедрены методы мокрой сортировки, такие как осадительные бассейны, сортировочные центрифуги и гидроциклоны. В будущем полимерные материалы смогут классифицироваться по сортам с помощью инфракрасных систем.

Технологии полуавтоматической сортировки материалов

Пластиковые бутылки автоматически распознаются в потоке отходов и отсортировываются сжатым воздухом

Полуавтоматическая сортировка рассматривается сегодня в Европе как технологический стандарт. В качестве примера можно привести установку компании Altvater Sortierbetriebe GmbH в немецком городе Бакнанг. В ней упаковка разделяется, а затем прессуется в кипы чистых материалов. Мешки с бытовыми отходами открываются с помощью автоматических вскрывателей, затем их содержимое попадает в барабанное сито, где разделяется на мелкую и крупную фракции. Магниты извлекают куски белой жести, воздушные сепараторы отделяют пленки из полимерных материалов. Упаковочный картон и полимерные материалы отсортировываются автоматическими агрегатами-разделителями, которые основаны на способе ближней инфракрасной спектроскопии. Для отделения алюминиевых частей внедряются вихревые сепараторы.

Преимущества оптической сортировки реализованы также в технологии VisionSort, которая проходит сейчас тестирование. Агрегат сочетает обработку изображений, инфракрасное распознавание и пневматическую сортировку. Система идентифицирует и разделяет упаковку по таким оптическим критериям, как форма, цвет и свойства материала. VisionSort может, например, надежно отсортировать такие полимерные материалы, как полистирол (PS), полиэтилен (PE), полипропилен (PP), полиэтилентерефталат (PET) и поливинилхлорид (PVC), а также картон для напитков и фракцию «бумага/картон». Установленное в VisionSort программное обеспечение является обучаемым. Для разделения большего числа фракций система обладает несколькими элементами распознавания изображений и распылительными устройствами, расположенными каскадом. В зависимости от вида и количества отходов упаковки и ширины конвейера установка VisionSort может обрабатывать до 4 т/ч отходов на входе. Это соответствует пропускной способности до 30 тыс. т отходов упаковки в год.

Технология автоматической сортировки SORTECnology 3.0

Полимеры могут быть отсортированы с помощью инфракрасных систем

Первое полностью автоматическое устройство сортировки и подготовки легкой упаковки SORTECnology 3.0 (SORTEC 3.0) обладает большими преимуществами. Оно сортирует отходы по следующим категориям: агломерат полиолефина (около 22%), полиэтиленовый регранулят (14%), картон, полистирольный регранулят, бумажные волокна, упаковка из полиэтилентерефталата, алюминий, белая жесть. Устройство позволяет снизить стоимость сортировки и облагораживания легкой упаковки до 50%.

В SORTEC 3.0 технологический процесс сортировки и переработки упаковки осуществляется в три этапа: сухая механическая предварительная сортировка, мокрая механическая подготовка и облагораживание полимерных материалов. В устройство внедрены уже проверенные, но по-новому скомбинированные технологии. В противоположность традиционным методам полимерные материалы здесь подразделяются не по фракциям (пленки, бутылки и т. д.), а по материалам.

Для обслуживания устройства требуется всего семь служащих (на каждый из трех этапов). Годовая пропускная способность составляет 25 тыс. т отходов. В Германии планируется внедрение от 80 до 100 устройств нового поколения, которые должны заменить в ближайшие 8–10 лет существующие сортировочные установки.

Сортировочные установки Rosendahl Entsorgung

Новые технологии автоматической сортировки, разработанные компанией U.T.G., проходят испытания в сортировочных установках фирмы Rosendahl Entsorgung в немецком Вульфрате. Их главное преимущество в увеличении доли чистых полимерных материалов и снижении смешанных. Таким образом, возрастает доля фракций, пригодных для использования в качестве материалов.

При использовании этих технологий отходы упаковки предварительно обрабатываются на ситах и воздушных сепараторах для последующего этапа отбора. Легкая фракция сит селективно размельчается на молотковой дробилке и группируется в барабанном сите. Упаковки из полимерных материалов объемных форм, которые ранее попадали во фракции пустотелых и многослойных материалов, с помощью технологий U.T.G. могут быть разделены на сортименты полимерных материалов. Для этого внедряются пять этапов автоматического распознавания, которые рассортировывают фракции полиэтилена, полипропилена и полиэтилентерефталата. Небольшие пленки и нераспознанные упаковки из полимерных материалов попадают во фракцию смешанных материалов. Кроме того, автоматически выделяются фракции бумаги, картона и полимерных материалов. Дополнительно существуют методы разделения алюминиевой упаковки воздушными сепараторами.

Перспективы утилизации полимерной упаковки в России

В России делаются лишь первые шаги в этой области. В 2003 г. в Москве прошла международная конференция «Рециклинг как способ утилизации полимерной упаковки». В докладах были констатированы многочисленные законодательные, технические и организационные проблемы на пути организации системы рециклинга. К сожалению, пока единичны примеры реализованных на практике производств по переработке отходов. Обычно они основаны на использовании импортного оборудования. Так, «Росутильсырье» в 2002 г. закупило и в марте 2003 г. запустило в эксплуатацию уникальный комплекс по глубокой переработке пластмасс итальянской компании Sorema div. of Previero N.S.R.L. производительностью 0,8 т/ч (около 24 тыс. пластиковых бутылок). Завод перерабатывает полигонную ПЭТ-бутылку, собираемую не только по Москве, но и по всей европейской части России - от Мурманска до Волгограда.

Пока наиболее перспективным в России представляется сжигание, хотя данный метод создает серьезные экологические проблемы, связанные, прежде всего, с загрязнением воздуха. В Москве, по данным городской Думы, в ближайшие годы планируется открыть шесть мусоросжигательных заводов в дополнение к трем действующим. В них предусматривается предварительная сортировка отходов.

Московская областная энергетическая инвестиционная корпорация разработала программу утилизации твердых бытовых и промышленных отходов. Предусматривается сжигание всех типов отходов на тепловых электростанциях. При этом не исключается предварительная сортировка для извлечения наиболее ценных компонентов. Продуктами, получаемыми в результате дожига отходов, являются слитки металлов, гравий, бордюрный камень, строительные блоки, облицовочная стеклоплитка и др.

Важнейшим шагом в формировании системы утилизации полимерной упаковки в России должен стать закон «Об упаковке и упаковочных отходах». Он обсуждается уже несколько лет. Закон введет положение о раздельной утилизации отходов упаковки для вторичной переработки. При создании закона предполагается учесть опыт Евросоюза. В частности, на упаковку будет наноситься специальное обозначение, свидетельствующее о том, что производитель уже заплатил за последующую переработку упаковочных отходов.