废塑料再生利用VOCs综合治理方案

黄贞岚，桂双林，江成，龚媛媛

(江西省科学院，江西南昌 330096)

塑料广泛应用于工业、农业及日常生活中，随着塑料的大量使用，废塑料产生量亦随之大增，废弃在环境中的塑料形成“白色污染”。目前废塑料的处置方法主要有焚烧回收能量、填埋处理、回收再生利用和化学热解回收等，废塑料回收再生利用符合资源循环利用和生态文明建设理念，应积极推广。在废塑料再生利用生产过程中产生的挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs），会对环境造成二次污染，VOCs是形成细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）的重要前体物，对气候变化也有影响，是环境空气质量重要的影响因子之一[1]。

VOCs治理技术很多，但有些企业没有根据VOCs成分和浓度的差异来选择治理方案，即使选择了高效治理技术，也未取得理想的治污效果；有些企业治理设施简易或治理工艺单一，治理效果也达不到要求；有些企业作坊式加工，生产工艺落后，缺乏监管，VOCs不处理就直接排放[2]。针对这些问题，本文提出了废塑料再生利用过程企业VOCs综合治理方案。

1 VOCs产生环节及成分分析

1.1 废塑料成分

每个企业回收的废塑料来自不同的地方，废塑料成分也不一样，废塑料的成分主要为聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS）、聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）等。

1.2 VOCs产生环节

废塑料再生利用生产流程大致相似，都有热熔和挤出工序，以废塑料造粒生产[2]为例，对废塑料造粒生产工艺流程（图1）中VOCs产生环节进行介绍。

图1 废塑料造粒生产工艺流程图

（1）湿式破碎、清洗：将回收的废塑料送入破碎机进行破碎，破碎采用湿式作业，可以减少粉尘的产生；把破碎后的原料送入清洗机中清洗，清洗原料表面附着的灰尘、泥沙等，清洗过程不使用清洗剂；此过程产生废水和噪声，清洗废水排入污水处理厂处理。

（2）甩干脱水：清洗后的原料送至脱水机，将塑料片上的水分甩干；此过程产生废水和噪声，脱水产生的废水排入污水处理厂。

（3）造粒：将甩干塑料送入造粒设备加热，采用电加热，不同的塑料加热温度不同，加热温度控制在150～240 ℃，此温度范围低于塑料的分解温度；将塑料碎片加热至熔融状态，再由挤出机挤出，熔融物料在压力作用下经过网筛过滤；过滤后的熔融物料通过模口后成条状，浸没在冷却水槽中进行冷却（温度控制在30～35 ℃），最终形成塑料条；塑料条料由切粒机进行切粒加工，形成长0.5～1.0 cm的塑料粒子；此过程产生废气VOCs、边角料、废网筛与噪声。

废塑料造粒生产工艺中，VOCs产生环节主要是热熔和挤出工序。

1.3 VOCs成分分析

不同废塑料的热熔温度和热分解温度不同，PE、PP、ABS和PS造粒热熔控温分别为150～220 ℃、170～240 ℃、217～237 ℃和150～220 ℃，PE、PP、ABS和PS热分解温度分别为320 ℃、350 ℃、250 ℃和300 ℃。造粒过程分为输送段、熔融段、均化段，输送段温度控制在接近塑料熔点温度，熔融段温度控制在略高于塑料熔点温度，均化段温度控制在略高于熔融段温度，挤出机机筒各段温度均远低于塑料分解温度，确保塑料原料不分解、不碳化、不改变特性。但在加热时，由于局部过热和原料中残存少量未聚合的单体，PE、PP、PS和ABS废塑料在热熔、挤出过程中分别有少量的乙烯、丙烯、苯乙烯、烯烃和苯乙烯等单体有机物挥发至空气中，统称为VOCs，并有少量恶臭气体产生。

2 废塑料再生利用企业VOCs综合治理方案

废塑料再生利用企业VOCs综合治理方案主要包括企业入园管理、废塑料的来源控制、先进生产工艺采用、VOCs的有效治理及企业和园区的环境管理等。

2.1 企业入园管理

有些废塑料加工企业在集散地作坊式生产，产生的VOCs不处理直接排放，造成环境污染，各地相关部门为了整治废塑料加工企业，要求企业进入工业园区，由园区统一监管，禁止小、散、污的作坊式塑料加工单元入园，园区管委会是废塑料生产企业管理主体，也是园区污染防治的责任人。

2.2 废塑料来源的控制

企业必须控制废塑料的来源，禁止回收含有危险废物、农药类、医药类等废旧塑料包装袋及进口的废塑料，对废塑料来源进行记录备案。

2.3 采用先进的生产工艺

废塑料再生利用生产工艺朝着智能化、模块化、自动化发展，通过采用全密闭、连续化、自动化等生产技术及高效的工艺与设备等，可以减少生产过程中VOCs的无组织排放。如塑料造粒选择节能熔融造粒技术，热熔和挤出工序实行密闭操作，热熔温度低于废塑料的分解温度，熔融造粒过程中不使用有毒有害的添加剂或助剂；含卤素废塑料采用低温熔融造粒工艺，使用自动出渣设备或可重复利用的滤芯替代普通滤网，减少废滤网产生[3]。

2.4 VOCs治理措施

2.4.1 废气的收集

废气的收集效果直接影响VOCs排放量，运行良好的废气收集系统可以减少VOCs无组织排放。根据废塑料造粒VOCs产生环节分析，VOCs主要是在热熔和挤出工序产生，要求对热熔工段实行密闭操作，在螺杆挤出机出料口上方设置集气罩，集气罩设置应符合《排风罩的分类及技术条件》（GB/T 16758—2008）规定，废气收集效率应大于90%，收集的废气进入废气处理设施[3]。

2.4.2 废气中VOCs处理措施

废气VOCs的处理是控制VOCs排放量的关键步骤，VOCs处理技术很多，企业应采用多种技术组合工艺治理废气，根据废气成分和浓度差异选择适宜的VOCs治理技术。低浓度、大风量的废气宜采用活性炭吸附、光催化氧化、等离子—光催化复合法等技术；高浓度废气应先进行溶剂回收，难以回收的，宜采用高温焚烧、催化燃烧等技术[3]；低浓度废气也可采用生物法处理[4]。

从废塑料造粒生产工艺分析，废气污染物成分主要是乙烯、丙烯、苯乙烯、烯烃和苯乙烯等有机物，废塑料造粒产生的VOCs浓度较低，风量较大，应采用多种技术的组合工艺，如可以选用活性炭多级串联吸附处理工艺并定期更换活性炭，废旧活性炭应再生或按要求处置；对于废塑料加工产生的恶臭异味采用低温等离子、光催化等技术进行处理；废弃滤网、熔融残渣收集处理，不在无燃烧设备和烟气净化装置的条件下用焚烧方式处理塑料挤出机过滤网片[4]。

2.5 加强环境管理

企业对VOCs的处理需要全面管控，实施精细化管理。回收的塑料要有详细的回收、运输、贮存、分选、改性、造粒、制品等相关生产记录；建立完善的污染防治制度，环保设施运行管理由专职人员负责，并定期维护环境保护设施；按要求建立完整的废水处理、废气治理、固体废物处置等环境保护相关记录；合理设置点位、规范采样方式、选取代表性的监测时段，在废气排气筒设置永久采样和监测的采样口、采样监测平台，在废气排放口设立VOCs在线监测点，按要求配备VOCs自动监控设施，并与属地生态环境部门联网[5]。

园区管委会应加强监控管理，可灵活采用现场快速检测、走航监测、网格化监测等手段，在VOCs排放集中的工业园区和产业集群区域设置有效的监测溯源与预警网点和设施。

3 结语

废塑料造粒VOCs产生环节主要是热熔和挤出工序，VOCs主要成分是乙烯、丙烯和苯乙烯等有机物。本文提出了企业入园管理、废塑料来源控制、采用先进生产工艺、加强VOCs治理、强化企业和园区的环境管理等VOCs综合治理方案，旨在有效减少VOCs排放，为废塑料再生利用企业和工业园提供一定参考。