Полимеры и охрана окружающей среды.

Проблема защиты природы от загрязнений различного рода является одной из наиболее важных и сложных. В нашей стране осуществляется значительная программа мер по охране окружающей среды, в частности, за счет широкого внедрения замкнутых технологических циклов во всех промышленных производствах. В основном это метод безотходной технологии, имеющий особое значение в экономическом и технологическом аспектах. Применение полимерных материалов ежегодно возрастает во всем мире.

До последнего времени основным источником получения полимеров были нефтепродукты. Постоянное удорожание нефтехимического сырья привело к поиску путей синтеза полимеров из целлюлозного природного растительного сырья. Этот путь является одним из лучших путей снижения вредного влияния полимеров на окружающую среду. Имеются данные, что растительное сырье имеет большие преимущества по сравнению с нефтехимическим, а также и в экономическом отношении.

Количество стран, развивающих научные исследования по использованию растительного сырья и некоторых других источников получения полимерных материалов, увеличивается. По опубликованным данным при синтезе и переработке пластических масс из растительного сырья не происходит загрязнения окружающей атмосферы. Предполагается, что будет уделяться внимание возможности получения исходного сырья для пластических масс из угля, природного газа, продуктов биохимии. Кроме того, будут перерабатываться некоторые породы древесины, стебли кукурузы. Хорошие результаты можно ожидать от использования древесины хвойных пород. Использование таких сырьевых ресурсов приводит также к значительному сокращению средств на получение полимерных материалов.

Для снижения уровня загрязнения окружающей среды все более широко практикуется многократная переработка материалов, поскольку при этом удаляются полимерные примеси или компоненты, которые могут обладать токсичным действием. Так, в Германии накоплен опыт по предварительной обработке токами высокой частоты пленки из поливинилхлорида. Содержание стирола в воздухе резко сокращается. На предприятиях разных стран, производящих поливинилхлорид, освоены новые технологические способы очистки газовых выбросов. Их содержание в атмосфере резко снизилось.

В последние годы в большинстве стран пластические массы и полимерные материалы в целом не образуют окончательных отходов; они перерабатываются повторно (не менее 6 раз, а некоторые марки до 12 раз). Следовательно, они являются оборотным материалом, что позволяет на любом предприятии создать условия для организации безотходного производства. Это исключает загрязнение окружающей среды.

В нашей стране есть способы, позволяющие при производстве изделий из фенолоформальдегидных смол, значительно снизить количество таких выделений в атмосферу, как фенол.

Среди всего количества полимеров упаковочного назначения полиэтилен высокого давления составляет 48 %, полиэтилен низкого давления – 12 %, полистирол – 18 %, поливинилхлорид – 9 %, остальные – 4 %. Примерно 23 % мирового потребления пластических масс составляет тара и упаковка. Тара и упаковка является значительным источником загрязнения окружающей среды.

Кроме сбора отходов и бывшей в употреблении пластической массы, разрабатывают такие технологии изготовления деталей, при которых нет отходов. На заводах применяются пыле- газоулавливающие установки с эффективностью работы 85…99,9 %, контролируются нормативные лимиты выбросов вредных веществ в окружающие районы жилых застроек. Устанавливаются на предприятиях специальные установки по накоплению и очистке сброса вредных веществ в сточные воды, уменьшается количество потребляемой и сбрасываемой воды при той или иной технологической операции, озеленяются территории, устанавливаются санитарно-защитные зоны.

Увеличение выпуска пластмасс, а, следовательно, и отходов, образующихся при поломке и физическом старении пластмассовых изделий, представляет значительную экологическую опасность. Вышедшие из строя изделия из пластмасс зачастую выбрасывают вместе с другими бытовыми отходами в окружающую среду, загрязняя почву и водоемы. Ежегодно около 30 % объема потребляемых пластмасс переходит в отходы.

В настоящее время большую часть отходов из пластмасс сжигают или закапывают в земле. Однако сейчас все более активно проводятся исследования и промышленное внедрение установок для регенерации и вторичного использования пластмасс. Так, имеются фирмы, специализирующиеся на сборе и переработке полимерных материалов для выпуска в промышленном масштабе из пластмассовых отходов строительных материалов. Есть аналогичные процессы для переработки изношенных полиэтиленовых изделий и полиэтиленовой пленки, используемой в больших количествах в сельскохозяйственном производстве, в тепличном хозяйстве.

Для повторного использования пластмассу отделяют от посторонних включений, применяя, например, гравитационные установки и аппараты магнитной сепарации, а затем направляют в виде лома на предприятия, где ее перерабатывают в различные изделия. По разработанной технологии полимерные отходы сортируют на твердую массу и пленку. Куски пластмассы превращают в многоцветные гранулы, а пленку измельчают, продувают сквозь сопла перерабатывающей установки и смешивают с угольной пылью. Эта смесь вместе с твердыми гранулами образует своеобразный трехслойный материал. В процессе последующей термической обработки слои сплавляются и получаются прочные водостойкие плиты.

По другой технологии отходы пластмасс перерабатывают в новый интермопластик, предназначенный для отливки изделий широкого назначения. Технологический процесс включает в себя сбор, сепарацию и гранулирование пластиков, расплавление их в специальной установке, последующую формовку и охлаждение, повторную полимеризацию. Получаемый таким образом интермопластик обладает довольно высокой ударной вязкостью, хорошо обрабатывается столярным инструментом, поверхность его может иметь самые разные покрытия.

Один из наиболее перспективных методов переработки пластмассовых отходов – пиролиз. Использование его имеет немало достоинств: снижается объем крупногабаритных отходов, при этом могут образовываться различные виды топлива и другие продукты, которые можно запасать и использовать по мере необходимости. При пиролизе без доступа воздуха, меньше, чем при обычном сжигании мусора, загрязняется атмосфера, применяется более дешевое газоочистительное оборудование.

Большой интерес вызывает метод переработки полимерных отходов в плазменных горелках с целью получения технологического газа.

Интересные результаты были получены учеными Института микробиологии АН СССР. На полимерных материалах, применяющихся в народном хозяйстве, они обнаружили 160 разновидностей микроорганизмов! Новейшая "пища" из всевозможных синтетических соединений пришлась по вкусу, что весьма неожиданно, многим видам бактерий: за считанные десятилетия появились совершенно новые штаммы, чьи представители всему предпочитают полимеры. Одно научное направление – это создание средств защиты пластмасс от микроорганизмов, а другое – создание таких условий, при которых бактерии еще успешнее переваривали бы пластмассы и полимерные отходы в сырье для новых изделий. Микробиологический метод переработки пластических масс, как считают многие исследователи, может оказаться весьма эффективным.

Еще один путь решения проблем – это создание пластмассы с программируемыми условиями старения, разрушения. Химикам удалось синтезировать вещества, которые, будучи введенными в состав полимера, играют роль своего рода мины замедленного действия. Полиэтиленовая пленка, начиненная этим веществами, пролежав определенное время на солнце, начинает быстро разлагаться и вскоре бесследно исчезает.

Несколько сложнее решается проблема сточных вод. Установлено, что пластические массы могут оказать влияние на качество воды, так как используемая в технологических процессах вода зачастую сбрасывается в канализацию. В нашей стране решен вопрос очистки сточных вод при производстве полиамидов.

В Японии разработан метод очистки сточных вод при производстве некоторых видов реактопластов.

В США разработаны принципиально новые способы очистки стоков – использование лазерных лучей, которые способны разрушать токсичные соединения в грязной воде.

Еще один нетрадиционный способ очистки стоков – радиационная обработка воды. Суть ее заключается в том, что грязная вода "простреливается" потоками гамма-лучей, а еще лучше электронами, выброшенными из недр ускорителя. При этом излучение не только убивает все микроорганизмы, надежно стерилизуя воду, но и является своеобразным окислителем. Под их действием эффективно разрушаются трудноразлагаемые другими способами вещества: красители, пестициды, фенолы. Результаты исследований, проведенных как в нашей стране, так и за рубежом показали, что очищенная вода обесцвечивается, устраняются привкусы и запахи. Но на пути внедрения этого способа стоит психологический барьер: людям ныне свойственно бояться радиации.

Разработан способ обеззараживания стоков, заключающийся в их сжигании. Впервые в нашей стране этот способ опробовали в 70-х годах прошлого столетия. Сточные воды вливают во вращающийся барабан, испаряют с помощью форсунки, работающей на жидком топливе, а продукты горения вместе с паром и взвесями, загрязняющими воду, подают в циклон. Там взвесь осаждается и ссыпается в бункер.